新聞主題	關于柴油發(fā)電機主備蓄電池的方案

 

摘要：康明斯發(fā)電機公司在本文闡述了利用柴油發(fā)電機組的控制器，設計了柴油發(fā)電機主、備啟動蓄電池的自動切換方案，消除了手動切換方式存在的安全隱患，提升備用電源應用的安全性、智能性、經濟性、穩(wěn)定性。同時用于柴油發(fā)電機的雙路電池系統(tǒng)，有兩個獨立的充電電源回路，可以對主備用蓄電池(兩組電池)分別充電，且互不影響，避免蓄電池虧電的情況出現。并且使用新技術對現有的監(jiān)控系統(tǒng)進行改造，為優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)的構建提供了極大的幫助，使現有的遠程監(jiān)控系統(tǒng)不斷得到完善。

 

一、設計方案的組成及工作原理

      柴油機發(fā)電機組是確保電力的重要備用電源，為了確保柴油發(fā)電機組在啟動時能有足夠的啟動電能供給，每個柴油發(fā)電機組都配備了主備各一組啟動蓄電池，當主用蓄電池不能正常工作導致柴油發(fā)電機無啟動電能時，就需要切換到備用蓄電池啟用柴油發(fā)電機組，可是目前大多數臺站主、備蓄電池之間的切換方式是通過雙向閘刀開關來實現，也就是當柴油發(fā)電機組啟動失敗時，還必需有人在現場檢查，判斷是不是蓄電池故障，當判定是蓄電池故障后，人工手動將雙向閘刀開關切換到備用蓄電池，再次手動啟動柴油發(fā)電機組。這樣傳統(tǒng)的處理方法無疑不能滿足用現代化科技實現遠程監(jiān)控和智能一體化的發(fā)展需求，本文將針對康明斯PCC3.3控制器帶有電池電壓數據采集比對功能、開關量輸入/輸出功能和帶標準的RS232通信接口的特點，設計了柴油發(fā)電機主、備啟動蓄電池自動切換方案。

1、系統(tǒng)組成和功能分析

      設計方案由一臺康明斯PCC3.3控制器、控制器RS232通訊模塊、2個大電流KM接觸器、4個小電流繼電器、1個雙向閘刀開關、2個指示燈、6個小開關及一批導線和一批二極管等設備組成。原理如圖1所示，起動系統(tǒng)啟停電路如圖2所示。

      在設計方案中，康明斯PCC3.3控制器做為最核心的元器件，負責電池數據采集、比對和開關量輸入/輸出，繼電器K1、K5負責選擇控制KM1、KM2接觸器的線包電壓通斷，從而實現和選擇主備蓄電池的通斷，繼電器K8負責控制顯示面板主用/備用蓄電池指示燈及備用電池報警反饋；控制器RS232通訊模塊負責與上位機通訊，向上位機報送設備狀態(tài)、參數、性能、故障記錄；當自動控制系統(tǒng)出現故障時QS雙向閘刀能快速的甩開控制系統(tǒng)切換啟動電源到備用蓄電池上；其它開關和導線是實現電源的通斷；電路中的二極管是防止線路過壓燒毀設備。

2、設計系統(tǒng)的工作原理

（1）控制部分的工作原理

      主備電池輸出開關JD1、JD2、SA1合閘后，電池會給康明斯PCC3.3控制器提供24V的工作電壓，控制器對電池供電電壓進行采集，電壓采集數值在預設正常范圍內，控制器B07輸出口輸出低電平，K5、K8繼電器不工作，當需要啟動柴油發(fā)電機組時，第一步是控制器B02口輸出一個高電平，K2繼電器線包通電工作，柴油發(fā)電機組油閥系統(tǒng)打開，同時斷開U1開關電源與主用蓄電池連接線路，第二步是控制器B01口也輸出一個高電平，K1繼電器線包通電工作，K1常開點吸合時KM1、K19接觸器線包形成回路，KM1、K19觸點吸合，充電發(fā)電機和啟動馬達與電池接通，柴油發(fā)電機組啟動完成；當控制器采集到的電池電壓超限時，控制器B07口輸出一個高電平，繼電器K5、K8線包通電工作，繼電器K5、K8的常開點吸合，當需要啟動柴油發(fā)電機組時，第一步是控制器B02口輸出一個高電平，K2繼電器線包通電工作，柴油發(fā)電機組油閥系統(tǒng)打開，同時斷開U2開關電源與主用蓄電池連接線路，第二步是控制器B01口也輸出一個高電平，K1繼電器線包通電工作，K1常開點吸合時KM2、K19接觸器線包形成回路，KM2、K19觸點吸合，充電發(fā)電機和啟動馬達與電池接通，柴油發(fā)電機組開始工作，柴油發(fā)電機組啟動完成。

