摘要： 自动化柴油发电机组可实现两路电源（市电与市电、市电与发电或发电之间）的全自动切换，具备全自动操作、机械与电气双重连锁等功能，以保证用户的正常用电要求。康明斯公司在本文中简要介绍了柴油发电机组的结构配置、运行、启动、控制、使用油质、保护装置以及电气系统，这些均属于性能要求范围的内容。通常除了符合国家规定的标准，还要满足现场条件和用户特定要求。此外，发电机厂家有义务为用户设计柴油发电机组安装一次、二次接线图，方便用户在启用第三方机电安装单位时能够按图施工。本文围绕柴发性能要求、电气接线规范与图纸功能及柴发辅助系统三个方面展开，系统阐述运行、起动、励磁、通风冷却、燃油润滑油、容量标定、噪声及结构特点等性能要求，简要介绍电气图分类与图纸功能，并从保护功能、远程控制与信号及测量仪表三个方面提出辅助系统要求，为自动化柴油发电机组的设计选型、安装施工与运行维护提供技术参考。
一、柴发性能要求
1. 运行要求
（1）连续满容量运行：柴油发电机组能连续满容量运行。
（2）运行方式选择：柴油发电机组能通过运行方式选择开关，选择柴油发电机组所处状态。
（3）开关位置：运行方式选择开关有下列四个位置即“自动”、“试验”、“手动”、“停运”。
（4）准起动状态：柴油发电机组正常处于准起动状态即“自动”状态。
（5）自起动时间：自起动时间<10秒。
2. 起动要求
（1）快速性与成功率：保证柴油发电机组自起动快速性和成功率，保证柴油发电机组正常处于热态，采取对柴油发电机组冷却水手段。
（2）起动方式：柴油发电机组的起动方式为电起动。柴油发电机自带起动所需蓄电池及充电装置，蓄电池充电装置满足柴油发电机停运时给蓄电池充电的功能。
（3）蓄电池要求：蓄电池采用全密封免维护阀控铅酸蓄电池，蓄电池的浮充装置具备小电源浮充和快速充电的双速自动充电功能。蓄电池寿命不低于15年，且蓄电池容量满足连续起动15次的用电量要求，蓄电池位置如图1所示。
3. 发电机励磁系统
（1）励磁方式：发电机配用无刷励磁方式。励磁系统为快速反应的永磁无刷励磁系统。
（2）静态电压调整率：≤±0.5％。
（3）暂态电压调整率：≤±2％。
（4）稳定时间：小于1.0秒。
（5）电压波动率：≤±0.25％。
（6）顶值电压系数：＞1.5。
（7）调节方式：励磁调节装置有自动和手动两种调节方式。
4. 通风冷却方式
（1）通风方式：柴油发电机组的通风方式以轴向通风方式为主。
（2）冷却方式：柴油机冷却方式采用闭式循环水冷却，一次水冷，二次采用散热器风冷，不需外供水源，所在位置如图2所示。
（3）水质要求：冷却水的水质以生活水为主。补水箱和冷却水管中加防冻液。
（4）发电机冷却：发电机的冷却方式，为自然风冷，发电机组不需外供工业冷却水。
5. 柴油机的燃油及润滑油
（1）燃油标号：满足环境温度在-24℃~39℃的条件下使用。
（2）润滑油牌号：满足环境温度在-24℃~39℃的条件下使用。
（3）最大功率燃油消耗率：≤210克/千瓦时。
6. 容量标定
发动机功率折损：输出净功率至少应满足在扣除所有辅助用电，并按环境条件、海拔高度修正后的功率。
7. 噪声
（1）排气管消音器：柴油机在排气管路上装设消音器。
（2）机房内噪声：装设消音器后，从距离柴油机排气管出口1米处的音压不大于85分贝（A声级）。
（3）机房外噪声：柴油机房外部噪声需满足国家环保要求，即音压不大65分贝。
8. 柴发及配套设备的结构特点
（1）底架：发电机组提供整体型钢底架。
（2）减震措施：发电机组采取橡胶垫和地基弹簧减震器二级减震措施。
（3）基础设计：基础设计可不考虑动荷载，地基要求普通惯性平台，水平度不大于1%，发电机组底座下部的弹簧减震器与地基采用膨胀螺栓固定。
（4）断路器：配电开关柜柜内空气断路器采用智能型抽出式断路器，短路开断电流为50kA。
（5）电缆：发电机厂家供货范围内，设备之间的动力、信号控制电缆均采用阻燃电缆。
（6）绝缘与防护：发电机绝缘为H级，防护等级为IP32。
