柴油发电机组供配电控制系统的技术改造

　　摘要：为了改善我公司花都分公司《美林轩逸花园》工程服务工作效率和人力资源的节约，将原来的发电机组的控制进行技术改造。原来的发电机组控制系统是要人工来启动，再逐级送电，需要较大人力和时间，现将原来控制系统改造为，由PLC可编程控制器为核心的全自动控制系统。市电失电时自动启动发电机，自动把发电机电源输送到各主要设备上同，并对发电机自身的运行进行检测，判断故障原因和部位，作出相应的处理措施；市电有电时发电机自动延时停机，并进入自动待机状态的自动控制系统。
　　关键词：发电机、PLC、供配电、自动控制、改造
　　引言：
　　我公司在2008年7月份接管了一个全新的楼盘《美林轩逸花园》，共有23栋15层高的商住楼，每栋楼都有两台电梯。业主在2009年3月入伙，但用的电源还是施工用电。申请转为民用电的文件还没有批下来，所以到了用电高峰季节，经常出现停电，大约一个月有三到四次。管区的工程人员共7个人。在市电一旦停电时，工程人员既要到电梯把被困人员救出同时又要起动发电机并进行逐级送电、送电后又要对主要送电设备进行检查是否正常，人手严重不足，尤其是电梯困人后，需要花较长时间才能把人从电梯桥厢里救出来，有几次花了足足30多分钟。经常被业主投诉电梯救人不及时，并说：“这样慢的服务效率不能接受”。我当时作为公司工程部负责人，对这些投诉应负一定的责任。总经理都知道了这些投诉，对这些投诉非常重视，于是找我谈话，要求我认真想办法解决问题，如果搞不好将有可能失去这个管区的管理权，将会造成公司的非常大的损失。
　　一、 分析原因：
　　基于问题严重，于是我聚集《美林轩逸花园》工程部人员开了一个会，对造成这此投诉的原因进行分析。会议分析出几个主要因素：（1）备用电源（即发电机）供电速度慢。其主要原因是：a、发电机在设计上有很大的疏忽，就是没有设计自动起动和转换功能；b、发电机组在地下室，离首层工程值班室路程远，发电后又要去到公变配电房及专变配电房，将发电电源送到各栋楼的电梯、水泵及消防系统，而公变配电房、专变配电房和发电机房设计得很远，使操作起来非常不方便，从而使到备用电源的供给速度变慢。（2）发电机发送电后要有人随时对发电机进行运行的监控，也直接影响了人手的不足。（3）由于备用电源供电不及时，所停电时要分几路人员去进行应急处理，一路人去起动发电机，另外的都要跑去电梯救人，这样的工作大大地影响了我们的工作效率。
　　如果备用电源在停电时能够及时启动发电机进行供电，并送电到主要用电设备上，就可以把一系列的问题解决掉，完全避免了要人力跑上楼层去把电梯门打开才救人出来这么麻烦。
　　二、 解决方案：
　　我在上面的问题上进行推敲、并结合学习过的理论知识和新技术新知
　　识去思索和研究。
　　1、 在配电房现场细心查看开关柜，并结合开关断路器厂家的说明书去分析、思索和研究，想出了市电与备用电源的改造方法：第一，将市电和备用电源的联络万能断路器安装机械联锁装置；第二，将市电和备用电源的联络万能断路器，设为“自动投入和自动切换并实行市电优先”。这两个功能是本身万能断路器有的，担是没有使用这两个功能而且，所以做起来比较容易。
　　2、 我在《美林轩逸花园》发电机房也研究了好几天，萌发出一个想法，就是利用PLC可编程控制器，控制发电机组的运行。于是我就把以前学中级电梯、维修电工技师时的PLC可编程控制器的书籍和资料拿出来，去进行分析、思索和研究，终于设计出一个较完善的方案：
　　（1） 利用可编程控制器PLC对柴油发电机组和市电进行监控，实现自
　　动启动发电机和自动切换功能；
　　（2） 可自动检测水温、油温、油压、速度等主要信号，若柴油发电机组
　　发生故障，能发出声光报警，并对发电机采取一系列的保护措施，确保发电机可以正常运行工作；
　　（3） 无需操作人员专门值守，发电机可以在20秒之内把电源送到用电
　　设备上去。
　　我把这个方案向公司上级领导提议，得到上级领导的赞同，并要求我和《美林轩逸花园》工程主任黄飞龙一起去完成这项工程。我马上进行安排采购、设计施工方案、设计有关图纸等工作。于是过了七、八天公司就把我要求的材料订购回来，如工作电源为24V的PLC可编程控制器（三菱FX2n-32MR-D）、测速装置、电子温度传感器、信号灯、时间继电器、信号继电器、电铃等等。并按下面的方案进行工作。
　　三、 解决过程：
　　1、公、专变配电房的市电与备用电源的切换
