新聞主題	柴油發電機實現自動啟動與市電切換方法

 

摘要：康明斯公司在本文主要介紹了市電柴油發電機雙回路供電實現自動化切換，在市電故障時快速準確切換至柴油發電機供電，市電正常后恢復市電供電，柴油發電機冷卻后可靠關閉。通過ATS開關及附屬繼電器與柴油發電機控制器有機的結合，設計出市電、柴油發電機自動切換系統。文章就配電系統如何實現市電與柴油發電機自動切換，從設計思路、實現方案、器件選型、安裝調試、改造效果、運行維護等方面進行論述。

 

一、雙電源（ATS）設計思路

 

      從用戶現有供配電設備實際情況出發，最大限度利用現有設備，減少配套設備數量，降低改造成本，提高切換系統運行的可靠性。繼續使用英國深海柴發機組控制器（簡稱"柴發機組控制器"，下同），由柴發機組控制器監控發電機的運行，應盡量選用控制電壓為AC220 V/380 V的切換開關，如必須選用直流控制電源，應選用控制電壓等級為DC24 V的切換開關，由發電機電瓶直接供電，避免另配直流穩壓電源而增加配套設備。圖1為雙電源轉換柜示意圖，來實現自動化切換。

1、設計原則

（1）市電斷電、缺相、電壓不平衡、相序錯誤自動切換發電機供電；

（2）市電正常自動切換至市電，延時關閉發電機；

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

（3）自動切換裝置故障時，手動能快速切換，自動手動切換互鎖；

（4）器件應選用知名廠家，如施耐德、ABB等。

2、框圖工作原理

      工作原理如圖2所示。市電監測主要實現對市電電壓實時監測，當市電故障時能給發電機自帶柴發機組控制器發出啟動信號，并驅動切換裝置切換。市電與發電機相互切換由切換裝置完成，用戶現有配電設備和發電機都具備相應短路、過載等保護功能，同時考慮投入成本、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）開關中選擇。直流充電電源，主要給柴發機組控制器待機供電和發電機電瓶充電，市電監測和切換裝置是否需要直流供電，待實施方案確定和器件選型后，根據需要再定。

 

圖1  ATS轉換開關安裝位置示意圖

圖2  雙電源自動切換系統方框圖

 

 

二、雙電源（ATS）實現方案

 

      根據設計思路與設計原則，結合現有配電設備情況，以及目前電器市場的成熟產品，有兩種實現方案。ATS開關接線如圖3所示，柴發機組控制器界面如圖4所示。

1、方案一

      由ATS智能控制器、ATS開關和柴發機組控制器組成自動切換系統。ATS智能控制器可精確監測市電、發電兩路三相/單相電壓，對出現的電壓異常、斷電、過壓、欠壓、缺相、相序做出準確判斷，經延時后控制ATS開關切換，發出發電機延時啟動信號。可設定市電優先功能，同時具有計算機接口模塊，可實現計算機編程控制。其特點是能對市電及發電電壓異常全面精準監測，ATS開關切換方式可人為設定，可滿足多種切換要求，適應性廣，能實現計算機編程控制。但改造成本較高，占地面積大，安裝調試難度大。

2、方案二

      由ATS開關及保護繼電器、時間繼電器等和柴發機組控制器組成自動切換系統。保護繼電器能夠監測市電三相/單相電壓，對斷電、缺相、相序、三相不平衡等做出準確判斷，發出發電機啟動信號，經柴發機組控制器延時后啟動發電機，發電機啟動后，時間繼電器控制ATS開關延時切換至發電機，當市電恢復，直接切換至市電，具備市電優先功能，發電機運行由柴發機組控制器監控。具有老舊低壓配電柜改造成本低、安裝調試簡單、占用空間小，最主要是能利用現有設備等特點。

       通過比較，方案二接近方案一的控制切換功能，但結構簡單，易于實現，方便維護，且造價低廉，方案二更適合于用戶配電設備陳舊現狀。

 

