发电机控制柜讲义

发电机控制柜天津市瑞灵自动化工程有限公司二零零四年十二月电控系统简介发电机控制柜是为油田钻井平台而设计。ZJ50（70）钻机电传动系统为由交流控制装置（GEN）、直流控制装置、司钻控制台（SCR）或变频调速、PLC系统、交流电动机控制中心（MCC）及电磁刹车控制器等主要部分组成。交流控制装置该装置共有二、三、四个GEN柜，分别对柴油发电机进行控制，并进行上线（并网）发电。在其负荷允许的范围内，保证输出600伏、50Hz的交流电压。各发电机可按工况需要，全部或任意两台以上机组上线运行时，负荷都能均衡分配，负荷转移平稳，能承受钻机的负荷特性和交流电动机启动时的电流冲击。交流控制系统交流控制系统的功能是控制柴油发电机机组，使其输出稳定的600V、50Hz

。每套交流控制系统包括发电机断路器、同步装置、交流控制组件、功率限制电路、接地故障检测电路等。交流控制组件安装在一个柜中，称GEN柜。发电机断路器发电机断路器的作用是隔离发电机母线与电网母线。断路器上装有过电流时自动分断的磁脱扣装置。还有一个欠电压（UV）脱扣线圈（17-01sheet1）。它同交流组件中的保护电路相联锁，当电路发生欠频、超频、过压和逆功率等故障状态时，保护电路使欠压脱扣线圈自动脱扣。断路器跳闸，保护发电机组。断路器给定值的设定操作断路器以前，注意保护额定值、长延时设定值、瞬时值与发电机额定值之间的关系，必须正确设定。本断路器采用三段设定----（L）过载保护、（S）选择性短路保护、（I）+瞬时断路保护。当断路器断开时，储能指示器显示“断开”（OFF）。要闭合断路器，首先转动手柄数次，储能指示器显示“储能”（Chargedspring），再按下柜体面板上的接通按钮（Pushon），断路器便接通，要断开断路器，只要按一下“分断”（Pushoff）按钮即可。同步装置连接线路发电机的同步控制线路在下面的图中。图中的S02为同步选择开关，同步盒（SYNCBOX）中M1为频率表，M2为同步表，M3为电压表，L1和L2为同步灯。同步盒通过四条线与外电路连接，三条线与同步开关S02相连，一条接地。同步开关选择待上线发电机的输出，例如：S02选在GEN1时，A10-B10接通、A04-B04接通，C04-D04接通。同步盒便检测GEN1的电压和频率，分别的电压表和频率表上显示，并同母线频率（以及相位）相比较，用同步表和同步灯显示同步状态。当交流母线上已有发电机在线运行，若另一发电机要上线时，在闭合发电机断路器前，使用同步装置将发电机的电压频率与交流母线的电压频率相匹配。当面板上的同步开关置于“关断”（OFF）位置时，同步装置上的频率表和电压表分别显示公共母线的频率和电压。

当两电压相同时，面板上的同步表和同步灯比较待并发电机和母线的频率或相位。待上线发电机和母线信号送入同步盒的同时，也送入同步继电器RL04的01端和04端。若频率或相位不相同，同步表指针旋转，同步灯忽暗忽明；该两信号同步以后，同步表指针指向12点的位置，同步灯熄灭。与此同时，RL04的07端和08端接通，将待并发电机的电压送到推合按钮灯LPB1上，该灯发光。在此瞬时果断按下推合按钮灯（Pushtoclose），断路器合闸线圈通电，断路器（合闸），将发电机并入母线。AC模块的外接线路AC模块控制组件是交流控制系统的核心部件，交流控制组件对外联结关系如下图。其中输入信号为速度给定(SpeedRef)、电压给定(VoltRef)、电压反馈115V、电流互感器CT的电流反馈信号转速传感器(Tach)上的速度反馈信号和励磁电流(Iex)反馈信号。

