火电厂后备柴油发电机监控系统设计与实现

许峰

（江苏道康发电机组有限公司 江苏省泰州市 225300）

火电厂常常将柴油发电机作为主要后备供电设备，但是在应用过程中，继电器的控制系统依旧难以满足现代化背景下中型、大型火力发电机组的可靠性、自动化需求。为改善这一情况，满足现代化背景下柴油发电机的应用需求，则需积极运用先进的科学技术，进一步优化柴油发电机的系统与结构，进一步提高柴油发电机的控制水平。在实际应用过程中，柴油发电机必须时刻维持热备用状态，一旦运行中的发电机出现问题，则需及时启动后备柴油发电机，替代发生问题的发电机。想要让柴油发电机及时启动应急，则需保证柴油发电机始终自动、独立、可在规定时间内按照预设的程序快速启动，才能保证柴油发电机中的反应堆及时反应过来，预防事故发生。监控系统属于柴油发电机的重要组成部分，主要承担着监测柴油发电机工作状态、性能参数等工作，可保证柴油发电机始终处于备用状态，在火电厂发生问题后及时进行应急启动，保证柴油发电机能够迅速有效的启动，承担着起替代其他发电机发电的工作。

1 柴油发电机的监控系统应用现状

随着我国人们经济水平、生活质量持续增加，城镇化建设步伐不断加快，人们的用电需求越来越高，对于用电安全、用电质量也有了更高的要求。为保证发电厂能够及时启动，必须辅以相应的控制技术与监控技术，能够密切监测备用发电机的实际情况，保证备用发电机能够在电厂发电机发生问题后，可立刻启动顶上。传统备用柴油发电机采用的监控系统主要有两个部件组成，分别是常用仪表以及继电器。但是这种监控技术容易发生故障，接线比较复杂，功能比较单一，可塑性与可靠性比较差。监控技术应用过程中，很难保证监控技术的准确性与真实性。再者，常用的备用发电机具有结构复杂、参数复杂等特点，必须让监控系统与备用发电机的各项参数有效结合，并形成便捷、理想、友好的显示操作界面，才能保证监控技术的实际应用价值被充分挖掘出来。但是，随着我国科学技术不断提高、不断进步，计算机技术、信息化技术、数字化技术以及智能化技术在火电厂得到了广泛的应用，柴油发电机的结构得到有效优化，各种先进技术在柴油发电机中得到应用。柴油发电机的监控系统技术得到优化。

2 柴油发电机的系统组成情况

现今火电厂所应用的柴油发电机多为单元制布置，每个单元系统与2 台300MW 机组有效结合，组成一个柴油发电机。备用柴油发电机主要由主机系统、电气系统、燃油系统、测量控制系统、启动系统以及发电机出口六个部分组成。其中发动机、发电机以及相应的附属设备组成了主机系统；而燃油箱以及控制阀则组成了燃油系统，主要承担着为发电机及时提供所需柴油，控制发电机中燃油流量情况的职责；充电机、启动电机以及蓄电池可组成启动系统，主要承担着为发电机提供动力的职责；励磁调节装置以及电压调节装置组成励磁调节胸痛，主要承担着合理调节机器出口电压的职责；发电机的出口自断路器、馈线刀闸、馈线屏等部件组成了电气系统，主要承担着控制柴油发电机出口——保安段线路的职责；而测量控制系统则承担着保障发电机可靠性、安全性的职责。

3 后备柴油发电机监控系统设计原则

想要保证柴油发电机的监控系统能够充分发挥其实时监控的职责，在设计监控系统时则必须遵循相关设计原则，才能保证监控技术得到充分应用，监控系统能够在柴油机中充分发挥其价值，能够进一步保障柴油发电机的可靠性及安全性。

3.1 安全性、质量性原则

实际设计监控系统的过程中，必须充分应用NC 级设备、IE 级设备（1 类抗震设备、QAI 质保等级，符合K3 坚定标准），充分发挥设备的应用价值。再者，设计过程中，必须重视所有和柴油发电机应急运行、启动相关的各色设备，保证设备等级均为IE 级。除去这些用于保证发电机应急运行、应急启动的IE 级设备，其余设备则必须达到NC 级标准。

3.2 合理分配功能

备用柴油发电机必须始终维持应急状态，能够在正常使用发电机发生问题后，在短时间内快速启动、运行，并且通过相应的控制系统实施保护功能，才能保证监控系统的功能得到充分实现。为达到这一目标，多通过IE 级设备达到这一目标。而与发电机的应急启动、应急运行无明显关系的报警功能、信息显示功能、控制保护功能则通过NC 级设备达到目标。