圖3  雙電源轉換開關（ATS）接線端子示意圖

圖4  柴油發電機組控制器操作系統界面圖

 

三、雙電源（ATS）器件選型

 

1、ATS開關選型

      舉例某用戶現有電力變壓器容量160 kVA，最大電流230 A，發電機容量130 kVA，最大電流188 A。從可靠性和電氣壽命等方面考慮，ATS開關容量應適當放大，初步確定為300 A。選擇ATS開關時，聯系到了3家專業生產廠家，主要從可靠性、使用壽命、切換功能、接通分斷能力、額定電流、電壓等方面考慮，最終選擇了SYK1-300A型ATS開關。此開關采用雙列負荷式觸頭、橫拉式機構、微電機預儲能以及微電子控制技術，基本實現零飛弧，可帶載切換。機械操作帶手動功能，可靠性高，使用壽命10000次以上。表1為主要電氣性能參數。

表1    SYK1-300A型ATS開關主要電氣性能參數

2、繼電器及熔斷器選型

（1）斷相與相序保護繼電器

      為實現市電監測功能，選用xJ3-C型斷相與相序保護繼電器，作線路的斷相、相序、三相電壓不平衡故障狀態的保護控制作用，其相關參數及技術性能如表2所示。

表2    XJ3-G型斷相與相序保護繼電器主要參數及技術性能

（2）時間繼電器

      根據柴油發電機啟動后需要有幾十秒的穩定運行時間，故選用JsZ3A-B型時間繼電器能滿足延時切換的要求，相關參數如表3所示。

表3    JSZ3A-B型時間繼電器技術參數

（3）小型通用繼電器

      此設計電路需要擴展觸頭數量和觸頭容量，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，觸頭數量3常開、3常閉，安裝方式為導軌式。

（4）熔斷器

      選用RT28N-32型熔斷器可滿足二次回路的保護功能，安裝方式為導軌式。

3、直流充電電源選型

      在市電、發電手動切換運行期間，發電機只在市電停電或定期試機等需要啟動運行時，由電瓶提供啟動電力，手動啟動發電機運行。平時電瓶處于開路狀態。電瓶的充電（電瓶存在自放電現象）主要是定期（2~3個月）由40 A脈沖式充電器進行一次6~8小時的補充電，使電瓶達到滿電狀態。在市電、發電自動切換升級改造后，柴發機組控制器需采用自動模式，發電機將長期處于備用待機狀態。

      柴發機組控制器直接由2只12 V、105 Ah原配電瓶串聯24 VDC供電，能否滿足長期待機要求，需要進行估算：

I₁：柴發機組控制器待機電流，取最大值140 mA。

I₂：風帆6-0A-105電瓶自放電電流（由于風機電瓶進行了技術升級，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小時電瓶放電容量；

公式（2)中T——電瓶充電間隔時間；

μ——電瓶容量下線保持率，當電瓶放電到一定容量時，會造成發電機無法啟動，出于安全考慮取保守值70%；

C——電瓶額定容量。

      通過計算可以看出，由電瓶直接供電給柴發機組控制器16.4天后，電瓶已達到啟動發電機所需容量的下限，必須要進行一次充電。這樣頻繁充電造成電瓶容量快速降低，加之長期小電流持續放電，會造成電瓶板極活性降低、硬化等現象，嚴重縮短電瓶使用壽命，給發電機正常工作埋下隱患，因此必須加裝電瓶浮充器。

      BCC6B智能浮充電源是專為發電機組后備電池24V鉛酸電池設計，采用電池管理IC新技術進行三段式智能充電，具有恒流快充、均流沖、涓流浮充，延長電池使用壽命，避免電解溶液的分層和硫化，是傳統浮充電源的升級換代產品，其技術參數如表4所示。

表4    BCC6B智能浮充器技術參數

 

總結：

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