      當康明斯PCC3.3控制器失效或者是需要手動切換到備用蓄電池使用時，可以直接將SA2旋鈕開關合上，使繼電器K5、K8線包通電，通電后的工作原理與上述“當康明斯PCC3.3控制器采集到的電池電壓超限時”的工作原理一樣，當再次想手動切換回主用蓄電池時，只需將SA2旋鈕開關分斷，繼電器K5、K8線包斷電不工作，常閉點吸合，柴油發(fā)電機組啟動電能恢復到主用蓄電池工作。

      當康明斯PCC3.3控制器、K5繼電器、K8繼電器、KM1接觸器、KM2接觸器、連接的線路損壞不能自動切換，或者是手動旋鈕SA2開關不能自動切換時，可以將QS雙向閘刀開關置于備用電池端，直接將備用蓄電池啟動電能供給柴油發(fā)電機組，從而完成柴油發(fā)動機組的啟動，滿足了系統(tǒng)故障快速響應要求。

（2）顯示部分工作原理

      當處于主用蓄電池工作時，繼電器K8不工作，主用蓄電池指示燈會因K8的常閉點接通形成回路點亮，當處于備用蓄電池工作時，備用蓄電池指示燈會因K8的常開點吸合接通形成回路點亮，同時主用蓄電池工作指示燈會因K8常閉點斷開而熄滅。此外當選擇備用蓄電池工作時，K8常開點吸合，會通過控制器B16口給控制器一個“備用電池反饋”信號，同時康明斯PCC3.3控制器會將采集到設備狀態(tài)、參數、性能、故障進行檢測和記錄，通過控制器RS232通訊模塊上報給上位機，遠程監(jiān)控客戶端會顯示出現場的狀態(tài)，實現了遙控檢測功能，當排除主用蓄電池故障后，按一下SB2摁鍵復位，會消除控制器的電池故障報警。

圖1  柴油發(fā)電機的雙路電池系統(tǒng)接線圖

圖2  柴油發(fā)電機啟停電路示意圖

 

二、設計方案的設備選型與配置

      設計方案的實現，需要定義好康明斯PCC3.3控制器開關量輸入/輸出口的功能，目前在市場上康明斯控制器系列產品有兩種版本，一種是沒有PLC功能的控制器，需要定義好模擬量采集和開關量輸入/輸出口參數。

（1）將發(fā)動機保護功能中電池電壓高設置為36V、電池電壓低設置為18V、電池電壓延時設置為5S,目的是將電池電壓設定一個正常范圍和告警范圍；

（2）設置控制器開關量輸入/輸出口的功能，定義開關量輸出口第一口為啟動馬達功能，定義開關量輸出第二口為燃料閥功能，定義開關量輸出第七個口為電池故障報警輸出功能，定義開關量輸入口第六口為備用電池反饋功能，定義開關量輸入口第七口為故障復位按鍵功能。另一種是在上一種版本的基礎上增加了PLC功能，其實質的工作原理一樣，只是很多條件和顯示狀態(tài)能在PLC功能上實現，在使用中編輯PLC滿足一定的條件后輸入/輸出各關量，顯示和比對在PLC功能里實現，只需定義一個開關量輸出口為切換主備蓄電池的功能即可。

（3）推薦采用二段式蓄電池充電模式，充電曲線如圖3、圖4所示。二段式只有恒流和浮充，也是目前在國內市場使用是廣泛的充電器。按照國際標準充電方法，鉛酸蓄電池的浮充電壓不允許超過電池額定電壓的1.14倍，而實際上這個電壓是不能充滿電池的。因此這種充電器存在永遠也不能充滿電池的問題，還會因電池的記憶效應導容量不斷降低。

       柴油發(fā)電機組啟動電流達到幾百安培，而且柴油發(fā)電機組功率越高，啟動電流越大，因此，在其他設備配置選型上，首要考慮條件是能滿足通過電流的容量，特別是KM接觸器和QS雙向閘刀開關的選型要滿足幾百安培的直流大電流通過。

 

圖3  啟動電瓶二段式充電曲線圖

圖4  蓄電池恒壓和恒流充電曲線圖

 

總結：

      該設計方案的解決柴油發(fā)電機組主備蓄電池傳統(tǒng)的切換方式，提升備用電源應用的安全性、智能性、經濟性、穩(wěn)定性，并且使用新的技術對現有的監(jiān)控系統(tǒng)進行改造，為當前臺站優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)的構建提供了極大的幫助，使現有的遠程監(jiān)控系統(tǒng)不斷得到完善。

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