康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

新闻主题	关于柴油发电机主备蓄电池的方案

 

摘要：康明斯发电机公司在本文阐述了利用柴油发电机组的控制器，设计了柴油发电机主、备启动蓄电池的自动切换方案，消除了手动切换方式存在的安全隐患，提升备用电源应用的安全性、智能性、经济性、稳定性。同时用于柴油发电机的双路电池系统，有两个独立的充电电源回路，可以对主备用蓄电池(两组电池)分别充电，且互不影响，避免蓄电池亏电的情况出现。并且使用新技术对现有的监控系统进行改造，为优化监控系统的构建提供了极大的帮助，使现有的远程监控系统不断得到完善。

 

一、设计方案的组成及工作原理

      柴油机发电机组是确保电力的重要备用电源，为了确保柴油发电机组在启动时能有足够的启动电能供给，每个柴油发电机组都配备了主备各一组启动蓄电池，当主用蓄电池不能正常工作导致柴油发电机无启动电能时，就需要切换到备用蓄电池启用柴油发电机组，可是目前大多数台站主、备蓄电池之间的切换方式是通过双向闸刀开关来实现，也就是当柴油发电机组启动失败时，还必需有人在现场检查，判断是不是蓄电池故障，当判定是蓄电池故障后，人工手动将双向闸刀开关切换到备用蓄电池，再次手动启动柴油发电机组。这样传统的处理方法无疑不能满足用现代化科技实现远程监控和智能一体化的发展需求，本文将针对康明斯PCC3.3控制器带有电池电压数据采集比对功能、开关量输入/输出功能和带标准的RS232通信接口的特点，设计了柴油发电机主、备启动蓄电池自动切换方案。

1、系统组成和功能分析

      设计方案由一台康明斯PCC3.3控制器、控制器RS232通讯模块、2个大电流KM接触器、4个小电流继电器、1个双向闸刀开关、2个指示灯、6个小开关及一批导线和一批二极管等设备组成。原理如图1所示，起动系统启停电路如图2所示。

      在设计方案中，康明斯PCC3.3控制器做为最核心的元器件，负责电池数据采集、比对和开关量输入/输出，继电器K1、K5负责选择控制KM1、KM2接触器的线包电压通断，从而实现和选择主备蓄电池的通断，继电器K8负责控制显示面板主用/备用蓄电池指示灯及备用电池报警反馈；控制器RS232通讯模块负责与上位机通讯，向上位机报送设备状态、参数、性能、故障记录；当自动控制系统出现故障时QS双向闸刀能快速的甩开控制系统切换启动电源到备用蓄电池上；其它开关和导线是实现电源的通断；电路中的二极管是防止线路过压烧毁设备。

2、设计系统的工作原理

（1）控制部分的工作原理

      主备电池输出开关JD1、JD2、SA1合闸后，电池会给康明斯PCC3.3控制器提供24V的工作电压，控制器对电池供电电压进行采集，电压采集数值在预设正常范围内，控制器B07输出口输出低电平，K5、K8继电器不工作，当需要启动柴油发电机组时，第一步是控制器B02口输出一个高电平，K2继电器线包通电工作，柴油发电机组油阀系统打开，同时断开U1开关电源与主用蓄电池连接线路，第二步是控制器B01口也输出一个高电平，K1继电器线包通电工作，K1常开点吸合时KM1、K19接触器线包形成回路，KM1、K19触点吸合，充电发电机和启动马达与电池接通，柴油发电机组启动完成；当控制器采集到的电池电压超限时，控制器B07口输出一个高电平，继电器K5、K8线包通电工作，继电器K5、K8的常开点吸合，当需要启动柴油发电机组时，第一步是控制器B02口输出一个高电平，K2继电器线包通电工作，柴油发电机组油阀系统打开，同时断开U2开关电源与主用蓄电池连接线路，第二步是控制器B01口也输出一个高电平，K1继电器线包通电工作，K1常开点吸合时KM2、K19接触器线包形成回路，KM2、K19触点吸合，充电发电机和启动马达与电池接通，柴油发电机组开始工作，柴油发电机组启动完成。

