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新闻主题	发电机及其控制器技术要求说明

 

摘要：柴发智能控制器对于发电设备来说，相当于大脑和神经中枢。它负责监测、控制、保护和通信，将原本需要人工手动操作的发电机组，转变为一套高度自动化、智能化的电力保障系统。因此，柴油发电机组的技术要求是每个用户在选型时需要认真了解的内容，无论发电机还是控制系统，应更加注重整个发电系统的安全可靠性以及使用的智能方便性，要将全隔离的设计理念最大限度地融入进柴油发电机组的制造生产中去，从而保证设备系统的稳定运行。

 

一、控制器的主要作用

 

      控制屏直接安装在发电机组本体上，随机组一起移动和固定，适用于大多数开架式机组和移动式机组，如图1所示。考虑到振动影响，现代设计倾向于将控制屏安装在机组振动最小的连接处（发动机与发电机之间的连接部）附近底座上，或者通过减振垫固定在发电机上方，以保证仪表读取准确和电子元件稳定。其功能如图2所示。

1、自动化控制

（1）自动启停：接到启动信号（如按下启动键、远程指令或市电断电）后，控制器会自动控制燃油电磁阀、启动马达等，完成预热、启动、升速、合闸供电等一系列复杂操作。停机时也会自动执行卸载、分闸、冷却停机等流程。

（2）自动切换：在备用电源场景中，控制器会持续监测市电。一旦市电异常（断电、欠压、过压、缺相），它会自动启动发电机组，并切换负载到发电机供电；市电恢复后，再切回市电，并让机组自动冷却停机。

（3）多机并联与并网：在多台机组并联或与市电并联时，控制器负责协调各机组的功率分配、电压/频率同步和负载均衡，实现按需增减机组，提高系统效率和可靠性。

2、实时监测与保护

      控制器通过连接各类传感器，持续监测机组的关键运行参数，如：

（1）电气参数：电压、电流、频率、功率、功率因数等。

（2）发动机参数：机油压力、冷却液温度、转速、燃油油位、电池电压等。

      一旦参数超出预设的安全阈值（如机油压力过低、水温过高、超速、过载等），控制器会立即发出声光报警，并根据严重程度执行报警、降功率或紧急停机，有效避免“拉缸”、“咬瓦”等严重机械损坏事故。

3、数据处理与通讯

      现代智能控制器通常配备LCD显示屏和多种通信接口（如RS232、RS485、USB、以太网、GPRS/4G等），支持主流通信协议（如Modbus、CAN bus）。

（1）现场数据展示：实时显示所有监测参数的数值、状态和报警信息。

（2）远程监控：通过连接电脑、手机App或云端平台，运维人员可以在任何地方查看机组状态、启停机组、设置参数并接收报警通知，实现无人值守或少人值守。

（3）数据记录与分析：记录运行小时数、历史报警事件、保养提醒等，为预防性维护和设备全生命周期管理提供数据支持。

4、故障诊断与黑匣子功能

（1）智能故障指示：当机组发生故障时，控制器会显示具体的故障代码和描述（如“低油压停机”），而不仅仅是“发动机故障”，帮助维修人员快速锁定问题。

（2）数据记录：可以记录故障发生瞬间所有参数的状态（类似飞机的“黑匣子”），便于事后分析原因。

5、提升效率与降低运营成本

（1）减少人工干预：从手动启动、并车、分闸到停机，全部自动化完成，大量节省人力。

（2）优化运行：在多机并联场景中，根据负载大小自动增减运行机组数量，避免大马拉小车，显著降低燃油消耗。

（3）保护资产：可靠的保护功能大大延长了发电机组的使用寿命。

 

图1  开放式发电机组结构图

图2  静音箱式发电机组控制器功能框图

 

二、控制系统组成与特点

 

      实际应用中，控制屏的具体监控信号会因机组品牌和控制器型号（如康明斯、科迈、深海等）略有差异，建议以设备的技术手册为准。但大多数的功能和结构都是类似的，如图3所示。

