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柴油發(fā)電機的控制系統(tǒng)原理如何分析
6BT型柴油機中冷型采用的是水對空中冷類型。它由中冷器殼及中冷器芯等組成。中冷器殼由鋁板模壓而成。中冷器殼分為中冷器蓋和中冷器體兩部分。中冷器蓋通過進氣岐管與空氣壓縮機相連,中冷器還進氣岐管與氣缸蓋進氣口相連。中冷卻芯由銅合金管子組成。發(fā)電機冷卻液從中冷器后端的進水街頭進入中冷器芯中,然后由前端出口流向節(jié)溫器??諝庥稍鰤浩鲏核偷街欣淦?,流過中冷器受到冷卻液的冷卻,降溫后而進入氣缸?,F(xiàn)在智能控制系統(tǒng)的使用已經(jīng)大大提高了柴油發(fā)電機組的運行,保障了柴油發(fā)電機組的穩(wěn)定工作,柴油發(fā)電機組的控制系統(tǒng)就像發(fā)電機組的心臟,那么控制系統(tǒng)是通過何種原理和算法來實現(xiàn)的呢?
一、廣東本地數(shù)字勵磁控制器軟件實現(xiàn)與算法研究
主要是對數(shù)字式勵磁控制器的軟件和所采用的控制算法進行論述。首先對數(shù)字勵磁控制器的主程序進行設(shè)計,然后對電量參數(shù)采集算法和智能勵磁控制算法進行研究,并在CPU上進行實現(xiàn)。為了實現(xiàn)的數(shù)字勵磁控制,需要得到實時、廣東本地的電量數(shù)據(jù),而要獲得實時、廣東本地的電量數(shù)據(jù),則需要采用交流采樣方法,并推導出交流采樣下各個電量的計算公式,終編寫計算出電量數(shù)據(jù)的算法程序。交流采樣是按一定的規(guī)律對被測信號的瞬時值進行采樣,再按照一定的數(shù)學算法求出被測電量參數(shù)的測量方法。下面給出交流電壓,交流電流,有功功率,無功功率,功率因素的各種算法中的離散公式。
二、廣東本地數(shù)字式勵磁控制器總體設(shè)計方案
工作電源:由于微處理器的工作電源要求,我們需要一個5V的穩(wěn)定直流電源,信號調(diào)理電路的運算電路的供電需要一組±12V的直流電源,另外,開關(guān)量輸出需要驅(qū)動繼電器,所以需要一個+24V的直流電源,為此我們需要設(shè)計一個電源轉(zhuǎn)化模塊得到系統(tǒng)正常工作所需的三組DC電源。
三、廣東本地交流采樣鎖相環(huán)電路
要進行交流采樣,通常需要進行同步采樣,目前交流采樣方式主要有硬件同步采樣、廣東本地軟件同步采樣和異步采樣三種。硬件同步由硬件同步電路向CPU提出中斷實現(xiàn)同步。硬件同步電路有多種形式,常見的如鎖相環(huán)同步電路等。硬件同步采樣法是由專門的硬件電路產(chǎn)生同步于被測信號的采樣脈沖。它能克服軟件同步采樣法存在截斷誤差等缺點,測量精度高。利用鎖相頻率跟蹤原理實現(xiàn)同步等間隔采樣的原理圖,在相位比較器PD、廣東本地低通濾波器LP、廣東本地壓控振蕩器VCO構(gòu)成的鎖相環(huán)內(nèi)加入n分頻器,輸入為被測信號的頻率,作為鎖相環(huán)的基準頻率,輸出 為采樣頻率。經(jīng)n分頻后與相比較,根據(jù)鎖相環(huán)工作原理,鎖定時/n=,即:=n。由于鎖相環(huán)的時跟蹤性,當被測信號頻率變化時,電路能自動快速跟蹤并鎖定,始終滿足=n的關(guān)系,即采樣頻率為被測信號頻率的整數(shù)n倍,從而實現(xiàn)一周內(nèi)等間隔采樣n點。此外,還可將分頻系數(shù)n為程序控制,則可根據(jù)不同頻率的被測信號及CPU、廣東本地A/D轉(zhuǎn)換器的速度,動態(tài)改變n值,以達到 的效果。
