新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)與市電切換方法

 

摘要：康明斯公司在本文主要介紹了市電柴油發(fā)電機(jī)雙回路供電實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化切換，在市電故障時(shí)快速準(zhǔn)確切換至柴油發(fā)電機(jī)供電，市電正常后恢復(fù)市電供電，柴油發(fā)電機(jī)冷卻后可靠關(guān)閉。通過(guò)ATS開(kāi)關(guān)及附屬繼電器與柴油發(fā)電機(jī)控制器有機(jī)的結(jié)合，設(shè)計(jì)出市電、柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)切換系統(tǒng)。文章就配電系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)市電與柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)切換，從設(shè)計(jì)思路、實(shí)現(xiàn)方案、器件選型、安裝調(diào)試、改造效果、運(yùn)行維護(hù)等方面進(jìn)行論述。

 

一、雙電源（ATS）設(shè)計(jì)思路

 

      從用戶(hù)現(xiàn)有供配電設(shè)備實(shí)際情況出發(fā)，最大限度利用現(xiàn)有設(shè)備，減少配套設(shè)備數(shù)量，降低改造成本，提高切換系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。繼續(xù)使用英國(guó)深海柴發(fā)機(jī)組控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)"柴發(fā)機(jī)組控制器"，下同），由柴發(fā)機(jī)組控制器監(jiān)控發(fā)電機(jī)的運(yùn)行，應(yīng)盡量選用控制電壓為AC220 V/380 V的切換開(kāi)關(guān)，如必須選用直流控制電源，應(yīng)選用控制電壓等級(jí)為DC24 V的切換開(kāi)關(guān)，由發(fā)電機(jī)電瓶直接供電，避免另配直流穩(wěn)壓電源而增加配套設(shè)備。圖1為雙電源轉(zhuǎn)換柜示意圖，來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化切換。

1、設(shè)計(jì)原則

（1）市電斷電、缺相、電壓不平衡、相序錯(cuò)誤自動(dòng)切換發(fā)電機(jī)供電；

（2）市電正常自動(dòng)切換至市電，延時(shí)關(guān)閉發(fā)電機(jī)；

（3）因配電柜空間一般有限，因此，需要器件最少，功能最優(yōu)，價(jià)格便宜，體積較??；

（3）自動(dòng)切換裝置故障時(shí)，手動(dòng)能快速切換，自動(dòng)手動(dòng)切換互鎖；

（4）器件應(yīng)選用知名廠(chǎng)家，如施耐德、ABB等。

2、框圖工作原理

      工作原理如圖2所示。市電監(jiān)測(cè)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)市電電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)市電故障時(shí)能給發(fā)電機(jī)自帶柴發(fā)機(jī)組控制器發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)切換裝置切換。市電與發(fā)電機(jī)相互切換由切換裝置完成，用戶(hù)現(xiàn)有配電設(shè)備和發(fā)電機(jī)都具備相應(yīng)短路、過(guò)載等保護(hù)功能，同時(shí)考慮投入成本、安裝空間等主要因素，切換裝置不考慮斷路器形式，只在ATS（PC級(jí)）開(kāi)關(guān)中選擇。直流充電電源，主要給柴發(fā)機(jī)組控制器待機(jī)供電和發(fā)電機(jī)電瓶充電，市電監(jiān)測(cè)和切換裝置是否需要直流供電，待實(shí)施方案確定和器件選型后，根據(jù)需要再定。

 

圖1  ATS轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)安裝位置示意圖

圖2  雙電源自動(dòng)切換系統(tǒng)方框圖

 

 

二、雙電源（ATS）實(shí)現(xiàn)方案

 

      根據(jù)設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)原則，結(jié)合現(xiàn)有配電設(shè)備情況，以及目前電器市場(chǎng)的成熟產(chǎn)品，有兩種實(shí)現(xiàn)方案。ATS開(kāi)關(guān)接線(xiàn)如圖3所示，柴發(fā)機(jī)組控制器界面如圖4所示。