1、控制和保护及其附属设备

（1）控制和调节装置的放置位置：所有供操作用的控制器须集中装在随时可供使用、伸手可及的合理位置。调节用的装置必须分开放置，以防止未经许可擅自调整。

（2）发动机状态指示：发动机须具备以下最低限度的状态指示：油压；水温；发动机温度（风冷机）；运行时间；转速表；电池充电器电流表。

（3）发动机保护：发动机须配备最低限度的保护和控制装置，当发生润滑油压过低、发动机冷却液温度过高、发动机超速等情况时，尽早发出警告信号和/或停机；上述发动机保护须分为两阶段：在初阶段发出声光报警信号，当发动机处于预定的危险阶段时必须停机；所有声光报警信号和解除信号开关必须接至控制屏上；发电机组必须配有钥匙操作的保护装置越位开关。当此开关合上后不管发电机组发生任何故障，都必须持续运转，直至发动机不能再运转为止。此钥匙必须由用户指定工程师保管。

（4）发动机速度控制和速度调节：

① 速度控制：须配备电子速度传感速控器；速控器须传感发动机的实际转速；速度控制须满足国标规定。

② 速度调节：速度须预先调整好，以保证在满载时的额定频率；在各种负载情况下，有手动调节速度的装置可在士5％的范围内进行调速。

（5）电压调整和调节

① 电压调整：配备一套自动电压调整系统，以使发电机的端电压由空载到满载稳定状态下保持在＋2.5％额定值以内；发电机电压调整系统的工作性能须满足相关标准规范的规定。

② 电压调节：电压调节提供一套输出电压调节装置，以便于将输出电压调节至设计参数范围内的任何水平上。

2、控制屏

（1）发电机组控制屏应为直立式，装设在设计图纸规定图标位置。

（2）控制屏为微电脑控制，带液晶数字显示屏，控制屏应由能承受机械、电气、振动、电和热应力及在正常运行情况下可能遭受的湿度影响。且须具有防电磁波干扰、故障储存、实时报警和系统自诊断功能。

（3）配有保护装置，以避免控制电路短路所引起的后果。

（4）当有电气装置装在面板或门上时，须采取措施（如以一条适当截面的接地线）以保证接地保护电路的连续性。

（5）为面板或门上的电气装置和测量仪表布线时，必须做到当面板或门移动时不会引起机械性损伤。

（6）不需每天使用的调节装置应布置在控制屏内，以达到安全运行。

（7）控制屏项目：

① 电气装置：装设三极或四极 ACB（Air Circuit Breaker，万能式/框架式断路器）/MCCB（Molded Case Circuit Breaker，塑壳式断路器），带有可调节的发电机过电流装置、接地保护和逆功率继电器（并联发电机组）、控制和指示器。ACB/MCCB的额定电流和断路容量须与发电机容量相配合。

② 仪表：电能表；频率表；功率因数表；运行小时计；带有相选择开关的交流电压表、交流电流表和电流互感器，用以监视发电机的输出电压、输出电流；直流电压表，用以监视电池电压；直流电流表，用以监视充电电流；不可复归的计数器，用以记录启动次数；不可复归的计数器，用以记录启动失败次数。

③ 按钮：发动机启动按钮；发动机停止按钮；系统复位按钮；用以模拟仿真主电源故障的按钮；紧急停机按钮。

④ 带红色指示灯及音响警报信号：ACB/MCCB事故跳闸；发动机转速不稳/过摇晃锁定（非必需）；发动机超速停机（两阶段）；发动机启动失败；低油位（两阶段）；润滑油压力偏低（两阶段）；润滑油压力偏高（两阶段）；电池系统故障。

⑤ 带指示灯但不带音响警报信号：红灯-ACB/MCCB闭合；发动机自动控制运行；电池放电。绿灯-ACB/MCCB断开；发动机手动控制运行；发电机带负载运行；主电源供电正常。

⑥ 其他控制设备：指示灯试验按钮；频率预调装置；电压预调装置；发动机启动控制；电池充电器及其附属装置；发动机加热器控制；电子同步调节器（并联发电机组）；固态自动电压调整器；“手动-自动”旋转控制开关；音响警报信号和信号解除开关；带手动隔离开关，由恒温器控制的控制屏防冷凝加热器；按照系统要求遥测、遥控信号指示等所必需的继电器和干触点等；需预留发电机组启停联锁送、排风机及与各低压配电柜联锁的接点。