柴油發(fā)電機組控制系統(tǒng)的工作原理和算法很復雜,每個電路的設(shè)計都有其特定的算法來實現(xiàn)。柴油發(fā)電機組的控制部分,數(shù)字式勵磁控制器較傳統(tǒng)的模擬電路,勵磁控制器具有精度高,反應(yīng)快,控制算法適應(yīng)性強,對于不同特性的電機只要通過調(diào)整程序參數(shù)就能適應(yīng),甚至可以實現(xiàn)更高端的自適應(yīng)智能控制算法等優(yōu)點。
四、廣東本地對繼電保護裝置的要求
繼電保護裝置是確保供電,保護電氣設(shè)備而裝設(shè)的,因此,對它的要求是:動作要迅速當供電系統(tǒng)或電氣設(shè)備發(fā)生故障時,繼電保護裝置動作時限應(yīng)短,迅速切除故障,以減輕被保護設(shè)備的損壞程度,阻止故障的蔓延。對于電氣元件,如果短路電流通過時,產(chǎn)生的熱量與短路電流的平方和電流通過的時間成正比,因此,保護裝置切除得越快,產(chǎn)生的熱量就越小,設(shè)備就不易損壞。靈敏度要高靈敏度是指保護裝置對其保護范圍內(nèi)的故障或工作狀態(tài)不正常的反應(yīng)能力。靈敏度越高,故障發(fā)覺和切除就越早,從而對系統(tǒng)和設(shè)備的破壞就越小??煽啃砸呖煽啃允侵秆b置本身應(yīng)能可靠地工作。在正常運行或不屬于它保護范圍的故障,不應(yīng)誤動作,而屬于它保護范圍內(nèi)的故障,不應(yīng)拒絕動作。因此,保護裝置的可靠性很重要,否則,它本身就可能是產(chǎn)生和擴大事故的根源。
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發(fā)電機管理中的3個有用細節(jié)
故障背景:2017年5月20日該輪靠泊印度洋留尼旺島,鍋爐發(fā)生點火故障,于是發(fā)電機換用輕柴油。換油后不久,發(fā)現(xiàn)發(fā)電機上的燃油管有滴漏,當時忙于處理鍋爐問題,為減少柴油損失,當即關(guān)閉了停車狀態(tài)的一號和三號發(fā)電機燃油進出管路的相關(guān)閥門。
故障現(xiàn)象:第二天船舶離港時,當班輪機員凌晨4點打給我,說一號發(fā)電機不能并車,三號發(fā)電機能并車但只能承擔150 KW,再加負荷就加不上去。我立即下機艙,檢查發(fā)電機相關(guān)情況,滑油、廣東冷卻水各項參數(shù)未見明顯異常。我嘗試向三號發(fā)電機手動轉(zhuǎn)移負載,多次手動調(diào)節(jié)調(diào)速器以增加燃油供油量,但負荷沒有變化。嘗試一號發(fā)電機并車,自動與手動并車都未成功,一號發(fā)電機顯示頻率過高。
打開三號發(fā)電機保護蓋檢查高壓油泵,油泵齒條拉桿均能自由活動,油尺刻度指示在較大值,排除了油泵的問題,再檢查相關(guān)管路,發(fā)現(xiàn)有個進油閥處于關(guān)閉狀態(tài),當即慢慢全開燃油閥,三號發(fā)電機立即加載到500KW,負荷轉(zhuǎn)移正常。
注意力再轉(zhuǎn)向一號發(fā)電機,發(fā)現(xiàn)一號發(fā)電機類似的進油閥也未打開,當即打開進油閥,并再次嘗試并車,但還是并車失敗。到港時一號發(fā)電機是正常使用的,頻率、廣東轉(zhuǎn)速,負荷的轉(zhuǎn)移各項指標都正常,怎么突然就轉(zhuǎn)速過高了呢?
