柴油发电机组控制系统模块探讨

郭星民

摘要：本文探讨了柴油发电机组转速控制模块，柴油发电机组电压控制模块，柴油发电机组并机控制模块，通过现场总线通讯实现对发电机组的参数进行实时采集等，可以为控制中心进行管理、决策提供重要的依据。

关键词：柴油；发电机组；控制系统；模块

电动钻机柴油发电机组的控制系统包括柴油机转速控制、发电机输出电压控制、并网装置、柴油发电机组的系统保护、功率限制等有关辅助控制装置及控制电路。交流控制系统的功能是控制柴油发电机组，使其输出电压稳定在600V、输出频率稳定在50HZ。

1柴油发电机组转速控制模块

柴油发电机组稳定运行的基本条件是输出力矩与外界负荷力矩相互平衡，其输出力矩主要通过改变供油量来加以调整。由柴油机的速度特性可知，其扭矩相对转速的变化关系较为平坦，适应性系数比较低。因而，柴油机的转速受外界负荷的影响很大，稍大的负荷变化就可能导致柴油机飞车或熄火。另外，由于外界负荷的变化常常是不可预料的，因此，不可能靠人为控制供油量来适应负荷的变化，而必须具备调速系统。当负荷升高使得转速下降时，由于反馈的作用，调速系统增大输出，即增加供油量，使转速上升重新回到给定转速，保证柴油机按给定转速运行。一台柴油机性能的优劣，在很大程度上取决于其调速系统是否完善。调速系统组成一般主要包括感知转速变化的敏速装置、驱动喷油泵的执行装置、完成逻辑运算的控制装置，采用速度调节器对柴油机执行器进行控制，从而对柴油机机械式喷油泵进行调节，以此控制进油量的大小。

美国WOODWARD公司生产的2301D电子调速器是一种双脉冲调频调载型电子调速器，除了具有频率脉冲调节外，还具有有功功率脉冲调节分配功能，所以多用于并联机组上，完成频率和有功功率自动调整。

2301D电子调速器的主要特点：系统的动态精度高，突变额定负载时的瞬态调速率不大于2%，稳定时间小于1s；多台机组并联时，有功负载分配整度在士5%，保证多台机组的稳定并联运行；环境条件变化时的补偿误差小；便于柴油机的超速、滑油低压、高水温报警的自动停车机构等保安系统的控制电路，同2301电子调速器的故障保护电路相连接，组成完整的保安控制系统，根据电站自动化要求，可以完成机组间自动启动，投入运行和自动停车，电网自动整步投入并联运行；自动进行负载分配和转移；接電站承羹能力自动切除或投入次要负载和重载投入前询问等功能。

2301D电子调速器的电磁测速元件通过柴油机飞轮，感应测量柴油机转速并输出同转速成正比的交流测速电压信号至2301D调节器内的频率转换器，由频率转换器输出与转速成正比的直流测速电压信号，再由转速调节电位计输出给定转速电压信号。通过测功元件（电流、电压互感器）测取发电机的有功负载值，并在几台并联运行机组问进行综合比较，而后经调节器内的负载转换器输出与机组有功负载及其分配差度值成正比的调载电压信号。

调速、调载电压信号（双脉冲），在输出运算放大器的输入端进行合成运算。滑油压力开关通过斜波发生器，给出允许机组加速或减速运行指令以及机组加速时间和低转速调节值的输出电压信号，也在输出放大器的输入端如同上述频载电压信号处理一样，同时进行合成运算，然后输出合成的频载电压信号，去控制执行器，进而对柴油机供油量进行调节，以使各并联机组达到频率恒定，有功负载分配均匀，从而达到对频率和负载分配的双重调节的目的。

2柴油发电机组电压控制模块

发电机要感应电动势必须同时具备两个条件：发电机旋转到一定转速和磁极铁心己建立磁场。而磁场的建立依赖于磁极绕组中通过的直流电流，这个直流电流通称为励磁电流。提供励磁电流的电源，有来自发电机外部，称为他励，也有来自发电机本身，称为自励，中小型发电机多属于自励发电机。提供发电机励磁电流和自动调节励磁电流的系统叫做励磁系统。励磁系统一般由两个部分组成：第一部分是励磁功率单元，它向同步发电机的励磁绕组提供直流励磁电流；第二部分是励磁调节器（励磁控制器），它根据发电机的运行状态，自动调节功率单元输出的励磁电流，以满足发电机运行的要求。

巴斯勒电气的DECS-100自动励磁调节器是一个基于微处理器的控制装置。DECS-100通过控制无刷励磁机的励磁绕组的电流来调节发电机的输出电压。DECS-100的输入功率取自发电机的输出端。

DECS-100工作原理图，如图2所示。

3柴油发电机组并机控制模块

钻井现场中，在需要增大用电量时，要将多台柴油发电机组投入运行操作。在系统正常运行时，随着负荷的增加，要求将备用发电机迅速投入电网，以满足对用电量增长的要求；在系统发生故障时，要将备用机组快速投入电力系统以制止系统崩溃。这些情况均要进行同步操作，将发电机组安全可靠、准确迅速地投入，确保系统的可靠、经济运行和发电机的安全。

为了使并网时引起的瞬时冲击电流不影响电网，需要在理想条件下发出并网信号。理想条件如下：

（1）待并网发电机的电压和母线电压大小相等。

（2）待并网发电机的电压和母线电压相位相同。

（3）待并网发电机的频率和母线频率相等。

在发电机并网时，任意一项条件不满足都不能发出并网信号。

柴油发电机组的并机控制模块由控制器WOODWARD EASYGEN-3200和二次回路组成，能检测并显示发电机的工作状态、电气参数，通过自动或手动操作，对发电机系统进行控制，实现发电机并车供电或单机供电的目的。

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，需通过同步装置将发电机的电压频率与交流母线上的电压频率相匹配。打开EASYGEN 3200控制器的通讯界面，可以查看发电机组的通讯连接状态，此时每一台控制器上都可看到另一台发电机。将控制器调到同步指示画面，观察同步表，同步表在12点钟位置时（±50）断路器自动闭合，完成发电机带载并机操作。