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国内外柴油发电机组自动化控制技术的现状如何
一、湖南湘西引言
用今天的眼光看,柴油发电机组自动化控制的水平,国内国外已经不存在很大的差别,经过国内从事柴油发电机组控制的科研人员多年不懈地努力,我们今天终于可以挺直腰杆,自豪地讲,我们己经看到了世界先进水平,我们正在追赶世界先进水平,
我们将要赶上世界先进水平。那么,我们在哪些方面做出了进步?在那些领域还存在不足呢?回顾国内柴油发电机组自动化控制的成长经历,分析中国电信的发展对发电机组自动化控制的推动,比较国内外同行业的差距,紧跟国际自动化控制先进模式的步伐;我们沿着这条主线做一浅析,希望能能起到抛砖引玉的作用,对业内同行带来一定的启发。
二、湖南湘西回顾发展历程,分析国内柴油发电机组自动化控制现状
回顾国内柴油发电机组自动化控制的发展,大概可以划分为四个阶段:
1、湖南湘西本地以时间继电器和中间继电器为主构成的自动化控制系统,这种模式当时在同行业中非常普遍,而且也以相当的批量投向市场,突出的弱点是功能简单、湖南湘西结构复杂、湖南湘西维护调试困难、湖南湘西可靠性差,终没有得到用户的认可。
2、湖南湘西用分离电子元器件组成延时电路和逻辑判断电路来实现的自动化系统,这种模式相对于 种模式,有了很大的进步,
如果精心设计,提高工艺水平,应该能取得很好的效果。但是,在那个企业大而全的年代,每个企业各自为战,造成批量小、湖南湘西本地工艺落后、湖南湘西质量无法保证,所以这个阶段延续时间也较短。
3、湖南湘西随着改革开放,国外各种新鲜器件纷纷出现在国人面前,PLC(可编程序控制器)以性能稳定、湖南湘西方便灵活的优势迅速成为机组自动化控制领域的主力,时至今日仍有企业在应用。这种模式的优点相对于前两种较为明显,但也逐步显露出一些缺陷,如:外围电路复杂,需配置转速、湖南湘西电压等判断电路及供电电源、湖南湘西端口扩展继电器等器件;造价相对较高(带AD转换的PLC动辄上万元)。PLC是很可靠的,但它毕竟不是专门为我们这个行业而设计的,所以以PLC为核心构成的柴油发电机组自动化控制系统注定是一个匆匆的过客,随着术的飞速发展很快失去了优势。
4、湖南湘西控制系统功能模块化思路的出现,彻底解决了困扰发电机组控制领域的难题,这即是以专用控制器为核心构成的自动化系统,这些专用控制器为发电机组量身打造,集多种功能于一身,甩掉了复杂的外围电路,使自动化控制系统一下子变得简单了。
这些专用控制器大多采用了先进的微处理器及控制技术,可靠性和环境适应能力较PLC大大提高,同时,很多参数可以根据实际情况而设定,使用起来非常灵活。
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同步发电机的序分量电抗
同步发电机的序分量电抗X1、湖南湘西附近X2、湖南湘西附近X0
分析同步发电机不对称运行的基本方法是对称分量法。应用对称分量法,可以把发电机不对称的三相电压、湖南湘西附近电流及其所激励的磁势分解为正序分量、湖南湘西附近负序分量和零序分量,然后对各个分量分别建立的端点方程式和相序方程式,求解各序分量并研究各序分量分别所产生的效果, ,将它们叠加起来,就得出实际不对称运行的结果和影响。实践证明,在不计饱和时,上述方法所求得的结果,特别是对于基波分量基本上是正确的。
在不对称运行时,同步发电机的空气隙磁场为一椭圆形旋转磁场,即除了正序旋转磁场以外,尚有负序旋转磁场。因为它们的旋转方向不同,所以转子回路的反应也各不相同;对不同相序的电流,同步电机呈显的电抗也就有不同的数值。
当同步电机对称运行时,如前面各章所讨论的情形,定子电流为一稳定的对称三相电流,实际上即一组正序分量,它们所产生的旋转磁场(即正序旋转磁场)和转子之间没有相对运动,这个磁场并不能在转子绕组中产生感应电势,这个电流所遇到的电抗便是同步电抗。故同步电机的正序电抗即系同步电抗,不对称运行时,负序电流所产生的负序旋转磁场以同步速向着和转子转向相反的方向旋转,即该磁场将以两倍同步速载切转子绕组,将在转子绕组中感应一个两倍于电源频率的交变电流。对于负序旋转磁场而言,转子绕组的作用为一短路绕组,致使负序电流所遇到的便不再是同步电抗,而是另一个电抗x2,称它为负序电抗,其数值远较同步电抗为小。
负序旋转磁场在转子激磁绕组和组尼绕组中所感应的两倍频率的交变电流,将引起附加的铜损耗;负序旋转磁场还将在转子表面产生涡流,从而引起附加表面损耗。这些损耗都将使转子温升提高。此外,负序旋转磁场还将在转子轴和定子机座引起振动。
根据我国“发电机运行规程”规定:在额定负载连续运行时,汽轮发电机三相电流之差,不得超过额定值的10%,水轮发电机和同步补偿机的三相电流之差,不得超过额定值的20%,同时任一相的电流不得大于额定值。在低于额定负载连续运行时,各相电流之差可以大于上面所规定的数值,但应根据试验确定。