1、方案一

      由ATS智能控制器、ATS開(kāi)關(guān)和柴發(fā)機(jī)組控制器組成自動(dòng)切換系統(tǒng)。ATS智能控制器可精確監(jiān)測(cè)市電、發(fā)電兩路三相/單相電壓，對(duì)出現(xiàn)的電壓異常、斷電、過(guò)壓、欠壓、缺相、相序做出準(zhǔn)確判斷，經(jīng)延時(shí)后控制ATS開(kāi)關(guān)切換，發(fā)出發(fā)電機(jī)延時(shí)啟動(dòng)信號(hào)?？稍O(shè)定市電優(yōu)先功能，同時(shí)具有計(jì)算機(jī)接口模塊，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)編程控制。其特點(diǎn)是能對(duì)市電及發(fā)電電壓異常全面精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，ATS開(kāi)關(guān)切換方式可人為設(shè)定，可滿(mǎn)足多種切換要求，適應(yīng)性廣，能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)編程控制。但改造成本較高，占地面積大，安裝調(diào)試難度大。

2、方案二

      由ATS開(kāi)關(guān)及保護(hù)繼電器、時(shí)間繼電器等和柴發(fā)機(jī)組控制器組成自動(dòng)切換系統(tǒng)。保護(hù)繼電器能夠監(jiān)測(cè)市電三相/單相電壓，對(duì)斷電、缺相、相序、三相不平衡等做出準(zhǔn)確判斷，發(fā)出發(fā)電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，經(jīng)柴發(fā)機(jī)組控制器延時(shí)后啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后，時(shí)間繼電器控制ATS開(kāi)關(guān)延時(shí)切換至發(fā)電機(jī)，當(dāng)市電恢復(fù)，直接切換至市電，具備市電優(yōu)先功能，發(fā)電機(jī)運(yùn)行由柴發(fā)機(jī)組控制器監(jiān)控。具有老舊低壓配電柜改造成本低、安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、占用空間小，最主要是能利用現(xiàn)有設(shè)備等特點(diǎn)。

       通過(guò)比較，方案二接近方案一的控制切換功能，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，方便維護(hù)，且造價(jià)低廉，方案二更適合于用戶(hù)配電設(shè)備陳舊現(xiàn)狀。

 

圖3  雙電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（ATS）接線(xiàn)端子示意圖

圖4  柴油發(fā)電機(jī)組控制器操作系統(tǒng)界面圖

 

三、雙電源（ATS）器件選型

 

1、ATS開(kāi)關(guān)選型

      舉例某用戶(hù)現(xiàn)有電力變壓器容量160 kVA，最大電流230 A，發(fā)電機(jī)容量130 kVA，最大電流188 A。從可靠性和電氣壽命等方面考慮，ATS開(kāi)關(guān)容量應(yīng)適當(dāng)放大，初步確定為300 A。選擇ATS開(kāi)關(guān)時(shí)，聯(lián)系到了3家專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)家，主要從可靠性、使用壽命、切換功能、接通分?jǐn)嗄芰?、額定電流、電壓等方面考慮，最終選擇了SYK1-300A型ATS開(kāi)關(guān)。此開(kāi)關(guān)采用雙列負(fù)荷式觸頭、橫拉式機(jī)構(gòu)、微電機(jī)預(yù)儲(chǔ)能以及微電子控制技術(shù)，基本實(shí)現(xiàn)零飛弧，可帶載切換。機(jī)械操作帶手動(dòng)功能，可靠性高，使用壽命10000次以上。表1為主要電氣性能參數(shù)。

表1    SYK1-300A型ATS開(kāi)關(guān)主要電氣性能參數(shù)

2、繼電器及熔斷器選型

（1）斷相與相序保護(hù)繼電器

      為實(shí)現(xiàn)市電監(jiān)測(cè)功能，選用xJ3-C型斷相與相序保護(hù)繼電器，作線(xiàn)路的斷相、相序、三相電壓不平衡故障狀態(tài)的保護(hù)控制作用，其相關(guān)參數(shù)及技術(shù)性能如表2所示。