4 后备柴油发电机监控系统的设计结构

从实际应用情况可以看出，备用柴油发电机的监控系统主要通过发电机自身的检测系统参数（譬如发电机压力、发电机转速以及发电机实际温度等等）实现，为发电机中的各种设备提供相应的信息监测、系统控制、系统保护等等功能，从而保证发电机的安全性、可靠性，促使发电机始终经济、有效的运行。后备柴油发电机的监控系统结构主要由三部分组成，第一部分是工艺系统，主要由各种电动机、各种电磁阀还有各类传感器等等设备组成。工艺系统的主要功能则是通过自动化系统、采集各种工艺参数达到控制指令，控制整个工艺过程实现。第二部分是自动控制系统，主要由控制站、监测站等重要设备组成，具有完成数据处理、及时与外界通信以及逻辑控制等多种功能。第三部分是操作及信息管理层，主要由操作人员通过手动操作达到信息显示、故障报警等等功能，主要由重要硬件操作开关以及触摸屏、显示屏等组成。

5 后备柴油发电机监控系统的控制逻辑

5.1 顺序控制逻辑

将三次自启动逻辑作为案例，备用柴油发电机想要及时发挥其备用设备的功能，则必须在接到相应指令后10 秒内迅速完成1 次应急自启动，若第一次自启动失败，则进行一次闭锁启动。在第一次自启动15 秒后，再次发送指令，进行第二次自启动，若第二次自启动失败，则进行二次闭锁启动。在第二次自启动15s 后，再次发送指令，进行第三次自启动。备用发电机必须在60s 内完成三次自启动，若是连续三次自启动均以失败告终，则及时反馈停机信号，及时将自启动回路闭锁。

5.2 联锁控制逻辑

若监控系统采用的是380V 线路，将其作为案例展开分析。这种线路保护逻辑包含过电压、反时限过流、低电压、断线四种保护逻辑。

（1）过电压：若柴油发电机的实际电压水平明显比规定值更高，发电机中的自动电压调节器则会主动启动过压调节。若是在过压调节启动后，发电机的电压水平依然在升高，最终值高于保护定值，发电机则会启动过压保护动作。而白哦胡信号会从发电机的出口发出，达到保护逻辑的目的，令发电机立刻进行停机回路，最后发出相应报警，提醒操作人员。

（2）反时限过流：发电机中一共有三相电流，不管是哪一相电流的电流值高于额定值，均会导致发电机启动反时限过流保护功能，促使发电机停机，并发出相应的报警。

（3）低电压及断线：若是发电机的380V 线路出现低电压或是线路断线现象，则会促使发电机启动保护动作，发出报警，并且会导致系统输出相应的分闸脱扣指令，促使发电机启动脱扣线圈的点动作，促使发电机进行自启动。

6 后备柴油发电机监控系统的实现

6.1 监控系统硬件

想要在备用柴油发电机中安装相应的监控系统，充分发挥监控系统的应用价值，必然要配以相应的系统硬件。系统硬件可由主开关、电压互感器、电流互感器、触摸屏监控系统、可编程控制器、报警指示灯、继电器。显示仪以及带灯按钮等等组成。这些硬件必须按照柴油发电机的结构、监控系统的结构合理装置，并且需结合发电机的实际运行技术要求、特征，进行相应的设计，如此才能保证监控系统硬件完善，能够辅助监控系统发挥相应的硬件功能。

6.2 监控系统软件

结合柴油发电机监控系统的实际工作原理，将整个控制系统依次划分成数个功能块，不同的功能块具有不同的功能。

（1）主程序：应监控系统采用的是模块化结构，因此相较于传统发电机的主程序，这种主程序更为简单明了，主程序主要具有控制任务调度、任务初始化等等职责，主要通过自检测、各功能块调用以及参数初始化、程序操控等发挥相应的功能。

（2）自启动：自启动状态下的发电机可在保安段失压后，及时发出相应的自动指令以及失压信号，并在10s 内迅速完成自启动、15s 内将频率以及电压提到额定值、20s 内将开关合闸投进供电程序中。

（3）自停机：在发电机发生低电压、过电流、手动停机、低油压、超速、过负荷等等故障后，监控系统可直接反馈信息，促使发电机进入停机状态。

（4）模拟量处理：主要具有将各个变量存放单元的数值全部清空、将模拟量信号定时输入记录的中断时间全部清空等功能。在输入模拟信号后，可直接进入中断处理，可通过模块输出相应的电压、电流、功率、交流功率、转速时间等数值，并进行模拟量处理，结合处理结果进行控制，并在触摸屏上显示相应的数值与信息。

（5）电气控制：在发电机自启动成功并且各个参数均达到相应的而行之后，模块可发出馈线刀闸、主开关信息，并及时对保安段输电。

7 结束语

综上所述，为提高火电厂备用柴油发电机的性能，促使发电机及时启动，采用先进技术设计并应用相应的监控系统，是非常有必要的，可进一步优化柴油发电机的工作流程，促使发电机安全、可靠的运行。