發電機控制柜天津市瑞靈自動化工程有限公司二零零四年十二月電控系統簡介發電機控制柜是為油田鉆井平臺而設計。ZJ50（70）鉆機電傳動系統為由交流控制裝置（GEN）、直流控制裝置、司鉆控制臺（SCR）或變頻調速、PLC系統、交流電動機控制中心（MCC）及電磁剎車控制器等主要部分組成。交流控制裝置該裝置共有二、三、四個GEN柜，分別對柴油發電機進行控制，并進行上線（并網）發電。在其負荷允許的范圍內，保證輸出600伏、50Hz的交流電壓。各發電機可按工況需要，全部或任意兩臺以上機組上線運行時，負荷都能均衡分配，負荷轉移平穩，能承受鉆機的負荷特性和交流電動機啟動時的電流沖擊。交流控制系統交流控制系統的功能是控制柴油發電機機組，使其輸出穩定的600V、50Hz

。每套交流控制系統包括發電機斷路器、同步裝置、交流控制組件、功率限制電路、接地故障檢測電路等。交流控制組件安裝在一個柜中，稱GEN柜。發電機斷路器發電機斷路器的作用是隔離發電機母線與電網母線。斷路器上裝有過電流時自動分斷的磁脫扣裝置。還有一個欠電壓（UV）脫扣線圈（17-01sheet1）。它同交流組件中的保護電路相聯鎖，當電路發生欠頻、超頻、過壓和逆功率等故障狀態時，保護電路使欠壓脫扣線圈自動脫扣。斷路器跳閘，保護發電機組。斷路器給定值的設定操作斷路器以前，注意保護額定值、長延時設定值、瞬時值與發電機額定值之間的關系，必須正確設定。本斷路器采用三段設定----（L）過載保護、（S）選擇性短路保護、（I）+瞬時斷路保護。當斷路器斷開時，儲能指示器顯示“斷開”（OFF）。要閉合斷路器，首先轉動手柄數次，儲能指示器顯示“儲能”（Chargedspring），再按下柜體面板上的接通按鈕（Pushon），斷路器便接通，要斷開斷路器，只要按一下“分斷”（Pushoff）按鈕即可。同步裝置連接線路發電機的同步控制線路在下面的圖中。圖中的S02為同步選擇開關，同步盒（SYNCBOX）中M1為頻率表，M2為同步表，M3為電壓表，L1和L2為同步燈。同步盒通過四條線與外電路連接，三條線與同步開關S02相連，一條接地。同步開關選擇待上線發電機的輸出，例如：S02選在GEN1時，A10-B10接通、A04-B04接通，C04-D04接通。同步盒便檢測GEN1的電壓和頻率，分別的電壓表和頻率表上顯示，并同母線頻率（以及相位）相比較，用同步表和同步燈顯示同步狀態。當交流母線上已有發電機在線運行，若另一發電機要上線時，在閉合發電機斷路器前，使用同步裝置將發電機的電壓頻率與交流母線的電壓頻率相匹配。當面板上的同步開關置于“關斷”（OFF）位置時，同步裝置上的頻率表和電壓表分別顯示公共母線的頻率和電壓。

當兩電壓相同時，面板上的同步表和同步燈比較待并發電機和母線的頻率或相位。待上線發電機和母線信號送入同步盒的同時，也送入同步繼電器RL04的01端和04端。若頻率或相位不相同，同步表指針旋轉，同步燈忽暗忽明；該兩信號同步以后，同步表指針指向12點的位置，同步燈熄滅。與此同時，RL04的07端和08端接通，將待并發電機的電壓送到推合按鈕燈LPB1上，該燈發光。在此瞬時果斷按下推合按鈕燈（Pushtoclose），斷路器合閘線圈通電，斷路器（合閘），將發電機并入母線。AC模塊的外接線路AC模塊控制組件是交流控制系統的核心部件，交流控制組件對外聯結關系如下圖。其中輸入信號為速度給定(SpeedRef)、電壓給定(VoltRef)、電壓反饋115V、電流互感器CT的電流反饋信號轉速傳感器(Tach)上的速度反饋信號和勵磁電流(Iex)反饋信號。

AC模塊的輸出信號是柴油機調速信號(Throttle)、發電機電壓調節信系統號(Gate)以及有功表和無功表的驅動信號。

AC內部分為主板(MAIN)和輔板(AUX)。端子512~517輸入115伏交流電壓作為電壓反饋信號，同時為組件整流電源的輸入電壓（T10）。510和511接到蓄電池的+/-，為手動斷合電路(HOC)。534和525分別將機組的有功電流(I_real)和總電流(I_total)輸至功率限制器。■503（-16V）、507(-160V)、543、544端為組件的主從控制端。504、505端將電壓控制脈沖輸至勵磁板(PC11)的SCR控制極。反饋信號從556返回。533和545端將機組轉速控制信號送到柴油機的執行器。而526和527端又將機組轉速反饋信號輸至組件，參與轉速調節。536端作為機組運行/怠速(RUN/IDLE)的控制端。