|
新聞主題 |
柴油發(fā)電機實(shí)現自動(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)電機雙回路供電實(shí)現自動(dòng)化切換，在市電故障時(shí)快速準確切換至柴油發(fā)電機供電，市電正常后恢復市電供電，柴油發(fā)電機冷卻后可靠關(guān)閉。通過(guò)ATS開(kāi)關(guān)及附屬繼電器與柴油發(fā)電機控制器有機的結合，設計出市電、柴油發(fā)電機自動(dòng)切換系統。文章就配電系統如何實(shí)現市電與柴油發(fā)電機自動(dòng)切換，從設計思路、實(shí)現方案、器件選型、安裝調試、改造效果、運行維護等方面進(jìn)行論述。
一、雙電源（ATS）設計思路
從用戶(hù)現有供配電設備實(shí)際情況出發(fā)，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(fā)機組控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)"柴發(fā)機組控制器"，下同），由柴發(fā)機組控制器監控發(fā)電機的運行，應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，應選用控制電壓等級為DC24 V的切換開(kāi)關(guān)，由發(fā)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(lái)實(shí)現自動(dòng)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(dòng)切換發(fā)電機供電；
（2）市電正常自動(dòng)切換至市電，延時(shí)關(guān)閉發(fā)電機；
（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。市電監測主要實(shí)現對市電電壓實(shí)時(shí)監測，當市電故障時(shí)能給發(fā)電機自帶柴發(fā)機組控制器發(fā)出啟動(dòng)信號，并驅動(dòng)切換裝置切換。市電與發(fā)電機相互切換由切換裝置完成，用戶(hù)現有配電設備和發(fā)電機都具備相應短路、過(guò)載等保護功能，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A(yíng)TS（PC級）開(kāi)關(guān)中選擇。直流充電電源，主要給柴發(fā)機組控制器待機供電和發(fā)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(shí)施方案確定和器件選型后，根據需要再定。
|
圖1 ATS轉換開(kāi)關(guān)安裝位置示意圖 |
圖2 雙電源自動(dòng)切換系統方框圖 |
二、雙電源（ATS）實(shí)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(chǎng)的成熟產(chǎn)品，有兩種實(shí)現方案。ATS開(kāi)關(guān)接線(xiàn)如圖3所示，柴發(fā)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(kāi)關(guān)和柴發(fā)機組控制器組成自動(dòng)切換系統。ATS智能控制器可精確監測市電、發(fā)電兩路三相/單相電壓，對出現的電壓異常、斷電、過(guò)壓、欠壓、缺相、相序做出準確判斷，經(jīng)延時(shí)后控制ATS開(kāi)關(guān)切換，發(fā)出發(fā)電機延時(shí)啟動(dòng)信號?？稍O定市電優(yōu)先功能，同時(shí)具有計算機接口模塊，可實(shí)現計算機編程控制。其特點(diǎn)是能對市電及發(fā)電電壓異常全面精準監測，ATS開(kāi)關(guān)切換方式可人為設定，可滿(mǎn)足多種切換要求，適應性廣，能實(shí)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(kāi)關(guān)及保護繼電器、時(shí)間繼電器等和柴發(fā)機組控制器組成自動(dòng)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(fā)出發(fā)電機啟動(dòng)信號，經(jīng)柴發(fā)機組控制器延時(shí)后啟動(dòng)發(fā)電機，發(fā)電機啟動(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，當市電恢復，直接切換至市電，具備市電優(yōu)先功能，發(fā)電機運行由柴發(fā)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(jiǎn)單、占用空間小，最主要是能利用現有設備等特點(diǎn)。
通過(guò)比較，方案二接近方案一的控制切換功能，但結構簡(jiǎn)單，易于實(shí)現，方便維護，且造價(jià)低廉，方案二更適合于用戶(hù)配電設備陳舊現狀。
|
圖3 雙電源轉換開(kāi)關(guān)（ATS）接線(xiàn)端子示意圖 |
圖4 柴油發(fā)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(kāi)關(guān)選型
舉例某用戶(hù)現有電力變壓器容量160 kVA，最大電流230 A，發(fā)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(kāi)關(guān)容量應適當放大，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、接通分斷能力、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)采用雙列負荷式觸頭、橫拉式機構、微電機預儲能以及微電子控制技術(shù)，基本實(shí)現零飛弧，可帶載切換。機械操作帶手動(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。
表1 SYK1-300A型ATS開(kāi)關(guān)主要電氣性能參數