AC模块的输出信号是柴油机调速信号(Throttle)、发电机电压调节信系统号(Gate)以及有功表和无功表的驱动信号。

AC内部分为主板(MAIN)和辅板(AUX)。端子512~517输入115伏交流电压作为电压反馈信号，同时为组件整流电源的输入电压（T10）。510和511接到蓄电池的+/-，为手动断合电路(HOC)。534和525分别将机组的有功电流(I_real)和总电流(I_total)输至功率限制器。■503（-16V）、507(-160V)、543、544端为组件的主从控制端。504、505端将电压控制脉冲输至励磁板(PC11)的SCR控制极。反馈信号从556返回。533和545端将机组转速控制信号送到柴油机的执行器。而526和527端又将机组转速反馈信号输至组件，参与转速调节。536端作为机组运行/怠速(RUN/IDLE)的控制端。当按钮PB01按通时，536端接地，为“怠速”位置；PB01断开时，则为运行位置。508端提供+160VDC电源，经电阻降压后给502端输入+16VDC电压。断路器的欠压脱扣线圈(GENCBUVR)的01端只有得到24VDC电压时才能使断路器合闸。如果机组发生故障，使组件528和529之间的动合触点断开，线圈失电，断路器脱扣跳闸。同理，柴油机控制开关的“RUN”按钮如果不在按下位置，或使用了发电机紧急关断开关，都会使断路器跳闸。519至524端输入电流互感器CT的电流反馈信号，547端输入速度给定信号，551端输入电压给定信号。550端输出有功功率信号至KW表。553端输出无功功率信号至KVAR表。518端输出电流信号至KA表。RL01为紧急判断继电器，控制533和545间的动合触点。触点闭合，柴油机油门关闭。L02为发电机运行(GENRUN)灯，L03为发电机上线(GENONLINE)灯，LPB1为推合按钮灯，M10为运行小时计(HourMeter)，GENCBPTC为断路器合闸线圈。功率限制器功率限制是由功率限制器、直流控制组件、变压器T11和AC模块中的有功电流I_real及总电流I_total。功率限制器功率限制器的作用当发电机的有功功率或总电流达到设定值时，对直流电动机或交流电动机负载进行限制，以防止柴油机或发电机断路器脱扣。当负载突然增加时，使柴油机组的负载逐渐增加，保护机组。机组欠频或逆功时，对直流电动机负载进行限制。限制值的设定由四个开关确定设定值的大小。全部闭合时，设定值为机组额定值信号的80%；全部打开时则为110%，最小可得到2%的设定改变量（80%、82%、84%……108%、110%）。负荷增加速率的限制限制值设定以后，只要尚未达到设定值，司钻可以任意增加交流负载，由于机组不能瞬时达到满功率，必须经过几秒钟才能达到，但负荷功率往往是快速变化的，因此将功率限制电路设计成有一定速率的功率增加线路，由Z10和Z8组成。功率限制若在增加手轮给定过程中不能增加泥浆泵的冲程和转盘的转速，则表明钻机已达到功率限制值。也就是说，进一步增加手轮给定不会使柴油发电机组提供更大的功率。实际上保持机组运行大接近机组最大功率是最好的运行状态，对保养机组和节省燃料都有好处。欠频和逆功限制由于负荷增加等原因，使交流电源频率降到48HZ时，Z7输出频率限制信号，防止断路器跳闸。如果发生逆功现象，在TP1点出现的负值信号，使Z6输出功率限制信号。接地故障检测电路接地故障检测电路的功能的检测交流接地故障。并显示出来。该电路设置在交流控制柜上，包括L1，L2，L3，交流接地表M08和直流接地表M9。如果没有接地故障，三个灯均为橘黄色，接地表指示为零。如果交流某一相接地故障，由于负载中心点电位移动，三个灯的亮度出现差别。较暗的灯所在的相即为接地故障所在的相。同时接地故障表M8的黑色指针读数则表示接地故障的严重程度。M08的红色指针可以设定在某一角度。当交流接地故障达到一定的严重程度时，同人工设定的红色指针重合时，M08触点闭合，使RL01吸合由始至终出报警。如果直流系统没有接地故障，M09的黑色指针在中心位置。若正极有接地故障，黑色指针偏右；若负极有接地故障，黑色指针左偏。当交流接地故障达到一定严重程度时，黑色指针同两个红色指针中一个重合，同样使司钻台发出报警。AC模块AC模块分三个部分，即频率调节器(FREQREGULATOR)、电压调节器(VOLTAGEREGULATOR)、和保护电路(PROTECTION)。频率调节器频率调节器控制柴油机转速，使其稳定的1500r/min，从而保证发电机电压频率稳定在50HZ。它是一双闭环控制回路。外环是速度调节回路，内环是电流调节回路。端子533和545接到速度执行器的线圈上，用以控制柴油机的燃油管线的阀门上。速度控制环由Z8组成，为PI调节器。它综合速度给定、速度反馈和有功电流反馈信号，经调节作为电流调节器（内环）的给定信号。