當按鈕PB01按通時，536端接地，為“怠速”位置；PB01斷開時，則為運行位置。508端提供+160VDC電源，經電阻降壓后給502端輸入+16VDC電壓。斷路器的欠壓脫扣線圈(GENCBUVR)的01端只有得到24VDC電壓時才能使斷路器合閘。如果機組發生故障，使組件528和529之間的動合觸點斷開，線圈失電，斷路器脫扣跳閘。同理，柴油機控制開關的“RUN”按鈕如果不在按下位置，或使用了發電機緊急關斷開關，都會使斷路器跳閘。519至524端輸入電流互感器CT的電流反饋信號，547端輸入速度給定信號，551端輸入電壓給定信號。550端輸出有功功率信號至KW表。553端輸出無功功率信號至KVAR表。518端輸出電流信號至KA表。RL01為緊急判斷繼電器，控制533和545間的動合觸點。觸點閉合，柴油機油門關閉。L02為發電機運行(GENRUN)燈，L03為發電機上線(GENONLINE)燈，LPB1為推合按鈕燈，M10為運行小時計(HourMeter)，GENCBPTC為斷路器合閘線圈。功率限制器功率限制是由功率限制器、直流控制組件、變壓器T11和AC模塊中的有功電流I_real及總電流I_total。功率限制器功率限制器的作用當發電機的有功功率或總電流達到設定值時，對直流電動機或交流電動機負載進行限制，以防止柴油機或發電機斷路器脫扣。當負載突然增加時，使柴油機組的負載逐漸增加，保護機組。機組欠頻或逆功時，對直流電動機負載進行限制。限制值的設定由四個開關確定設定值的大小。全部閉合時，設定值為機組額定值信號的80%；全部打開時則為110%，最小可得到2%的設定改變量（80%、82%、84%……108%、110%）。負荷增加速率的限制限制值設定以后，只要尚未達到設定值，司鉆可以任意增加交流負載，由于機組不能瞬時達到滿功率，必須經過幾秒鐘才能達到，但負荷功率往往是快速變化的，因此將功率限制電路設計成有一定速率的功率增加線路，由Z10和Z8組成。功率限制若在增加手輪給定過程中不能增加泥漿泵的沖程和轉盤的轉速，則表明鉆機已達到功率限制值。也就是說，進一步增加手輪給定不會使柴油發電機組提供更大的功率。實際上保持機組運行大接近機組最大功率是最好的運行狀態，對保養機組和節省燃料都有好處。欠頻和逆功限制由于負荷增加等原因，使交流電源頻率降到48HZ時，Z7輸出頻率限制信號，防止斷路器跳閘。如果發生逆功現象，在TP1點出現的負值信號，使Z6輸出功率限制信號。接地故障檢測電路接地故障檢測電路的功能的檢測交流接地故障。并顯示出來。該電路設置在交流控制柜上，包括L1，L2，L3，交流接地表M08和直流接地表M9。如果沒有接地故障，三個燈均為橘黃色，接地表指示為零。如果交流某一相接地故障，由于負載中心點電位移動，三個燈的亮度出現差別。較暗的燈所在的相即為接地故障所在的相。同時接地故障表M8的黑色指針讀數則表示接地故障的嚴重程度。M08的紅色指針可以設定在某一角度。當交流接地故障達到一定的嚴重程度時，同人工設定的紅色指針重合時，M08觸點閉合，使RL01吸合由始至終出報警。如果直流系統沒有接地故障，M09的黑色指針在中心位置。若正極有接地故障，黑色指針偏右；若負極有接地故障，黑色指針左偏。當交流接地故障達到一定嚴重程度時，黑色指針同兩個紅色指針中一個重合，同樣使司鉆臺發出報警。AC模塊AC模塊分三個部分，即頻率調節器(FREQREGULATOR)、電壓調節器(VOLTAGEREGULATOR)、和保護電路(PROTECTION)。頻率調節器頻率調節器控制柴油機轉速，使其穩定的1500r/min，從而保證發電機電壓頻率穩定在50HZ。它是一雙閉環控制回路。外環是速度調節回路，內環是電流調節回路。端子533和545接到速度執行器的線圈上，用以控制柴油機的燃油管線的閥門上。速度控制環由Z8組成，為PI調節器。它綜合速度給定、速度反饋和有功電流反饋信號，經調節作為電流調節器（內環）的給定信號。速度給定信號由操作者在控制面板上的速度調節旋鈕給出，旋鈕連接著電位器，接到547號端子，可得到0~11V的信號。對應的發電機頻率是46~54HZ。速度反饋信號由柴油機轉速反饋和發電機電壓頻率反饋兩部分組成。柴油機轉速信號(反映發電機頻率)由一個轉速傳感器給出。轉速傳感器為一個電磁傳感裝置，安裝在柴油機飛輪邊沿上。飛輪每轉過一個齒，該裝置發出一個脈沖，將此脈沖輸至速度調節器的脈沖拾取電路“-”(526端)和“+”(527端)。