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柴油发电机启动信号线与ATS的连接方法
发布时间:2024-04-02 12:02:38  ▏阅读:

 

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柴油发电机在ATS转换系统中的误启动现象解决方案

 

摘要 :ATS市发电转换系统对备用柴油发电机施加的控制水平取决于用电企业的主电源电压。由于每种情况都不同,因此必须由依照柴油发电机厂家提供的指导和建议。当发生市电断电时,ATS通过触发柴油发电机启动,并将电源自动切换到柴油发电机供电。但是“市电- 柴油机”型ATS中的柴油发电机启动信号线的使用是有条件的, 如果对其不正确使用会导致康明斯柴油发电机的误启动, 因此应在设计时注意避免此类低级错误。

 

一、双电源转换系统的概述

 

      在当今高度工作化的时代下对于用电的需求和供电的稳定性日益增强,而在电力系统供电的领域中由于自动转换开关(AutomaticTransferSwitches)的发明,断电已不再会对生产造成严重的危害。为提高配电系统供电的可靠度及缩短因事故停电的电力中断时间及复电时间,在现今的配电系统中已越来越多的设计采用了控制切换电源的自动转换系统。为此,本文将介绍和探讨关于自动转换系统的功能与相关应用。

1、ATS工作模式

      ATS转换系统的原理简图如图1所示,柜体外形如图2所示。ATS转换开关分为自动工作模式和手动工作模式两种工作模式

(1)自动工作模式

      自动模式有两种切换方式,即自投自复(R)和自投不自复(S)两种。

① 如果是自投自复方式,则当主电源故障时,自动切换到备用电源:一旦主电源恢复正常,无论备用电源的情况如何,开关自动切换到主电源。

② 如果是自投不自复方式,则当主电源故障时,自动切换到备用电源:在没有人为干预条件下,即使主电源恢复正常,开关也不会自动切换到主电源。

      在自动工作模式中,切换动作的固有延时为80ms以内.控制器的延时0-30S。

(2)手动工作模式

      当控制开关置于手动工作模式时,可根据需要,通过操作手柄在主电源和备用电源间切换。一旦启动手动工作模式,开关将无自动切换能力。用户必须通过控制器上的手动按钮完成电源切换,切换动作无人为延时。必要时可将两路电源同时置于断开状态,以便进行电路维护或维修。

 

ATS转换系统的结构原理简图.png

图1  ATS转换系统的结构原理简图

双电源转换柜(ATS)轴测图-柴油发电机组.png

图2  双电源转换柜(ATS)外形轴测图

 

2、功能要求

(1)ATS应具有短路保护功能、过电压保护功能,为了防止雷电的影响和分合闸所造成的过电压,应加装过电压防浪涌保护。

(2)为了更好的实现线路的全面监控,ATS转换装置应具有电源各种故障保护、故障报警指示、运行参数可调及电源电压显示等功能,并防止故障电源向负载供电。为实现“四遥”提供前提条件,实现智能化集中监控。

(3)由于很多用户的供电系统设备都配置了共模和差模干扰滤波器,在系统启动时会有较大的漏电流通过滤波器流入地线,所以ATS转换装置不能安装漏电保护。并且,在双路电源转换过程中,不能存在两路电源叠加短路问题。

表1    双电源(ATS)转换柜性能要求

额定电压
380V、400V或415V
额定频率
50Hz或60Hz
工作模式
自动模式、手动模式
过压检测阈值
+5%~+20%的额定电压,步长为1%
欠压检测阈值
-20%~-5%的额定电压
相位容限
±1°~±45°,步长1°
过压和欠压检测的超调范围
0%~6%的设定值
返回切换时间
1~225s
间断切换时间
几十毫秒~3s

3、使用要求

      两种不同接地系统间的电源转换开关应采用四极型开关,以保证两个系统的完全隔离。对于有很多使用单相用电设备的用户,供电系统有一个特殊要求,在三相供电系统为单相设备供电时,系统零线是绝对不允许断开的,如图3所示。

      如果采用四极型ATS,由于机械转换的不一致性,可能会存在瞬间火线通而零线断的现象,这会给单相供电的设备带来灾难性的破坏,导致运行不正常或损坏设备。四级ATS转换开关工作过程动态图如图4所示。

4、双电源转换的过程

      ATS可以对备用柴油发电机施加的控制水平取决于企业的主电源电压。由于每种情况都不同,因此必须由依照发电机厂家提供的指导和建议。当发生市电断电时,ATS通过触发发电机启动,并将电源自动切换到柴油发电机供电。

