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柴油發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)原理如何分析
6BT型柴油機(jī)中冷型采用的是水對空中冷類型。它由中冷器殼及中冷器芯等組成。中冷器殼由鋁板模壓而成。中冷器殼分為中冷器蓋和中冷器體兩部分。中冷器蓋通過進(jìn)氣岐管與空氣壓縮機(jī)相連,中冷器還進(jìn)氣岐管與氣缸蓋進(jìn)氣口相連。中冷卻芯由銅合金管子組成。發(fā)電機(jī)冷卻液從中冷器后端的進(jìn)水街頭進(jìn)入中冷器芯中,然后由前端出口流向節(jié)溫器??諝庥稍鰤浩鲏核偷街欣淦?,流過中冷器受到冷卻液的冷卻,降溫后而進(jìn)入氣缸?,F(xiàn)在智能控制系統(tǒng)的使用已經(jīng)大大提高了柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行,保障了柴油發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定工作,柴油發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)就像發(fā)電機(jī)組的心臟,那么控制系統(tǒng)是通過何種原理和算法來實現(xiàn)的呢?
一、數(shù)字勵磁控制器軟件實現(xiàn)與算法研究
主要是對數(shù)字式勵磁控制器的軟件和所采用的控制算法進(jìn)行論述。首先對數(shù)字勵磁控制器的主程序進(jìn)行設(shè)計,然后對電量參數(shù)采集算法和智能勵磁控制算法進(jìn)行研究,并在CPU上進(jìn)行實現(xiàn)。為了實現(xiàn)的數(shù)字勵磁控制,需要得到實時、的電量數(shù)據(jù),而要獲得實時、的電量數(shù)據(jù),則需要采用交流采樣方法,并推導(dǎo)出交流采樣下各個電量的計算公式,終編寫計算出電量數(shù)據(jù)的算法程序。交流采樣是按一定的規(guī)律對被測信號的瞬時值進(jìn)行采樣,再按照一定的數(shù)學(xué)算法求出被測電量參數(shù)的測量方法。下面給出交流電壓,交流電流,有功功率,無功功率,功率因素的各種算法中的離散公式。
二、數(shù)字式勵磁控制器總體設(shè)計方案
工作電源:由于微處理器的工作電源要求,我們需要一個5V的穩(wěn)定直流電源,信號調(diào)理電路的運(yùn)算電路的供電需要一組±12V的直流電源,另外,開關(guān)量輸出需要驅(qū)動繼電器,所以需要一個+24V的直流電源,為此我們需要設(shè)計一個電源轉(zhuǎn)化模塊得到系統(tǒng)正常工作所需的三組DC電源。
三、交流采樣鎖相環(huán)電路
要進(jìn)行交流采樣,通常需要進(jìn)行同步采樣,目前交流采樣方式主要有硬件同步采樣、軟件同步采樣和異步采樣三種。硬件同步由硬件同步電路向CPU提出中斷實現(xiàn)同步。硬件同步電路有多種形式,常見的如鎖相環(huán)同步電路等。硬件同步采樣法是由專門的硬件電路產(chǎn)生同步于被測信號的采樣脈沖。它能克服軟件同步采樣法存在截斷誤差等缺點(diǎn),測量精度高。利用鎖相頻率跟蹤原理實現(xiàn)同步等間隔采樣的原理圖,在相位比較器PD、低通濾波器LP、壓控振蕩器VCO構(gòu)成的鎖相環(huán)內(nèi)加入n分頻器,輸入為被測信號的頻率,作為鎖相環(huán)的基準(zhǔn)頻率,輸出 為采樣頻率。經(jīng)n分頻后與相比較,根據(jù)鎖相環(huán)工作原理,鎖定時/n=,即:=n。由于鎖相環(huán)的時跟蹤性,當(dāng)被測信號頻率變化時,電路能自動快速跟蹤并鎖定,始終滿足=n的關(guān)系,即采樣頻率為被測信號頻率的整數(shù)n倍,從而實現(xiàn)一周內(nèi)等間隔采樣n點(diǎn)。此外,還可將分頻系數(shù)n為程序控制,則可根據(jù)不同頻率的被測信號及CPU、A/D轉(zhuǎn)換器的速度,動態(tài)改變n值,以達(dá)到 的效果。
柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的工作原理和算法很復(fù)雜,每個電路的設(shè)計都有其特定的算法來實現(xiàn)。柴油發(fā)電機(jī)組的控制部分,數(shù)字式勵磁控制器較傳統(tǒng)的模擬電路,勵磁控制器具有精度高,反應(yīng)快,控制算法適應(yīng)性強(qiáng),對于不同特性的電機(jī)只要通過調(diào)整程序參數(shù)就能適應(yīng),甚至可以實現(xiàn)更高端的自適應(yīng)智能控制算法等優(yōu)點(diǎn)。
四、對繼電保護(hù)裝置的要求