表2    XJ3-G型斷相與相序保護(hù)繼電器主要參數(shù)及技術(shù)性能

（2）時(shí)間繼電器

      根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后需要有幾十秒的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間，故選用JsZ3A-B型時(shí)間繼電器能滿(mǎn)足延時(shí)切換的要求，相關(guān)參數(shù)如表3所示。

表3    JSZ3A-B型時(shí)間繼電器技術(shù)參數(shù)

（3）小型通用繼電器

      此設(shè)計(jì)電路需要擴(kuò)展觸頭數(shù)量和觸頭容量，所以選用小型通用繼電器HH53P，其工作電壓220 VAC，觸頭容量5 A，觸頭數(shù)量3常開(kāi)、3常閉，安裝方式為導(dǎo)軌式。

（4）熔斷器

      選用RT28N-32型熔斷器可滿(mǎn)足二次回路的保護(hù)功能，安裝方式為導(dǎo)軌式。

3、直流充電電源選型

      在市電、發(fā)電手動(dòng)切換運(yùn)行期間，發(fā)電機(jī)只在市電停電或定期試機(jī)等需要啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，由電瓶提供啟動(dòng)電力，手動(dòng)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行。平時(shí)電瓶處于開(kāi)路狀態(tài)。電瓶的充電（電瓶存在自放電現(xiàn)象）主要是定期（2~3個(gè)月）由40 A脈沖式充電器進(jìn)行一次6~8小時(shí)的補(bǔ)充電，使電瓶達(dá)到滿(mǎn)電狀態(tài)。在市電、發(fā)電自動(dòng)切換升級(jí)改造后，柴發(fā)機(jī)組控制器需采用自動(dòng)模式，發(fā)電機(jī)將長(zhǎng)期處于備用待機(jī)狀態(tài)。

      柴發(fā)機(jī)組控制器直接由2只12 V、105 Ah原配電瓶串聯(lián)24 VDC供電，能否滿(mǎn)足長(zhǎng)期待機(jī)要求，需要進(jìn)行估算：

I₁：柴發(fā)機(jī)組控制器待機(jī)電流，取最大值140 mA。

I₂：風(fēng)帆6-0A-105電瓶自放電電流（由于風(fēng)機(jī)電瓶進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)，自放電電流很小，日放電率小于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小時(shí)電瓶放電容量；

公式（2)中T——電瓶充電間隔時(shí)間；

μ——電瓶容量下線(xiàn)保持率，當(dāng)電瓶放電到一定容量時(shí)，會(huì)造成發(fā)電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，出于安全考慮取保守值70%；

C——電瓶額定容量。

      通過(guò)計(jì)算可以看出，由電瓶直接供電給柴發(fā)機(jī)組控制器16.4天后，電瓶已達(dá)到啟動(dòng)發(fā)電機(jī)所需容量的下限，必須要進(jìn)行一次充電。這樣頻繁充電造成電瓶容量快速降低，加之長(zhǎng)期小電流持續(xù)放電，會(huì)造成電瓶板極活性降低、硬化等現(xiàn)象，嚴(yán)重縮短電瓶使用壽命，給發(fā)電機(jī)正常工作埋下隱患，因此必須加裝電瓶浮充器。

      BCC6B智能浮充電源是專(zhuān)為發(fā)電機(jī)組后備電池24V鉛酸電池設(shè)計(jì)，采用電池管理IC新技術(shù)進(jìn)行三段式智能充電，具有恒流快充、均流沖、涓流浮充，延長(zhǎng)電池使用壽命，避免電解溶液的分層和硫化，是傳統(tǒng)浮充電源的升級(jí)換代產(chǎn)品，其技術(shù)參數(shù)如表4所示。

表4    BCC6B智能浮充器技術(shù)參數(shù)

 

總結(jié)：

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