　　在原来的基础上加设机械联锁装置和加设市电优先的备用电源自动投入和自动复位设置。主要是为了发电机发电后，可以自动把电源送到各个主要用电的设备上，并确保两种电源不相撞。做法为：
　　（1）市电与备用电源万能断路器安装机械联锁装置：
　　市电与备用电源的联络开关使用的是上海精益电器厂生产的抽屉座型《低压万能式断路器》，按照制造厂提供的说明书自行安装。在断路器上按照制造厂家提供的说明书上所指的位置用两条软钢护套钢丝绳进行连接。为了更好地防止市电与备用电源相碰撞，而产生的严重后果，我还进行多次的反复测试：将两个断路器拉出“测试”位置，（另加厂家说明：抽屉型低压万能断路器具有三个工作位置及一个“抽出”位置；其中“测试”位置可以使主电路断开，并有足够大的安全隔离距离，仅二次回路接通，此时可进行一此必要的操作和测试。）将市电电源开关人为处于合闸状态，备用电源开关接通电源后按合闸开关，断路器无法合闸；两个开关处于关闭状态下，备用电源有电，自动合闸，当给一个电源市电开关时，备用断路器开关立即断开，而市电开关断路器跟着合闸。这一个步骤足足用了两天的时间才试验成功。
　　(2) 市电和备用电源自动投入和自动切换并实行市电优先：
　　在原设计的基础上加以改造，（另加说明：《低压万能式断路器》已存在失电自动分闸、得电自动储能合闸、失压自动分闸的功能），在市电电源上和备用电源上各加上一个时间继电器1KT、2KT和两个转换开关来实现。按照说明书上的接线方法仔细对照连接，很快就接好，并开始试验，为了发电机发电后电源可以自动送到主要用电设备上，并且确保两个电源不相撞，我们进行了最次测试：将两个断路器拉出置“测试”位置，进行二次回路试验，断开市电的二次回路电源，使市电断路器失压分闸，在备用电源的二次回路上加上电压后也自动合闸。再把市电的二次回路电源送上，能使备用电源断路器立即分闸，而市电断路器也跟着合闸。反复测试后确认正常，证实这个步骤设计成功。
　　2、利用PLC可编程序控制器的特点对发电机实现自动控制
　　该部分的技术改造主要功能是市电失电时柴油发电机组自动启动，发电机组电源自动供电，市电恢复得电时发电机组自动停止供电，并延时停机，进入准备启动状态；在发电机运行过程中PLC对发电机组的水温、油温、油压、转速、柴油缺油、冷却水缺水等信号自动检测监控，柴油发电机组发生故障时会对应发出声光报警，并采取一系列的保护措施，确保发电机正常工作。
　　①、 PLC自动控制系统框图：
　　
　　
　　
　　
　　②、 PLC外部端子接线电路图：
　　
　　
　　③、 PLC输入/输出定义表：
　　
　　④、 梯形图：
　　
　　
　　⑤、 程序指令表：
　　   
　　⑥、 程序说明：
　　a、 在发电机启动并正常运行的情况下（Y11通），当发电机机油压力下降低于0.25Mpa时（X0）吸合、低油灯亮（Y1）、计时器（T1、T2）也吸合并开始计时；定时器T1延时5秒后，通过（X10）（即输出断路器在合闸的状态下），接通发电机输出柜断路器分励脱扣器线圈（Y16）（即断开负载），T2延时6秒后，接通停止发电机信号继电器线圈（Y14），发电机停机；好接通故障停机灯亮（Y12），并且通过（Y1）、(Y12)对(T1)、（T2）、（Y1）作自保持。
　　b、 在发电机启动并正常运行的情况下（Y11通），发电机冷却水温上升高于95°时，（X1）接通，使电铃报警（Y0）和高水温灯亮（Y2）计时器（T3、T4）也吸合并开始计时；定时器T3延时4分钟40秒后，通过（X10）（即输出断路器在合闸的状态下），接通发电机输出柜断路器分励脱扣器线圈（Y16）（即断开负载），T4延时5分钟后，接通停止发电机信号继电器线圈（Y14），发电机停机；也接通故障停机灯亮（Y12），并且通过（Y2）、（Y12）对（T3）、（T4）、(Y2)、作自保持。
　　c、 在发电机启动并正常运行的情况下（Y11通），发电机油温上升高于95°时，（X2）接通，使电铃报警（Y0），高油温灯亮（Y3）计时器（T5、T6）也吸合并开始计时；定时器T5延时2分钟后，通过（X10）（即输出断路器在合闸的状态下），接通发电机输出柜断路器分励脱扣器线圈（Y16）（即断开负载），T4延时2分钟20秒后，接通停止发电机信号继电器线圈（Y14），发电机停机；也接通故障停机灯（Y12），并且通过（Y3）、（Y12）对（T5）、（T6）、（Y3）作自保持。