繼電保護(hù)裝置是確保供電,保護(hù)電氣設(shè)備而裝設(shè)的,因此,對它的要求是:動作要迅速當(dāng)供電系統(tǒng)或電氣設(shè)備發(fā)生故障時,繼電保護(hù)裝置動作時限應(yīng)短,迅速切除故障,以減輕被保護(hù)設(shè)備的損壞程度,阻止故障的蔓延。對于電氣元件,如果短路電流通過時,產(chǎn)生的熱量與短路電流的平方和電流通過的時間成正比,因此,保護(hù)裝置切除得越快,產(chǎn)生的熱量就越小,設(shè)備就不易損壞。靈敏度要高靈敏度是指保護(hù)裝置對其保護(hù)范圍內(nèi)的故障或工作狀態(tài)不正常的反應(yīng)能力。靈敏度越高,故障發(fā)覺和切除就越早,從而對系統(tǒng)和設(shè)備的破壞就越小??煽啃砸呖煽啃允侵秆b置本身應(yīng)能可靠地工作。在正常運(yùn)行或不屬于它保護(hù)范圍的故障,不應(yīng)誤動作,而屬于它保護(hù)范圍內(nèi)的故障,不應(yīng)拒絕動作。因此,保護(hù)裝置的可靠性很重要,否則,它本身就可能是產(chǎn)生和擴(kuò)大事故的根源。



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柴油發(fā)電機(jī)組接地的目的有三種
為了確保人身和電力系統(tǒng)工作的需要,對發(fā)電機(jī)組接地有嚴(yán)格的要求。其接地方式有工作接地、保護(hù)接地和保護(hù)接零三種,接地的目的如下:
1.工作接地
工作接地是將中性點(diǎn)接地,其目的是:
1)降低觸電電壓。對于中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng),當(dāng)一相接地而人體觸及另外兩相之一時,觸電電壓為相電壓的1.7倍以上;而對于中性點(diǎn)接地系統(tǒng),觸電電壓就降到接近或等于相電壓。
2)迅速切斷故障設(shè)備。對于中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng),當(dāng)一相接地時,由于導(dǎo)線和地面存在電容和絕緣電阻,可以構(gòu)成電流通路,接地電流很小,不足以使保護(hù)裝置動作而切斷電源,不能確保人身。而對于中性點(diǎn)接地的系統(tǒng),當(dāng)一相接地后接地電流較大,保護(hù)裝置會迅速動作,斷開故障點(diǎn)。
3)降低電氣設(shè)備對地的絕緣水平。在中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)中,當(dāng)一相接地時,將會使另兩相得對地電壓升高到線電壓。而對于中性點(diǎn)接地的系統(tǒng),當(dāng)一相接地時,另兩相的對地電壓只接近于相電壓,故可降低電氣設(shè)備和輸電線路的絕緣水平。
2.保護(hù)接地
保護(hù)接地常用于中性點(diǎn)不接地的低壓系統(tǒng)中,它的作用是:當(dāng)電動機(jī)某一繞組的絕緣結(jié)構(gòu)已破壞使外殼帶電時,如果未接地,人體觸及外殼,相當(dāng)于單相觸電,就可能發(fā)生觸電的危險。而如果采用了保護(hù)接地,人體觸及外殼時,由于人體的電阻與接地電阻并聯(lián),由于人體電阻遠(yuǎn)大于接地電阻,通過人體的電流就很小,就不會發(fā)生觸電的危險。
3.保護(hù)接零
保護(hù)接零常用于中性點(diǎn)接地的低壓系統(tǒng)中,它的作用是:當(dāng)電動機(jī)某一繞組的絕緣結(jié)構(gòu)已破壞而與外殼相接時,由于采用保護(hù)接零,就形成單相短路,迅速將這一相中的熔絲熔斷,外殼便不再帶電。即使在熔絲熔斷前人體觸及外殼時,也由于人體電阻遠(yuǎn)大于線路電阻,通過人體的電流也很微小,不會發(fā)生觸電危險。


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發(fā)電機(jī)多種異常狀態(tài)及危害
隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展,發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的不斷增加,大型發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)中越來越重要。人們對發(fā)電機(jī)的可靠性、性要求越來越高。發(fā)電機(jī)的運(yùn)行對保證柴油發(fā)電機(jī)組的正常工作和電能質(zhì)量起著極其重要的作用。但是較之故障,異常運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生的機(jī)率更大,比如定子繞組過負(fù)荷、發(fā)電機(jī)失磁、失步,發(fā)電機(jī)逆功率運(yùn)行,非全相運(yùn)行等。這些威脅同樣不容忽視,所以研究大型發(fā)電機(jī)的異常運(yùn)行及保護(hù)是很有必要的。由于大型發(fā)電機(jī)多采用三相分相操作主開關(guān),非全相運(yùn)行已成為發(fā)電廠電氣運(yùn)行的重點(diǎn)防止對象。本文針對大型發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行進(jìn)行了分析研究,采用對稱分量法得出了各相電流、各序電流及相序電流間的關(guān)系,并用KATLAB軟件進(jìn)行了仿真,驗證了理論分析的結(jié)果。同時,就發(fā)電機(jī)組非全相保護(hù)存在的問題提出了改進(jìn)方案,并給出了發(fā)電廠發(fā)生非全相運(yùn)行故障時的一些處理方法:
1、低勵磁或失磁對于容量在100KW以下不允許失磁運(yùn)行的發(fā)電機(jī),當(dāng)采用直流勵磁機(jī)時,應(yīng)在滅磁開關(guān)斷開時同時斷開發(fā)電機(jī)斷路器。容量在100KW以上的發(fā)電機(jī)也應(yīng)裝設(shè)失磁保護(hù)。對于水輪發(fā)電機(jī),保護(hù)動作于解列滅磁;對于柴油發(fā)電機(jī),保護(hù)動作于減出力,以便縮短異步運(yùn)行時間盡快恢復(fù)同步運(yùn)行,在不允許繼續(xù)異步運(yùn)行或失磁后母線電壓低于允許值時,保護(hù)動作于解列滅磁。
2、定子過電流或過負(fù)荷保護(hù)
在定子繞組、勵磁繞組上應(yīng)裝設(shè)定時限和反時限過負(fù)荷保護(hù)。定時限過負(fù)荷保護(hù)動作于信號或自動減負(fù)荷、降低勵磁電流。反時限過負(fù)荷保護(hù)動作于解列或程序跳閘、解列滅磁。
3、逆功率保護(hù)
對于容量在200KW及以上的柴油發(fā)電機(jī),宜裝設(shè)逆功率保護(hù)。保護(hù)帶時限動作于信號,經(jīng)長時限動作于解列。 以上所述的解列滅磁,是指斷開發(fā)電機(jī)斷路器,汽輪機(jī)甩負(fù)荷。減出力,是指將原動機(jī)出力減到給定值。程序跳閘,對柴油發(fā)電機(jī)來說,是指首先關(guān)閉主汽門,待逆功率繼電器動作后,再跳開發(fā)電機(jī)斷路器并滅磁。對水輪發(fā)電機(jī),是指首先將導(dǎo)水翼關(guān)到空載位置,再跳開發(fā)電機(jī)斷路器滅磁。
4、發(fā)電機(jī)失步保護(hù)對于容量在300KW及以上的發(fā)電機(jī),需裝設(shè)失步保護(hù),保護(hù)動作于信號或解列。若發(fā)生失步現(xiàn)象,應(yīng)盡快創(chuàng)造恢復(fù)同期的條件,一般可采取增加發(fā)電機(jī)的勵磁,或減少該失步電機(jī)的有功出力,進(jìn)而將其牽入同步。動減負(fù)荷、降低勵磁電流。反時限過負(fù)荷保護(hù)動作于解列或程序跳閘、解列滅磁。
5、非全相運(yùn)行保護(hù)
發(fā)電機(jī)變壓器組的非全相運(yùn)行故障,大多數(shù)發(fā)生在機(jī)組解列、并列的操作過程中,正確地進(jìn)行機(jī)組解列或并列的操作是大幅度地減少因負(fù)序電流燒損發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的簡單而有效的措施。因此只要遵循保持發(fā)電機(jī)勵磁、穩(wěn)定機(jī)組轉(zhuǎn)速、減少機(jī)組出力、控制定子電流的原則,嚴(yán)格按照合理順序進(jìn)行操作和調(diào)整,完全可以把負(fù)序電流控制在允許的范圍之內(nèi)。 由于現(xiàn)在大型發(fā)電機(jī)多采用三相分相操作主開關(guān),非全相運(yùn)行已成為發(fā)電廠電氣運(yùn)行的重點(diǎn)防止對象。所以在下面的章節(jié)中我將重點(diǎn)分析發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行及其相應(yīng)的保護(hù)措施。
非全相運(yùn)行時,由于發(fā)電機(jī)組接線方式、主變接地方式、斷相形式、導(dǎo)致原因不同,非全相運(yùn)行時的故障特征是不同的,所以對非全相運(yùn)行進(jìn)行合理有效的分類是分析研究的前提。非全相運(yùn)行一般采用對稱分量法來分析計算。對稱分量法是一種線性變換,利用它可將任意一組不對稱的三相電流(或電壓)分解成正序、負(fù)序和零序三組三相對稱的電流(或電壓),這三組各自獨(dú)立的對稱電流(或電壓)就稱為不對稱電流(或電壓)的對稱分量,每組對稱分量的三相之間都有大小相等、彼此間相位差相等的關(guān)系。電流或電壓的相序、大小關(guān)系是機(jī)組非全相運(yùn)行時的重要故障信息,這些量的提取與判斷,對于保護(hù)機(jī)組與系統(tǒng)的運(yùn)行有著非常重要的意義。



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