3、控制屏监控信号

      柴油发电机组的控制屏需要监测的信号主要分为电气参数、发动机参数、运行状态与故障报警三大类。这些信号是控制屏实现自动化控制和安全保护的基础，系统如图4所示。

（1）电气参数：包括三相电压、三相电流、频率、功率（有功/无功）、功率因数，其作用是监测发电机输出的电能质量，判断过压、欠压、过载、缺相、频率异常等故障。

（2）发动机参数：包括机油压力、冷却液温度、转速、燃油液位、电池电压，其作用是监测发动机的机械健康状况，判断机油不足、水温过高、超速、燃油耗尽、电池亏电等。

（3）运行状态信号：包括运行/停机、待机、合闸/分闸、充电状态、ATS状态，其作用是反映机组当前所处的工况阶段和主要装置的状态，是判断机组处于“准备”、“运行”还是“停机”等流程的依据。

（4）故障报警信号：

① 停机类：包括低油压、超速、高水温、过流、电压异常。当出现严重故障，触发后立即停机，需排除故障才能复位。

② 预警类：包括燃油不足、滤清器堵塞、电池电压低、维护保养到期。其作用是预警告警，提醒维护人员及时处理，但一般不会立即停机。

 

图3  柴油发电机控制箱体结构

图4  柴油发电机测试系统模拟图

 

4、系统操作和运行特性

（1）自动操作

① 在主电源故障时，在指定的低压配电屏内由自动切换系统的“正常”断路器前带0～5s可调延时的电压继电器动作发出信号激励发动机的启动系统。

② 在接到启动信号后，发动机须开始启动程序。

③ 发电机组须于15s内达到其额定速度并准备接载全负荷。

④ 如发电机组在规定时间内不能启动，启动程序须于5s后在15s内分别启动第二次、第三次。如发电机组仍不能启动，则启动程序须被闭锁，并发出声光报警信号。发动机须处于闭锁状态直至手动复归为止。

⑤ 在启动期间，若主电源恢复供电需不会使启动程序中止，但不需进行负荷的转换。主电源故障后而发电机组已运转，则在0.5～1s延时后，应进行负荷转换。此时，按设计图纸要求接在低压配电屏中重要负荷母线段上一些指定的馈出回路，须由各自的低电压继电器使之跳闸。

⑥ 当发电机组达到额定频率和电压时，须发出信号使“正常”断路器断开而使“备用”断路器闭合。当低压配电屏的重要负荷母线段上已带电时，上述已经由低电压继电器而断开的馈出回路须按图标预定的程序自动闭合到母线上，以避免使发电机组过载。

⑦ 当正常供电完全恢复后，负荷的转换及发电机组的停机，可由控制屏上的选择开关选择手动或自动操作。在此指令的激发下，负荷的转换须立即执行。发电机组空载运转0～15s可调，使之短暂冷却然后停机。

（2）手动操作

① 控制屏须装置“自动-手动”旋转控制开关。如选择“自动”位置，整个系统须能如上所述按照“自动操作”方式运行，并能使系统保持自动状态直至转换成手动控制为止。

② 通过控制板上的控制开关，发电机组能手动启动。一旦启动并运行正常，发电机可用手动接载重要负荷。

③ 在手动启动期间，只要主电源供电仍然可靠，所有负载须不会转换到发电机上。但当按“手动转换负荷”按钮时信号须令“正常”断路器断开，“备用”电源的断路器闭合，能如自动操作一样，使负荷转换。将“手动转换负荷”按钮复归，负荷须转回由主电源供电。

 

总结：

对于柴油发电机组而言，基本型控制器可以提供简单的自动启动/停机、基本保护和数字显示，适用于单机备用电源；而智能并联型控制器，就可以具备同步、负载分配、功率管理功能，用于多台发电机组协同工作。因此，没有柴油机控制器，柴油发电机组只是一个需要专人全程看管的手动工具；有了它，才能成为安全、可靠、高效的现代化电力保障系统。

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