（7）电气屏：电气屏包括控制柜和配电开关柜，柜体防护等级为IP32，安装仪表、信号等监测装置的间隔采用全屏蔽防护结构，柜内移动部位的连线采用带保护层的阻燃金属软线。与测量表计配套的分流器、变送器的准确等级不低于0.5级，电流互感器的准确等级不低于0.5级；保护用的电流互感器应满足保护装置的要求。电气屏柜内断路器采用ABB、施耐德等品牌，电气屏要有良好的接地措施。
（8）日用燃油箱：柴油机配置日用燃油箱，安装于室内，容量不小于柴油发电机组连续满载运行24小时用油量。油箱设计和制造安装应符合相关标准，补油设备分别设有电动和手动装置，提供相应的管道附件（阀门，接头等）。
（9）密封要求：整套柴油发电机组无漏水，漏油，漏气现象。
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图1 C175D5康明斯柴油发电机组正视图（电球端） |
图2 C175D5康明斯柴油发电机组正视图（水箱面） |
二、电气接线规范与图纸功能
1. 电气图分类
（1）系统图或框图：用符号或带注释的框，概略表示系统或分系统的基本组成、相互关系及其主要特征的一种简图。
（2）电路图：用图形符号并按工作顺序排列，详细表示电路、设备或成套装置的全部组成和连接关系，而不考虑其实际位置的一种简图。
（3）功能图：表示理论的或理想的电路而不涉及实现方法的一种图，其用途是提供绘制电路图或其他有关图的依据。
（4）逻辑图：主要用二进制逻辑（与、或、异或等）单元图形符号绘制的一种简图。
（5）功能表图：表示控制系统的作用和状态的一种图。
（6）等效电路图：表示理论的或理想的元件（如R、L、C）及其连接关系的一种功能图。
（7）程序图：详细表示程序单元和程序片及其互连关系的一种简图。
（8）设备元件表：把成套装置、设备和装置中各组成部分和相应数据列成的表格。
（9）端子功能图：表示功能单元全部外接端子，并用功能图、表图或文字表示其内部功能的一种简图。
（10）接线图或接线表：表示成套装置、设备或装置的连接关系，用以进行接线和检查的一种简图或表格。
（11）数据单：对柴油发电机组的性能、特性、型号等给出详细信息的资料。
（12）简图或位置图：表示成套装置、设备或装置中各个项目的位置的一种简图。
2. 接线图分类
（1）单元接线图或单元接线表：表示成套装置或设备中一个结构单元内的连接关系的一种接线图或接线表。
（2）互连接线图或互连接线表：表示成套装置或设备的不同单元之间连接关系的一种接线图或接线表。
（3）端子接线图或端子接线表：表示成套装置或设备的端子，以及接在端子上的外部接线的一种接线图或接线表。
（4）电缆配置图或电缆配置表：提供电缆两端位置，必要时还包括电缆功能、特性和路径等信息的一种接线图或接线表。
3. 一次与二次接线
（1）一次接线：以250KW康明斯柴油发电机组为例，发电机一次接线图如图3所示。发电机一次接线即电气主接线，主要是指在发电机组、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送方式和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。
（2）二次接线：如图4所示，柴油发电机组的控制起动、保护、测量、信号系统采用直流电压，断路器控制，操作及其信号线路图。
（3）控制箱（屏）：发电机组发电机控制箱（屏）是发电机组发电机的配套设备，主要是控制发电机组发电机送电及调压。对于500KW以下的发电机组，随发电机组配有配套的控制箱（屏）和励磁箱，对于500KW以上的发电机组，发电机组生产商一般提供控制屏。
（4）桥架安装：根据控制屏和发电机组安装的位置安装金属桥架，应符合电缆桥架安装工艺标准。
4. 保护接地和保护接零
（1）接地和接地装置：电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。接地装置是由接地体和接地线两部分组成。
（2）接地电流和对地电压：当电气设备发生接地故障时，电流就通过接地体向大地作半球形散开，这一电流，称为接地电流。
（3）接触电压和跨步电压：接触电压是指设备绝缘损坏时，在身体同时触及的两部分间出现的电位差。跨步电压是指在故障点附近行走，两脚间出现的电位差。
