康明斯动力（深圳）有限公司

 

新闻主题	柴油发电机实现自动启动与市电切换方法

 

摘要：康明斯公司在本文主要介绍了市电柴油发电机双回路供电实现自动化切换，在市电故障时快速准确切换至柴油发电机供电，市电正常后恢复市电供电，柴油发电机冷却后可靠关闭。通过ATS开关及附属继电器与柴油发电机控制器有机的结合，设计出市电、柴油发电机自动切换系统。文章就配电系统如何实现市电与柴油发电机自动切换，从设计思路、实现方案、器件选型、安装调试、改造效果、运行维护等方面进行论述。

 

一、双电源（ATS）设计思路

 

      从用户现有供配电设备实际情况出发，最大限度利用现有设备，减少配套设备数量，降低改造成本，提高切换系统运行的可靠性。继续使用英国深海柴发机组控制器（简称"柴发机组控制器"，下同），由柴发机组控制器监控发电机的运行，应尽量选用控制电压为AC220 V/380 V的切换开关，如必须选用直流控制电源，应选用控制电压等级为DC24 V的切换开关，由发电机电瓶直接供电，避免另配直流稳压电源而增加配套设备。图1为双电源转换柜示意图，来实现自动化切换。

1、设计原则

（1）市电断电、缺相、电压不平衡、相序错误自动切换发电机供电；

（2）市电正常自动切换至市电，延时关闭发电机；

（3）因配电柜空间一般有限，因此，需要器件最少，功能最优，价格便宜，体积较小；

（3）自动切换装置故障时，手动能快速切换，自动手动切换互锁；

（4）器件应选用知名厂家，如施耐德、ABB等。

2、框图工作原理

      工作原理如图2所示。市电监测主要实现对市电电压实时监测，当市电故障时能给发电机自带柴发机组控制器发出启动信号，并驱动切换装置切换。市电与发电机相互切换由切换装置完成，用户现有配电设备和发电机都具备相应短路、过载等保护功能，同时考虑投入成本、安装空间等主要因素，切换装置不考虑断路器形式，只在ATS（PC级）开关中选择。直流充电电源，主要给柴发机组控制器待机供电和发电机电瓶充电，市电监测和切换装置是否需要直流供电，待实施方案确定和器件选型后，根据需要再定。

 

图1  ATS转换开关安装位置示意图

图2  双电源自动切换系统方框图

 

 

二、双电源（ATS）实现方案

 

      根据设计思路与设计原则，结合现有配电设备情况，以及目前电器市场的成熟产品，有两种实现方案。ATS开关接线如图3所示，柴发机组控制器界面如图4所示。

1、方案一

      由ATS智能控制器、ATS开关和柴发机组控制器组成自动切换系统。ATS智能控制器可精确监测市电、发电两路三相/单相电压，对出现的电压异常、断电、过压、欠压、缺相、相序做出准确判断，经延时后控制ATS开关切换，发出发电机延时启动信号。可设定市电优先功能，同时具有计算机接口模块，可实现计算机编程控制。其特点是能对市电及发电电压异常全面精准监测，ATS开关切换方式可人为设定，可满足多种切换要求，适应性广，能实现计算机编程控制。但改造成本较高，占地面积大，安装调试难度大。

2、方案二

      由ATS开关及保护继电器、时间继电器等和柴发机组控制器组成自动切换系统。保护继电器能够监测市电三相/单相电压，对断电、缺相、相序、三相不平衡等做出准确判断，发出发电机启动信号，经柴发机组控制器延时后启动发电机，发电机启动后，时间继电器控制ATS开关延时切换至发电机，当市电恢复，直接切换至市电，具备市电优先功能，发电机运行由柴发机组控制器监控。具有老旧低压配电柜改造成本低、安装调试简单、占用空间小，最主要是能利用现有设备等特点。

       通过比较，方案二接近方案一的控制切换功能，但结构简单，易于实现，方便维护，且造价低廉，方案二更适合于用户配电设备陈旧现状。

 