故障措施:三號發(fā)電機正常之后,我全部精力集中在一號發(fā)電機不能并車的問題上,之前發(fā)電機轉(zhuǎn)速感應(yīng)器出現(xiàn)過速度顯示的問題,所以首先還是考慮轉(zhuǎn)速感應(yīng)器故障,懷疑有可能是感應(yīng)器臟了或者跟飛輪的間隙超標。該發(fā)電機有兩個pick-up(轉(zhuǎn)速感應(yīng)器),一個用于機旁控制屏顯示,一個用于發(fā)電機控制系統(tǒng)。當即取出兩個感應(yīng)器,其中一個確實臟了,擦拭干凈后,檢查了速度感應(yīng)器的阻值,確認正常,重新裝回,調(diào)整好間隙,重新啟動發(fā)電機,轉(zhuǎn)速還是過高--950RPM。
排除了轉(zhuǎn)速感應(yīng)器的問題,那么故障就應(yīng)該在機械部分。檢查高壓油泵,調(diào)節(jié)拉桿活動正常;檢查調(diào)速器,該調(diào)速器品牌是Regulateurs Europa,型號1102V-4G-25R。發(fā)現(xiàn)調(diào)速器上的手動速度調(diào)節(jié)旋鈕卡住了,很難轉(zhuǎn)動,聯(lián)想到二管輪的交接班記錄,提示該調(diào)速器的同步馬達(下圖中的021)不是原裝備件,當時由于缺少原裝備件,用的是上個管理公司遺留下來的其他制造商備件。拆下同步馬達,與近期在新加坡剛接收到的原裝備件對比,發(fā)現(xiàn)兩個同步馬達參數(shù)不一致:非原裝備件,制造商Woodward,電壓24V,轉(zhuǎn)速2000 RPM,功率5瓦;原裝備件,制造商Groschopp,電壓24V ,轉(zhuǎn)速2700RPM,功率2瓦,電流0.25A。進一步拆開非原裝同步馬達,發(fā)現(xiàn)馬達的塑料齒輪磨損,不能轉(zhuǎn)動。
換上新的同步馬達,啟動發(fā)電機,調(diào)節(jié)手動轉(zhuǎn)速旋鈕,使轉(zhuǎn)速達到916RPM, 待發(fā)電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后嘗試并車,發(fā)電機可以成功并車。但是又出現(xiàn)個新問題,并車后一號發(fā)電機功率并未提高,相反地,出現(xiàn)逆功率跳閘的現(xiàn)象,幾次嘗試都是如此。我決定讓三管輪在并車屏上嘗試并車,我與電機員在發(fā)電機旁觀察,雙方用對講機聯(lián)系,發(fā)現(xiàn)當發(fā)電機并車成功后,調(diào)速器速度控制旋鈕被同步馬達向逆時針方向旋轉(zhuǎn)導致柴油機減速,這與并車后調(diào)速器的正確動作恰恰相反,正常情況下,調(diào)速器速度控制旋鈕應(yīng)該順時針方向旋轉(zhuǎn)使柴油機加速從而增加本機承載負荷能力,維持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。查找到問題癥結(jié)后,我們再對比同步發(fā)電機馬達的電壓與電流情況、廣東查找相關(guān)發(fā)電機電線接線圖紙,發(fā)現(xiàn)一號發(fā)電機相關(guān)接線控制板亦與原廠圖紙一致,這說明接線未曾改動過。于是我們改變同步馬達背后的接線,將其對調(diào),再次啟動發(fā)電機,并車成功,負荷轉(zhuǎn)移順暢,問題解決。
經(jīng)過該事件,發(fā)現(xiàn)以下幾點在未來的輪機管理工作中值得引起注意:
啟動發(fā)電機之前,一定要檢查相關(guān)管路系統(tǒng),之前做出過狀態(tài)改變的相關(guān)閥門,一定要及時設(shè)置好。交接班工作一定要交接清楚,不能有遺漏;
該事件的起因在于啟動發(fā)電機之前沒有將關(guān)閉的燃油閥打開,該輪經(jīng)過幾任管理公司管理,燃油管路的閥門老化,在全關(guān)時仍然存在些許燃油泄漏,造成一號發(fā)電機啟動時,能正常啟動,調(diào)速器在燃油量不足的情況下加大油門以保持額定轉(zhuǎn)速,但同步馬達因為調(diào)速器不正常動作導致里面的齒輪損壞,造成了同步馬達卡死,以至于發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到950RPM 后不能減速。這一點在發(fā)電機的管理工作中一定要考慮到;
不同管理公司的備件采購途徑不一樣,存在大量第三方生產(chǎn)的備件,與原廠備件相比,有些參數(shù)都不一致,有些即使銘牌上參數(shù)一致,但物理尺寸卻不一致。這給輪機員維護保養(yǎng)時帶來了諸多不便。主管輪機員在接受備件時一定要仔細核對,避免到使用時陷入被動;即使是原裝件,電器要考慮正負極性,機械要考慮左旋右旋。
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發(fā)電機組的減震系統(tǒng)、廣東當?shù)厣崞骱团艢夤芟暺饕?