      当康明斯PCC3.3控制器失效或者是需要手动切换到备用蓄电池使用时，可以直接将SA2旋钮开关合上，使继电器K5、K8线包通电，通电后的工作原理与上述“当康明斯PCC3.3控制器采集到的电池电压超限时”的工作原理一样，当再次想手动切换回主用蓄电池时，只需将SA2旋钮开关分断，继电器K5、K8线包断电不工作，常闭点吸合，柴油发电机组启动电能恢复到主用蓄电池工作。

      当康明斯PCC3.3控制器、K5继电器、K8继电器、KM1接触器、KM2接触器、连接的线路损坏不能自动切换，或者是手动旋钮SA2开关不能自动切换时，可以将QS双向闸刀开关置于备用电池端，直接将备用蓄电池启动电能供给柴油发电机组，从而完成柴油发动机组的启动，满足了系统故障快速响应要求。

（2）显示部分工作原理

      当处于主用蓄电池工作时，继电器K8不工作，主用蓄电池指示灯会因K8的常闭点接通形成回路点亮，当处于备用蓄电池工作时，备用蓄电池指示灯会因K8的常开点吸合接通形成回路点亮，同时主用蓄电池工作指示灯会因K8常闭点断开而熄灭。此外当选择备用蓄电池工作时，K8常开点吸合，会通过控制器B16口给控制器一个“备用电池反馈”信号，同时康明斯PCC3.3控制器会将采集到设备状态、参数、性能、故障进行检测和记录，通过控制器RS232通讯模块上报给上位机，远程监控客户端会显示出现场的状态，实现了遥控检测功能，当排除主用蓄电池故障后，按一下SB2摁键复位，会消除控制器的电池故障报警。

图1  柴油发电机的双路电池系统接线图

图2  柴油发电机启停电路示意图

 

二、设计方案的设备选型与配置

      设计方案的实现，需要定义好康明斯PCC3.3控制器开关量输入/输出口的功能，目前在市场上康明斯控制器系列产品有两种版本，一种是没有PLC功能的控制器，需要定义好模拟量采集和开关量输入/输出口参数。

（1）将发动机保护功能中电池电压高设置为36V、电池电压低设置为18V、电池电压延时设置为5S,目的是将电池电压设定一个正常范围和告警范围；

（2）设置控制器开关量输入/输出口的功能，定义开关量输出口第一口为启动马达功能，定义开关量输出第二口为燃料阀功能，定义开关量输出第七个口为电池故障报警输出功能，定义开关量输入口第六口为备用电池反馈功能，定义开关量输入口第七口为故障复位按键功能。另一种是在上一种版本的基础上增加了PLC功能，其实质的工作原理一样，只是很多条件和显示状态能在PLC功能上实现，在使用中编辑PLC满足一定的条件后输入/输出各关量，显示和比对在PLC功能里实现，只需定义一个开关量输出口为切换主备蓄电池的功能即可。

（3）推荐采用二段式蓄电池充电模式，充电曲线如图3、图4所示。二段式只有恒流和浮充，也是目前在国内市场使用是广泛的充电器。按照国际标准充电方法，铅酸蓄电池的浮充电压不允许超过电池额定电压的1.14倍，而实际上这个电压是不能充满电池的。因此这种充电器存在永远也不能充满电池的问题，还会因电池的记忆效应导容量不断降低。

       柴油发电机组启动电流达到几百安培，而且柴油发电机组功率越高，启动电流越大，因此，在其他设备配置选型上，首要考虑条件是能满足通过电流的容量，特别是KM接触器和QS双向闸刀开关的选型要满足几百安培的直流大电流通过。

 

图3  启动电瓶二段式充电曲线图

图4  蓄电池恒压和恒流充电曲线图

 

总结：

      该设计方案的解决柴油发电机组主备蓄电池传统的切换方式，提升备用电源应用的安全性、智能性、经济性、稳定性，并且使用新的技术对现有的监控系统进行改造，为当前台站优化监控系统的构建提供了极大的帮助，使现有的远程监控系统不断得到完善。

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