|
電氣性能 |
參數值 |
|
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 |
|
額定分斷能力 |
8 le |
|
額定限時(shí)短路電流 |
100 kA |
|
轉換時(shí)間 |
≤3.5 s |
|
控制電源電壓 |
220 VAC |
2、繼電器及熔斷器選型
（1）斷相與相序保護繼電器
為實(shí)現市電監測功能，選用xJ3-C型斷相與相序保護繼電器，作線(xiàn)路的斷相、相序、三相電壓不平衡故障狀態(tài)的保護控制作用，其相關(guān)參數及技術(shù)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(shù)性能
|
項目 |
參數 |
|
工作電壓 |
交流三相380 VAC 50 Hz允許波動(dòng)±10% |
|
觸點(diǎn)數量 |
1常開(kāi)1常閉 |
|
觸點(diǎn)容量 |
250 VAC 5 A |
|
斷相與相序保護 |
動(dòng)作時(shí)間≤2 s |
|
三相電壓不對稱(chēng)度 |
≥8%～13%動(dòng)作時(shí)間≤5 s |
|
電壽命 |
1×10?次 |
|
機械壽命 |
1×10?次 |
|
功耗 |
≤3 W |
|
安裝方式 |
導軌式 |
（2）時(shí)間繼電器
根據柴油發(fā)電機啟動(dòng)后需要有幾十秒的穩定運行時(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)參數如表3所示。
表3 JSZ3A-B型時(shí)間繼電器技術(shù)參數
|
項目 |
參數 |
|
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 |
|
觸電數量 |
延時(shí)二轉換 |
|
安裝方式 |
導軌式 |
（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(kāi)、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(mǎn)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(fā)電手動(dòng)切換運行期間，發(fā)電機只在市電停電或定期試機等需要啟動(dòng)運行時(shí)，由電瓶提供啟動(dòng)電力，手動(dòng)啟動(dòng)發(fā)電機運行。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)的補充電，使電瓶達到滿(mǎn)電狀態(tài)。在市電、發(fā)電自動(dòng)切換升級改造后，柴發(fā)機組控制器需采用自動(dòng)模式，發(fā)電機將長(cháng)期處于備用待機狀態(tài)。
柴發(fā)機組控制器直接由2只12 V、105 Ah原配電瓶串聯(lián)24 VDC供電，能否滿(mǎn)足長(cháng)期待機要求，需要進(jìn)行估算：
I1：柴發(fā)機組控制器待機電流，取最大值140 mA。
I2：風(fēng)帆6-0A-105電瓶自放電電流（由于風(fēng)機電瓶進(jìn)行了技術(shù)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(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，當電瓶放電到一定容量時(shí)，會(huì )造成發(fā)電機無(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)計算可以看出，由電瓶直接供電給柴發(fā)機組控制器16.4天后，電瓶已達到啟動(dòng)發(fā)電機所需容量的下限，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(cháng)期小電流持續放電，會(huì )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(fā)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(zhuān)為發(fā)電機組后備電池24V鉛酸電池設計，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(cháng)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(chǎn)品，其技術(shù)參數如表4所示。
表4 BCC6B智能浮充器技術(shù)參數
|
項目 |
參數 |
|
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) |
|
電壓穩定度 |
≤0.5% |
|
輸出穩定度 |
≤1% |
|
無(wú)故障時(shí)間MTBF |
≥50 000 h |
總結：
總的來(lái)說(shuō)，市發(fā)電切換柜的主要作用是確保生產(chǎn)用電的連續供應，保障企業(yè)重要設備不會(huì )因斷電而受到影響或損壞。當市電出現中斷或異常時(shí)，市電切換柜可以快速將電源切換到柴油發(fā)電機組上，以避免重要設備停機、損壞或數據丟失等問(wèn)題。市電切換柜的切換時(shí)間會(huì )根據具體設備的性能和設計有所不同，一般來(lái)說(shuō)，最短的切換時(shí)間可以達到幾毫秒甚至更短。這樣的短的切換時(shí)間可以確保設備在市電發(fā)生中斷時(shí)不會(huì )受到明顯的干擾，保障電力系統的連續工作。
----------------
以上信息來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新聞，特此聲明！
若有違反相關(guān)法律或者侵犯版權，請通知我們！
溫馨提示：未經(jīng)我方許可，請勿隨意轉載信息！
如果希望了解更多有關(guān)柴油發(fā)電機組技術(shù)數據與產(chǎn)品資料，請電話(huà)聯(lián)系銷(xiāo)售宣傳部門(mén)或訪(fǎng)問(wèn)我們官網(wǎng)：http://