速度给定信号由操作者在控制面板上的速度调节旋钮给出，旋钮连接着电位器，接到547号端子，可得到0~11V的信号。对应的发电机频率是46~54HZ。速度反馈信号由柴油机转速反馈和发电机电压频率反馈两部分组成。柴油机转速信号(反映发电机频率)由一个转速传感器给出。转速传感器为一个电磁传感装置，安装在柴油机飞轮边沿上。飞轮每转过一个齿，该装置发出一个脉冲，将此脉冲输至速度调节器的脉冲拾取电路“-”(526端)和“+”(527端)。发电机电压频率反馈信号由频率解调电路给出。频率解调电路即频率/电压变换电路，由26个二极管及阻容网络组成。输入至速度调节器中的速度反馈信号公为上述二个信号中的一个。由一个电子开关电路进行选择：机组低于怠速时，将转速传感器来的反馈信号输至Z5-3；机组在怠速以上运行时，Z5-3接受来自TP5的频率反馈信号。电流控制环由Z9及其它有关元件组成的PI环节构成。它的输入信号是Z8输出的速度指令的有功电流反馈信号I_real，其输出信号通过由Q4组成的功率放大器放大后，经533和545输出至安装在柴油机上执行器。从而改变柴油机的油门开度。怠速主从控制电路主从控制的作用是实现向电网供电的各柴油发电机均衡分配有功功率。上线各机组在电流调节电路的给定和频率调节电路的输出之间设置主从控制开关，使全部机组的给定为同一信号。主从控制电路的按下述原则设计的：在上线运行的各机组中，序号最小的机组为主动机组，其余机组为均为从动机组。在线路设计上总是以主动机组的频率调节电路输出作为在线全部机组电流调节电路的输入信号。当某号机为主动机组时，其电流调节电路的给定只能是该机能的频率调节电路的输出，同时该输出也作为其他从动机组电流调节电路的给定输入。当某号机为从动机组时，它的频率调节电路不能作为该机组电流调节电路的给定输入，其给定只能由主动机能的频率调节电路给出。电压调节器它由二个触发电路和一个双环控制回路组成、控制回路的内环是在励磁电流调节电路，外环是电压调节电路。负荷变化时，电压调节器能自动调节发电机励磁电流，使得发电机输出电压600V稳定不变。触发电路由Z10、Q203、Z11和Q303等元件组成，它向励磁板半控桥的SCR提供可移相的触发脉冲。共有两套相同的触发电路，只是它们的触发的相位正好相反。触发电路的同步电压由T10副边得到，其触发给定信号由励磁调节电路Z2给出。励磁调节电路由Z2组成的PI环节构成，其输入端的给定信号来自Z1输出，其电流反馈Iex+(556)取自励磁回路R5，R6和R7的正端。励磁调节电路的输出作为触发电路的输入信号。由Z1等元件组成电压调节电路，为IP环节，该电路给励磁调节电路提供电流给定信号。励磁电路发电机线电压经变压器T8（600V/115V）降压后输入到励磁板。励磁电路板有两组整流电路，一组由二极管DB1和DB2组成，另一组由SCR1、SCR2和DB2组成。启动开始后，发电机的剩磁电压经DB1和DB2整流后加到励磁线圈。经正反馈过程，励磁电压一升，发电机电压很快建立起来。当发电机电压足发以给交流组件供电时，延时继电器K1动作，它的三个动断触点断开，SCR和SCR2代替DB1，实施半控整流。此时DB1只给K1供电。励磁电路板经01端和10端向发电机提供励磁电流。保护电路保护系统有欠压、过压欠频、过频、逆功率、怠速和反馈脉冲丢失等环节。其是欠压保护由断路器本身整定，其他保护都有一套电子线路。故障发生后，通过继电器切断发电机断路器的失压脱扣线圈，使发电机式母线上脱开。怠速脉冲丢失脱扣过压保护电压反馈信号加到电阻R90和R96组成的分压电路上，正常时Q6截止。发电机电压升高时，-39V电源与地之间有稳压电路，其值不变，只有+160V电压增高。当发电机电压升至约700V时，Q6导通，Q3截止，继电器K2断电，断路器跳闸。欠频保护频率正常时，Z7输入负电位，输出正电位，D24截止。当频率低于46Hz时，Z7输入电位稍大于零，其输出翻转为负电位，D24导通，Q3截止，发电机断路器跳闸。同时Z7还将负电位输至电压调节器低频减压电路的R17上，该负电平使发电机励磁电流自动减小，电压降低。在怠速时，电压不超过去了350V。过频保护频率正常时，Z14同相端输入电位为-3V，反相端电位为-4.8V，输出正电位，D6截止。当频率超过56Hz时，同相端输入低于-4.8V，Z14输出翻转为负电位，D67导通，Q3截止，K2断电，发电机断路器跳闸。逆功率保护发电机出现逆功率时，其线电流与正常供电时的线电流相反，电流解调电流输出的有功功率为负电位，使Z6反相端变为负电位。由于Z6组成积分环节，使逆功率到7%时，延时8至10秒后，Z6输出上升为正电位，Q1饱和导通，D26导通，Q3截止，断路器跳闸。怠速保护柴油机在怠速状态时，Q2集电极输出-14V电位，经D25使D67导通，Q3截止，K2断电，断路器跳闸。反馈脉冲丢失保护反馈脉冲正常输入时，脉冲检测电路AUX17端输出的信号使脉冲丢失保护端9端电位为+16V，D169截止。