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康明斯動(dòng)力(深圳)有限公司

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柴油發(fā)電機(jī)怎樣實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)與市電切換
發(fā)布時(shí)間:2023-08-16 00:10:37  ▏閱讀:

 

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。

 

ATS轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)安裝位置示意圖.png

圖1  ATS轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)安裝位置示意圖

雙電源自動(dòng)切換系統(tǒng)方框圖.png

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。

 

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

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

柴油發(fā)電機(jī)組控制器操作系統(tǒng)界面圖.png

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)

電氣性能

參數(shù)值

額定發(fā)熱電流

300 A

額定絕緣電壓

750 V

額定沖擊耐受電壓

8kV

額定工作電壓

440 VAC

額定工作電流(le)

300 A

額定接通能力

10 Ie

額定分?jǐn)嗄芰?/span>

8 le

額定限時(shí)短路電流

100 kA

轉(zhuǎn)換時(shí)間

≤3.5 s

控制電源電壓

220 VAC

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

項(xiàng)目

參數(shù)

工作電壓

交流三相380 VAC 50 Hz允許波動(dòng)±10%

觸點(diǎn)數(shù)量

1常開(kāi)1常閉

觸點(diǎn)容量

250 VAC 5 A

斷相與相序保護(hù)

動(dòng)作時(shí)間≤2 s

三相電壓不對(duì)稱(chēng)度

≥8%~13%動(dòng)作時(shí)間≤5 s

電壽命

1×10?次

機(jī)械壽命

1×10?次

功耗

≤3 W

安裝方式

導(dǎo)軌式

(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)

項(xiàng)目

參數(shù)

延時(shí)方式

通電延時(shí)

延時(shí)時(shí)間

0~60 s

延時(shí)精度

≤10%

工作電壓

380 VAC

觸電容量

5 A

觸電數(shù)量

延時(shí)二轉(zhuǎn)換

安裝方式

導(dǎo)軌式

(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)

項(xiàng)目

參數(shù)

輸入電壓

165 VAC~275 VAC

適用電池

24 V

輸出電流

6 A

輸出電壓

27.6 VDC(可調(diào))

電壓穩(wěn)定度

≤0.5%

輸出穩(wěn)定度

≤1%

無(wú)故障時(shí)間MTBF

≥50 000 h

 

總結(jié):

      總的來(lái)說(shuō),市發(fā)電切換柜的主要作用是確保生產(chǎn)用電的連續(xù)供應(yīng),保障企業(yè)重要設(shè)備不會(huì)因斷電而受到影響或損壞。當(dāng)市電出現(xiàn)中斷或異常時(shí),市電切換柜可以快速將電源切換到柴油發(fā)電機(jī)組上,以避免重要設(shè)備停機(jī)、損壞或數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題。市電切換柜的切換時(shí)間會(huì)根據(jù)具體設(shè)備的性能和設(shè)計(jì)有所不同,一般來(lái)說(shuō),最短的切換時(shí)間可以達(dá)到幾毫秒甚至更短。這樣的短的切換時(shí)間可以確保設(shè)備在市電發(fā)生中斷時(shí)不會(huì)受到明顯的干擾,保障電力系統(tǒng)的連續(xù)工作。


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