图3  双电源转换开关（ATS）接线端子示意图

图4  柴油发电机组控制器操作系统界面图

 

三、双电源（ATS）器件选型

 

1、ATS开关选型

      举例某用户现有电力变压器容量160 kVA，最大电流230 A，发电机容量130 kVA，最大电流188 A。从可靠性和电气寿命等方面考虑，ATS开关容量应适当放大，初步确定为300 A。选择ATS开关时，联系到了3家专业生产厂家，主要从可靠性、使用寿命、切换功能、接通分断能力、额定电流、电压等方面考虑，最终选择了SYK1-300A型ATS开关。此开关采用双列负荷式触头、横拉式机构、微电机预储能以及微电子控制技术，基本实现零飞弧，可带载切换。机械操作带手动功能，可靠性高，使用寿命10000次以上。表1为主要电气性能参数。

表1    SYK1-300A型ATS开关主要电气性能参数

2、继电器及熔断器选型

（1）断相与相序保护继电器

      为实现市电监测功能，选用xJ3-C型断相与相序保护继电器，作线路的断相、相序、三相电压不平衡故障状态的保护控制作用，其相关参数及技术性能如表2所示。

表2    XJ3-G型断相与相序保护继电器主要参数及技术性能

（2）时间继电器

      根据柴油发电机启动后需要有几十秒的稳定运行时间，故选用JsZ3A-B型时间继电器能满足延时切换的要求，相关参数如表3所示。

表3    JSZ3A-B型时间继电器技术参数

（3）小型通用继电器

      此设计电路需要扩展触头数量和触头容量，所以选用小型通用继电器HH53P，其工作电压220 VAC，触头容量5 A，触头数量3常开、3常闭，安装方式为导轨式。

（4）熔断器

      选用RT28N-32型熔断器可满足二次回路的保护功能，安装方式为导轨式。

3、直流充电电源选型

      在市电、发电手动切换运行期间，发电机只在市电停电或定期试机等需要启动运行时，由电瓶提供启动电力，手动启动发电机运行。平时电瓶处于开路状态。电瓶的充电（电瓶存在自放电现象）主要是定期（2~3个月）由40 A脉冲式充电器进行一次6~8小时的补充电，使电瓶达到满电状态。在市电、发电自动切换升级改造后，柴发机组控制器需采用自动模式，发电机将长期处于备用待机状态。

      柴发机组控制器直接由2只12 V、105 Ah原配电瓶串联24 VDC供电，能否满足长期待机要求，需要进行估算：

I₁：柴发机组控制器待机电流，取最大值140 mA。

I₂：风帆6-0A-105电瓶自放电电流（由于风机电瓶进行了技术升级，自放电电流很小，日放电率小于1%）取20 mA。

Q=（11＋12）x24=（0.14＋0.02）x 24=3.84（Ah）..........................（1）

T=[（1-μ）×C ] / Q= [（1-70%)×105×2 ] /3.84=16.4（天）..........................（2）

其中，公式（1)中Q——24小时电瓶放电容量；

公式（2)中T——电瓶充电间隔时间；

μ——电瓶容量下线保持率，当电瓶放电到一定容量时，会造成发电机无法启动，出于安全考虑取保守值70%；

C——电瓶额定容量。

      通过计算可以看出，由电瓶直接供电给柴发机组控制器16.4天后，电瓶已达到启动发电机所需容量的下限，必须要进行一次充电。这样频繁充电造成电瓶容量快速降低，加之长期小电流持续放电，会造成电瓶板极活性降低、硬化等现象，严重缩短电瓶使用寿命，给发电机正常工作埋下隐患，因此必须加装电瓶浮充器。

      BCC6B智能浮充电源是专为发电机组后备电池24V铅酸电池设计，采用电池管理IC新技术进行三段式智能充电，具有恒流快充、均流冲、涓流浮充，延长电池使用寿命，避免电解溶液的分层和硫化，是传统浮充电源的升级换代产品，其技术参数如表4所示。

表4    BCC6B智能浮充器技术参数

 

总结：

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