(1)停电时,ATS启动柴油发电机,这种中断会触发发电机为进入的电力供应做准备。

(2)一旦发电机以适当的速度运行,ATS将应急电源切换到其负载。这种转变使发电机能够为先前确定的现场关键功能提供服务。

(3)主电源恢复后,ATS将恢复到标准电源的电气路径。

(4)然后ATS会触发发电机的冷却期。此步骤对于改进单元的功能和预期寿命至关重要。

      手动和自动是转换开关的两种主要类型。强烈建议安装自动转换开关(ATS),因为该系统可自动且即时地工作。ATS的自动特性简化了流程,保持了更高的安全水平,并最大限度地减少了不必要的停机时间。

 

柴油发电机零线断开时对单相负载的影响.png

图3  柴油发电机零线断开时对单相负载的影响

四级ATS转换开关工作过程动态图.gif

图4  四级ATS转换开关工作过程动态图

 

二、柴油发电机信号线连接方式

 

      柴油发电机组的自启动信号线比较常见的是使用一种无源触点信号,就是电工口语中的干接点信号。通常是采用双电源转换柜提供信号源,接线方式如图5所示。当实际工作中,电力系统中没有双电源装置,可采用中间继电器的方法来解决,接线方式如图6所示。

1、选择信号源

      双电源市电柴油发电机组需要接收自启动信号,首先需要选择合适的信号源。一般情况下可选择以下信号源:

(1)公用电网信号:市电信号可以直接接入发电机组自启动装置,当市电掉电时,发电机组将会接收到停电信号,自动启动发电机组发电。

(2)开关量信号:开关量信号可以直接接入自启动装置,一旦接收到开关量信号,发电机组将会自动启动发电。

(3)手动信号:手动信号需要操作人员手动按下按钮或者打开开关才能发送信号,触发发电机组自动启动。

2、确定信号线接口

      在选择好合适的信号源后,需要确定信号线的接口。常用的接口有以下几种:

(1)数字接口:数字接口是目前应用最广泛的接口之一,多数发电机组都兼容数字接口。它具有传输速度快、传输精度高等优点,但是数字接口需要额外连接调制解调器才能进行传输。

(2)模拟接口:模拟接口是传输自启动信号的另一种方式,它具有成本低、稳定性好等优点,但是需要耗费较多的电线,传输性能也不如数字接口。

(3)无线接口:无线接口是使用无线通信技术传输自启动信号的方式,它可以实现无缆的传输方式,但是需要额外购买无线通信设备,并会受干扰等问题的影响。

3、信号线接线步骤

      在对柴油发电机启动信号线进行接线时,需要将其连接到控制系统中相应的位置。一般来说,控制系统中会有一个专门的接口供启动信号线连接。在接线前,需要先将发电机的电源关闭,并断开与电网的连接。接线时,应按照以下步骤进行:

(1)找到启动信号线的接口。这个接口通常标有“启动信号”等字样。

(2) 将启动信号线的插头和接口对准,插入接口并拧紧。

(3) 检查接线是否牢固,确保插头和接口之间没有松动的地方。

(4)最后,恢复发电机的电源,并重新连接到电网上。

4、信号线连接注意事项

      在实际接线过程中中,还需要注意以下问题:

(1)接线前应先切断电源,以免造成安全事故。

(2)接线时应按照说明书和图纸进行,避免接错线或接反线。

(3)定期检查接线是否松动,如有松动应及时拧紧。

 

柴油发电机无源触点启动信号典型接线图.png

图5  柴油发电机无源触点启动信号典型接线图.

柴油发电机启动信号接线图(无ATS开关).png

图6  柴油发电机启动信号接线图(无ATS开关

 

二、双电源转换系统的设计思路

 

1、问题的提出

      在工程设计中, 对于不能取得第二路城市电网电源的一、二级负荷和消防负荷的地方, 应急康明斯柴油发电机以其启动迅速 ( 可控制在15~30s之内完成启动并投入工作) 、启动完成后供电可靠性高, 特别是供电容量大和持续供电时间长等优点得到了广泛的应用并取得了良好的效果。