發電機電壓頻率反饋信號由頻率解調電路給出。頻率解調電路即頻率/電壓變換電路，由26個二極管及阻容網絡組成。輸入至速度調節器中的速度反饋信號公為上述二個信號中的一個。由一個電子開關電路進行選擇：機組低于怠速時，將轉速傳感器來的反饋信號輸至Z5-3；機組在怠速以上運行時，Z5-3接受來自TP5的頻率反饋信號。電流控制環由Z9及其它有關元件組成的PI環節構成。它的輸入信號是Z8輸出的速度指令的有功電流反饋信號I_real，其輸出信號通過由Q4組成的功率放大器放大后，經533和545輸出至安裝在柴油機上執行器。從而改變柴油機的油門開度。怠速主從控制電路主從控制的作用是實現向電網供電的各柴油發電機均衡分配有功功率。上線各機組在電流調節電路的給定和頻率調節電路的輸出之間設置主從控制開關，使全部機組的給定為同一信號。主從控制電路的按下述原則設計的：在上線運行的各機組中，序號最小的機組為主動機組，其余機組為均為從動機組。在線路設計上總是以主動機組的頻率調節電路輸出作為在線全部機組電流調節電路的輸入信號。當某號機為主動機組時，其電流調節電路的給定只能是該機能的頻率調節電路的輸出，同時該輸出也作為其他從動機組電流調節電路的給定輸入。當某號機為從動機組時，它的頻率調節電路不能作為該機組電流調節電路的給定輸入，其給定只能由主動機能的頻率調節電路給出。電壓調節器它由二個觸發電路和一個雙環控制回路組成、控制回路的內環是在勵磁電流調節電路，外環是電壓調節電路。負荷變化時，電壓調節器能自動調節發電機勵磁電流，使得發電機輸出電壓600V穩定不變。觸發電路由Z10、Q203、Z11和Q303等元件組成，它向勵磁板半控橋的SCR提供可移相的觸發脈沖。共有兩套相同的觸發電路，只是它們的觸發的相位正好相反。觸發電路的同步電壓由T10副邊得到，其觸發給定信號由勵磁調節電路Z2給出。勵磁調節電路由Z2組成的PI環節構成，其輸入端的給定信號來自Z1輸出，其電流反饋Iex+(556)取自勵磁回路R5，R6和R7的正端。勵磁調節電路的輸出作為觸發電路的輸入信號。由Z1等元件組成電壓調節電路，為IP環節，該電路給勵磁調節電路提供電流給定信號。勵磁電路發電機線電壓經變壓器T8（600V/115V）降壓后輸入到勵磁板。勵磁電路板有兩組整流電路，一組由二極管DB1和DB2組成，另一組由SCR1、SCR2和DB2組成。啟動開始后，發電機的剩磁電壓經DB1和DB2整流后加到勵磁線圈。經正反饋過程，勵磁電壓一升，發電機電壓很快建立起來。當發電機電壓足發以給交流組件供電時，延時繼電器K1動作，它的三個動斷觸點斷開，SCR和SCR2代替DB1，實施半控整流。此時DB1只給K1供電。勵磁電路板經01端和10端向發電機提供勵磁電流。保護電路保護系統有欠壓、過壓欠頻、過頻、逆功率、怠速和反饋脈沖丟失等環節。其是欠壓保護由斷路器本身整定，其他保護都有一套電子線路。故障發生后，通過繼電器切斷發電機斷路器的失壓脫扣線圈，使發電機式母線上脫開。怠速脈沖丟失脫扣過壓保護電壓反饋信號加到電阻R90和R96組成的分壓電路上，正常時Q6截止。發電機電壓升高時，-39V電源與地之間有穩壓電路，其值不變，只有+160V電壓增高。當發電機電壓升至約700V時，Q6導通，Q3截止，繼電器K2斷電，斷路器跳閘。欠頻保護頻率正常時，Z7輸入負電位，輸出正電位，D24截止。當頻率低于46Hz時，Z7輸入電位稍大于零，其輸出翻轉為負電位，D24導通，Q3截止，發電機斷路器跳閘。同時Z7還將負電位輸至電壓調節器低頻減壓電路的R17上，該負電平使發電機勵磁電流自動減小，電壓降低。在怠速時，電壓不超過去了350V。過頻保護頻率正常時，Z14同相端輸入電位為-3V，反相端電位為-4.8V，輸出正電位，D6截止。當頻率超過56Hz時，同相端輸入低于-4.8V，Z14輸出翻轉為負電位，D67導通，Q3截止，K2斷電，發電機斷路器跳閘。逆功率保護發電機出現逆功率時，其線電流與正常供電時的線電流相反，電流解調電流輸出的有功功率為負電位，使Z6反相端變為負電位。由于Z6組成積分環節，使逆功率到7%時，延時8至10秒后，Z6輸出上升為正電位，Q1飽和導通，D26導通，Q3截止，斷路器跳閘。怠速保護柴油機在怠速狀態時，Q2集電極輸出-14V電位，經D25使D67導通，Q3截止，K2斷電，斷路器跳閘。反饋脈沖丟失保護反饋脈沖正常輸入時，脈沖檢測電路AUX17端輸出的信號使脈沖丟失保護端9端電位為+16V，D169截止。