当零序电流流过定子绕组时,由各相零序电流所产生的三个脉动磁势,其幅值相等,时间上同相,而三者在空间各相隔120°电角度,因此三相零序基波全成磁势恰相至抵消,不形成气隙互磁通,只存在一些漏磁场,数值一般很小。零电流所遇到的电抗为带有漏抗性质的零序电抗,用代表,较更小。
由于现代电力系统的规模很大,在正常运行时负载电流的严重不对称是不常见的。具有实际意义的不对称运行情况为故障状态,如单相接地短路、湖南湘西附近二相短路和二相接地短路等。
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柴油发电机组接地的目的有三种
为了确保人身和电力系统工作的需要,对发电机组接地有严格的要求。其接地方式有工作接地、湖南湘西本地保护接地和保护接零三种,接地的目的如下:
1.工作接地
工作接地是将中性点接地,其目的是:
1)降低触电电压。对于中性点不接地的系统,当一相接地而人体触及另外两相之一时,触电电压为相电压的1.7倍以上;而对于中性点接地系统,触电电压就降到接近或等于相电压。
2)迅速切断故障设备。对于中性点不接地的系统,当一相接地时,由于导线和地面存在电容和绝缘电阻,可以构成电流通路,接地电流很小,不足以使保护装置动作而切断电源,不能确保人身。而对于中性点接地的系统,当一相接地后接地电流较大,保护装置会迅速动作,断开故障点。
3)降低电气设备对地的绝缘水平。在中性点不接地的系统中,当一相接地时,将会使另两相得对地电压升高到线电压。而对于中性点接地的系统,当一相接地时,另两相的对地电压只接近于相电压,故可降低电气设备和输电线路的绝缘水平。
2.保护接地
保护接地常用于中性点不接地的低压系统中,它的作用是:当电动机某一绕组的绝缘结构已破坏使外壳带电时,如果未接地,人体触及外壳,相当于单相触电,就可能发生触电的危险。而如果采用了保护接地,人体触及外壳时,由于人体的电阻与接地电阻并联,由于人体电阻远大于接地电阻,通过人体的电流就很小,就不会发生触电的危险。
3.保护接零
保护接零常用于中性点接地的低压系统中,它的作用是:当电动机某一绕组的绝缘结构已破坏而与外壳相接时,由于采用保护接零,就形成单相短路,迅速将这一相中的熔丝熔断,外壳便不再带电。即使在熔丝熔断前人体触及外壳时,也由于人体电阻远大于线路电阻,通过人体的电流也很微小,不会发生触电危险。
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发电机进气系统的构造
发电机的进气系统的组成跟具发动机的进气方式不同而不同。
(1)自然吸气式 又空气滤清器、湖南湘西本地进气管、湖南湘西本地进气歧管及进气门组成。自然吸气是靠气缸内活塞下行时产生的真空将空气吸入的。
(2)增压式进气 ,它是利用排除的废气驱动涡轮,涡轮再带动离心式压缩机来提高进气压力,并通过中冷器却增大空气的密度后竟然气缸。
一、湖南湘西本地KTTA型柴油机的进气系统
KTTA型柴油机的进气系统。它由空气滤清器。增压器。中冷器、湖南湘西本地进气门、湖南湘西本地排气门和进、湖南湘西本地排气管组成。新鲜空气通过空气滤清器被吸入压入机,经压缩进入涡轮推动其旋转,并带动压气机旋转,以压缩新鲜空气。
不带中冷器的NH型柴油机,被压缩后的空气直接进入气缸与燃油混合。
涡轮增压器迫使更多的空气进入气缸,所以它可燃烧更多的柴油,发动机发出更大功率。使用增压器还能使柴油机在较高的海拔是保持原性能。
二、湖南湘西本地空气滤清器
柴油发电机机采用的空气滤清器有干式空气滤清器、湖南湘西本地重型干式空气滤清器(单芯和双芯)、湖南湘西本地筒式空气滤清器及复合干式空气滤清器等。康明斯柴油机的空气滤清器臂普通公路用汽车的要大,特别是在矿上和建设工地灰尘多,空气滤清器易堵塞,故要求空气滤清器有较大的流量。
多管旋风式加干纸芯复合式空气滤清器。含尘空气经由空气进口进入旋风式滤清器后,沿着每根管中的螺旋导向前面进,使空气旋转,灰尘在离心里作用下被甩向外管壁并落入集尘杯,被滤情况通过旋风器中心管向上流动,再经干纸滤芯使较细灰尘也被滤清,从滤清器出口进入气缸。滤芯的作用是增强整体可靠性和空气清洁系统的效率。为了取得 效率的系统的可靠性。即为了 地保护发动机,则当滤芯堵塞时,就要换新滤芯,采取清洗后继续使用的办法是不可取得。
自然吸气式柴油机在额定转速时,通过滤清器的空气阻力不得超过5kPa。增压式柴油机的满负荷状态下,通过滤清器的饿客气阻力不得超过61kPa。为了显示干式空气滤清器的阻力是否过大,在滤清器的出口处装有自动显示灰尘指示器。灰尘指示为黑色塑料制成,中部有一透明的环带,本体内有一红色圆筒,当空气滤清器尚未堵塞时,圆筒被弹簧弹向上方,红色标记未露出。当滤清器滤芯被灰尘堵塞时,即阻力过大时,指示器窗口的红色标记逐渐升起,此时应对滤芯进行除尘或更换新件。处理后,按下复位按钮,使指示器复位原。
除自动指示器外。还有用真空指示器。当空气阻力过大时,通过真空开关通警报灯
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