聯(lián)軸器及避振裝置
1.柴油發(fā)動機須與單軸承型發(fā)電機直接軸接;與雙軸承發(fā)電機連接時,必須通過高彈聯(lián)軸器連接;1500kw以上的低壓及中壓柴油發(fā)電機組必須通過高彈聯(lián)軸器連接。
2.彈簧型避振器須裝于底板下,使整個裝置坐落在混凝土樓板上而不致將振動傳至鄰近的設(shè)備或建筑物任何部分上。部分廠家的機組發(fā)動機與發(fā)電機連接形式和減振措施。
散熱器
下文是風冷機組和水冷機組技術(shù)規(guī)格書的相關(guān)要求,用戶應(yīng)根據(jù)項目的實際情況,選擇符合要求的相應(yīng)機組形式之一。
1.風冷機組
(1)發(fā)動機須由配套的散熱器進行風冷。
(2)須將散熱器分裝在專為之設(shè)計和經(jīng)批準的支架上。
(3)散熱器須裝設(shè)通風管道的法蘭盤接頭,使通風管道能附在散熱器上。在散熱器和金屬百葉窗之間須裝設(shè)一節(jié)帶撓性連接器的風管。管道須由鍍鋅簿鋼板制作。所有管道須具有密封的接頭。
(4)風扇須有足夠的容量并考慮到氣流經(jīng)過管道和百葉窗的附加阻力。
2.水冷機組
(1)發(fā)動機須由配套的散熱器進行水冷,包括皮帶傳動風扇、廣東當?shù)乩鋮s劑泵、廣東當?shù)睾銣仄骺刂频囊豪渑艢夤?、廣東當?shù)刂虚g冷卻器、廣東當?shù)啬透g并適用于當?shù)貤l件的冷卻劑弗列加過濾器。
(2)須將散熱器分裝在專為之設(shè)計和經(jīng)批準的支架上。
(3)散熱器須裝置通風管道的法蘭盤接頭使通風管道能附在散熱器上。在散熱器和金屬百葉窗之間須裝設(shè)一節(jié)帶撓性連接器的風管。管道須由鍍鋅薄鋼板制作。所有管道須具有密封的接頭。
(4)風扇須有足夠的容量并考慮到氣流經(jīng)過管道和百葉窗的附加阻力。
(5)冷卻系統(tǒng)中須加防腐蝕劑。
(6)冷卻系統(tǒng)須配備冷卻劑加熱器,使冷卻劑的溫度保持在20℃以上,以保證在需要時能易于啟動。冷卻系統(tǒng)中也須加入防凍劑。
排氣管消聲器和煙道
(1)排煙系統(tǒng)由消聲器、廣東當?shù)嘏蛎洸y管、廣東當?shù)氐鯒U、廣東當?shù)毓艿馈V東當?shù)毓軍A、廣東當?shù)芈?lián)接法蘭、廣東當?shù)乜篃峤宇^等部件組成。
(2)在排煙系統(tǒng)中的連接須使用帶抗熱接頭尺的聯(lián)接法蘭。
(3)在消聲器后須連接碳鋼或不銹鋼膨脹節(jié),波紋管將煙氣垂直向上排至圖標之位置。排煙管須由符合國標的黑色鋼管、廣東當?shù)靥脊芑虿讳P鋼管制作,或符合 規(guī)范要求并由專業(yè)廠家生產(chǎn)的不銹鋼焊接煙管。
(4)排煙管之彎頭具有須等于3倍管徑的小彎曲半徑,以滿足柴油發(fā)電機組的背壓要求為準。
(5)自排氣口至排氣管末端的整個系統(tǒng),除不銹鋼的膨脹波紋管外,均須涂以抗熱油漆。
(6)整個排煙系統(tǒng)須于鍍鋅金屬網(wǎng)上,裹以符合 標準的非燃性絕緣材料的保溫層,金屬網(wǎng)孔徑及保溫層厚度亦需滿足 標準要求,排煙管加保溫層后外表溫度應(yīng)不大于70℃。
(7)全部排煙管道和消聲器的表面須裹以厚度不小于0.8mm的鋁金屬或不銹鋼包層
(8)整個系統(tǒng)須由彈簧吊桿懸掛。懸掛吊桿的設(shè)計須經(jīng)批準。
(9)排氣出口處所排出的廢氣煙色 容許度不應(yīng)高于林格曼黑度一度、廣東當?shù)責焿m排放濃度不得高于80mg/m3,并須符合當?shù)丨h(huán)保部門的規(guī)定。
(10)柴油發(fā)電機排放的二氧化硫、廣東當?shù)氐趸?、廣東當?shù)匾谎趸?、廣東當?shù)責N等污染氣體需滿足GB 20426-2006的要求,達到歐Ⅱ以上排放標準。
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