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图3 柴油发电机组一次接线图 |
图4 柴油发电机组二次接线线路图 |
三、柴发辅助系统
除远方控制的要求外，柴油发电机组应装设就地手动启动装置。柴油机旁还应设置紧急停机按钮。柴油机控制回路应实现与400V工作电源开关的连锁。闭锁控制屏上手动和远方启动功能，可安全进行设备维护和检修。
1. 保护功能
（1）发电机组超速保护——光报警，停机关油门。
（2）润滑油压低/过低——声光报警/声光报警，停机关油门。
（3）自启动失败——声光报警，停机关油门。
（4）低压闭锁过流保护——声光报警，停机关油门。
（5）发电机过负荷保护——声光报警。
（6）发电机差动保护——声光报警，停机关油门。
（7）发电机过电压保护——声光报警，停机关油门并灭磁。
（8）发电机单相接地保护——声光报警，停机关油门。
（9）发电机励磁系统故障保护——声光报警，停机关油门。
（10）冷却水温高/过高——声光报警/声光报警，停机关油门。
（11）润滑油温高——声光报警。
（12）日用油箱油位低——声光报警。
（13）发电机事故跳闸——声光报警。
（14）逆功率保护——声光报警，停机关油门。
（15）失磁保护——声光报警，停机关油门。
（16）冷却水水位低——声光报警。
（17）过电流保护：保护装设在发电机中性点的分相引出线上，动作于发电机出口断路器跳闸并灭磁；过电流保护具备速断（主保护）及定时限（后备保护）二种功能。同时对单项接地故障有灵敏度。
（18）柴油机保护：柴油机装设水温过高，机油油压过低，超速保护，保护动作于停机；装设水温高，油压低，润滑油高温，储油箱油位低，水位低等保护，保护动作于信号。
2. 远程控制与信号
柴油机控制器预留一路通讯接口，发电机厂家应配合进行调试，使柴油机具备远方控制；运行、停止、报警、保护等信号传入升压站监控系统等功能，系统拓扑结构如图5所示。出现以下故障之一出现时，发电机组将实现保护停机并发出声光报警，并引入升压站控制室计算机监控系统（接点容量：DC220V 2.5A）：
（1）机油压力低。
（2）发电机组超速。
（3）过起动（三次起动失败）。
（4）发动机温度过高。
（5）发电机差动保护。
（6）发电机过电压。
出现下列情况之一时，发电机组将发出声光报警，并送往升压站控制室计算机监控系统（接点容量：DC220V 2.5A）：
（1）发电机跳闸（过电流，差动，过电压，低电压，逆功率，失磁）。
（2）蓄电池电压低。
（3）水温低。
（4）油箱油位低。
（5）润滑油压力低预警。
（6）发动机冷却水温高预警。
（7）发电机组在“非自动状态”。
（8）冷却水位低。
发电机出口断路器合、跳，进线断路器合、跳，位置信号接点（1开1闭）送往升压站控制室计算机监控系统（接点容量：DC220V 2.5A）。
3. 测量仪表
为了防止数字控制器的传感器出现误报或失灵现象，柴油机可装设仪表式测量表计，如图6所示。
（1）发电机：交流电流表，交流电压表，有功功率表，功率因数表，频率表，启动电机直流电压表，电池电压表，计时表，选择开关。
（2）交流及直流仪表准确等级1.5%。
（3）电动转速表、机油压力表、机油温度表、冷却水温度表等。
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图5 柴油发电机组远程控制系统拓扑结构图 |
图6 柴油机仪表盘实物图 |
总结
接地方式按带电性质可分为交流接地系统和直流接地系统两大类，按用途可分为工作接地系统、保护接地系统和防雷接地系统。柴发接线还包括主电源、控制系统、保护系统等内容，柴油发电机如何接线是确保设备安全运行的重要一环。正确的接线可以保证信号的准确传递和执行部件的正常工作，同时避免因接线错误而引起的故障和事故。因此，在进行控制器接线时，应仔细阅读接线图，按照要求进行接线，并在接线完成后进行检查和固定，确保接线的正确性和可靠性。只有这样，才能保证柴油发电机的正常运行和安全使用。
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