　　d、 在发电机启动（Y13通）后，发电机转速超过1600转/分钟时（X3）通，使（T7、T8）计时器吸合并开始计时，T7延时3秒后，通过(X10)(即输出断路器在合闸的状态下)，使发电机输出柜断路器分励脱扣器线圈（Y16）通（即断开负载），T7延时4秒后，接通停止发电机信号继电器线圈（Y14），发电机停机；也使故障停机灯亮（Y12），超速灯亮（Y4），电铃报警（Y0），并且（Y4）对（T7）、（T8）自保持。
　　e、 在发电机启动（Y13通）后，发电机转速低于1400转/分钟（X4）通，使（T9、T10）计时器吸合并开始计时，T9延时6秒后，通过（X10）（即输出断路器在合闸的状态下），使发电机输出柜断路器分励脱扣器线圈（Y16）通（即断开负载），电铃报警（Y0），低速灯亮（Y5）；T10延时8秒后，接通停止发电机信号继电器线圈（Y14），发电机停机；也使故障停机灯亮（Y12），并且（Y5）、（Y12）对（T9）、（T10）自保持。
　　f、 在发电机柴油箱缺油时（X5）通，使电铃报警（Y0），缺油灯亮（Y6）。
　　g、 在发电机冷却水箱缺水时（X6）通，使电铃报警（Y0），缺水灯亮（Y7）。
　　h、 在市电失电时（X7）接通，使市电失电灯亮（Y10），经过停机继电器（Y14）常闭点，接通启动发电机继电器线圈（Y13），并自保持，发电机启动。
　　i、 发电机启动后（Y13），通过转速正常（即X3、X4正常），发电机正常运行灯（Y11）才能亮。
　　j、 在正常运行灯（Y11）亮后，通过（X10）常闭点（即输出断路器处在分闸状态），再通过（X7）（即保证是在市电失电的情况下），计时器T10开始计时，延时5秒接通发电机输出柜断路器合闸线圈（Y15），断路器合闸，备用电源供出。
　　k、 在市电恢复得电后通过（X7）常闭点，通过（X10）（合闸后为闭合点），接通发电机输出柜断路器分励脱扣器线圈（Y16），使断路器分闸，切断负载。
　　l、 在市电恢复得电后通过（X7）常闭点，通过正常运行（Y11），并且延时300秒后，接通停止发电机继电器线圈（Y14）发电机停机并进入自动待机状态。
　　⑦、 程序测试：
　　把编制的程序写入PLC后，在现场进行测试，测试前先切断输入、输出模板的外部电源，以免引起事故。设定输入信号（如：高测温、高水温、缺水、超速等）把每个功能信号逐个设定输入进行测试，通过PLC主机面板上的指示灯观察输出信号的变化情况。经过了多次修改偏差，试验确定无误后进行了正式的连接，并重新进行了测试，如：人为将市电停电后，发电机会自动启动，待发电机运行状态稳定后，发电机电源输出柜低压断路器合闸电源送到了配电房的联络柜。当人为恢复市电后，发电机输出柜低压断路器立即脱扣分闸，并且发电机可以延时停机。这一系列的测试成功完成后，证实了整个方案设计的成功，我们的心情无比的兴奋和开心！
　　后来还把发电机自动运行状态及故障报警加设了2个点一个设在消防监控中心；另一个工程部值班室。设置在监控中心主要好处是：消防中心24小时有人值班监控，发现发电机故障信号时，可以直接用对讲机通知工程人员，防止工程人员出去工作时，发电机故障而不能及时处理，引起故障的扩展。设置在工程部值班室主要好处是：工程人员可以直接监控到发电机的状态是否良好。
　　在我和工程部人员的不懈努力，对方案进行细心分析和研究，并进行无数次的试验，最终顺利完成改造方案，并且真正投入了正常的使用。
　　3、 结论与体会：
　　这个改造的成功，解决了市电停电时，带来业主一系列的投诉和工程部人手的不足。改善了我公司《美林轩逸花园》管区的服务质量，也为公司节约了人力资源。也使我及《美林轩逸花园》工程部人员在技术上得到进一步的提升，使自己对技术的探讨之心更加强烈。发电机自动控制系统的改良到现在已有两年多了，其间发生过好多次的停电事故，自动系统的工作非常良好，减轻了工程部非常多的工作。
　　
　　参考文献：
　　钟肇新、彭侃编《可编程控制器原理及应用》华南理工大学出版社2000
　　高钦和编《可编程控制器应用技术与设计》人民邮电出版社2005

《柴油发电机组供配电控制系统的技术改造》

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文章名称： 柴油发电机组供配电控制系统的技术改造

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