      康明斯柴油发电机在启动时必须有启动控制信号, 既能够保证它在主电源停电时迅速启动以保证及时供电, 同时又还要防止其误启动。关于这部分内容, 在《供配电系统设计规范》 ( GB 50052- 95) 第3.0.2 条中有明确规定, 同时在对该条文的解释中也明确提出“例如应急电源原动机的启动命令必须由正常电源主开关的辅助接点发出, 而不是由继电器的接点发出”。本文着重讨论防止因启动信号来源的设置 错误而造成康明斯柴油发电机误启动的问题。

      在工程设计中, 电源自动转换开关电器 ( ATS) 得到广泛应用。众所周知, 大多数ATS都包含两种类型, 即“市电- 市电”型和“市电- 发电机” 型。其中“市电- 市电”型仅完成两路电源之间的转换, 而“市电- 发电机” 型中多了一根启动康明斯柴油发电机的启动信号线, 它具有启动康明斯柴油发电机的功能。在仅有一路市电电源和一台康明斯柴油发电机的工程设计中, 将安装在配电房的ATS选用为“市电- 发电机”型, 这本身没错, 因为在配电房的ATS其第二电源确是引自康明斯柴油发电机。并且该类ATS除有两路电源的三相缺相检测、三相过欠电压检测外, 还具备康明斯柴油发电机电源频率检测的功能, 可以在确定康明斯柴油发电机电源稳定后才将其触头闭合, 以保证康明斯柴油发电机电源在稳定可靠的前提下投入使用。

      但是, 不分场合地利用“市电- 发电机”型ATS的启动信号线去启动康明斯柴油发电机就值得斟酌了, 部分设计人员这样作因为他们认为这是市电是否有 电的“最可靠”的检测点。笔者认为这是缺乏依据 的, 笔者将其分为3种场合并分别分析如下 ( 在后面的讨论中将“市电- 发电机”型ATS简称为“ATS”,   将“康明斯柴油发电机”简称为“柴油发电机”) 。

2 、问题分析

(1)单台配电变压器,  配电房内单个ATS,  无消防负荷,  且非消防重要负荷仅有一个出线回路的情况

      此种情况下利用柴油发电机型ATS的启动信号线去启动柴油发电机是没什么问题的, 因为此时ATS开关仅对它后面的重要负荷回路负责, 只要它检测到其前端无电, 都要立即启动柴油发电机。而部分地方供电部门将用电负荷按用途进行了不同的计量分类, 在这种情况下重要负荷有可能会因计量不同而采用两台及以上数量的ATS,  本文为简化仅考虑二台)。那么此时柴油发电机启动信号线该取自哪一台ATS呢? 我们已经可以看出, 任意一台ATS前端的信号输出点都是一段小母线或内部电缆接头处的电源情况的反映, 而不能表示系统电源的真实情况。

(2) 单台配电变压器, 且有消防双回路的情况

      在这种情况下利用柴油发电机型ATS的信号线启动柴油发电机已经显得不合适了, 因为此时按照本文开始时所提到所谓“最可靠” 的说法,ATS还是仅反映它的进线电源端的信息。那么假如该ATS的市电进线端接头处或其前方发生问题 ( 当然可能性极小) , 它也会立即发出启动柴油发电机的信号。而此时市电电源是有电的, 此时的柴油发电机启动就属误启动。因此, 所谓的“可靠点”并不可靠。

(3)再来看看两台配电变压器, 且有消防双回路的情况 

      这里请注意,  消防负荷的第一电源回路来自变压器TM1,而其第二回路来自变压器TM2的ATS之后。如果此时将柴油发电机启动信号取自ATS 也同样有问题, 例如TM2因过载等原因跳闸断电, ATS检测到主电源端无电, 就会立即输出启动柴油发电机的信号使柴油发电机启动, 而此时TM1是有电的, 亦即消防第一电源回路有电, 无需柴油发电机的投入, 那么此时的柴油发电机启动就属于误启动。当然两台变压器之间的母联断路器会闭合, 但就算是自动闭合, 它的动作时间也并不比发出启动柴油发电机信号的时间短, 况且规范并未排除母联断路器手动闭合方式。

 

总结:

      在柴油发电机的控制系统中,启动信号线是一个非常重要的部分。它的主要作用是发出启动指令,告诉控制系统启动柴油发电机。这样,柴油发电机就可以开始正常工作,并输出正常的电能。总之,启动信号线正确接线是确保柴油发电机正常工作的关键。希望通过本文的介绍,电气工作人员能够更好地掌握柴油发电机启动信号线的接线方法,并且避免因ATS启动信号线的不正确接驳和使用造成柴油发电机的误启动。因此, 我们应该从设计上杜绝其发生。


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