海上风力发电后备电源柴油发电机组低压成套设备的设计.pdf

5与车辆移动电源2023年第2 期海上风力发电后备电源柴油发电机组低压成套设备的设计周昆仑，王王磊，高昌盛，徐金星（郑州众智科技股份有限公司，郑州，450 0 0 1）摘要：本文介绍了一则海上风力发电后备电源柴油发电机组低压成套设备的设计案例，是基于智能发电机组控制器实现自动控制柴油发电机组，基于智能双电源切换控制器实现市电和发电通过ATS自动互投，实现了无人值班，设备自动运行。即使是台风期间，依然可以顺利起动发电机组，规避或降低人工维护的成本和风险。关键词：发电机组；控制柜；控制器；断路器；ATS双电源切换Doi:10.3969/j.issn.1003-4250.2023.02.002中图分类号：TM611.22文献标志码：A文章编号：10 0 3-42 50（2 0 2 3）0 2-0 0 0 5-0 41引言GWEC发布的数据表明，我国风能发电行业的发展势头较好，整体规模呈现逐年上升的态势，近几年，国家风电发展政策逐渐向海上发电倾斜，海上风电趋势明显，但与陆上风电相比，海上风电基地建设工程的施工周期长，建设成本高，技术难度大，危险因素多，需要有优质的成套工艺的支持。后备电源柴油发电机组在风电场中起到关键性作用，其成套方案更需要经得住考验，本文就提供了一套可靠的方案。2后备电源系统的构成后备电源系统是由柴油发电机组、发电机组控制柜、ATS双电源切换控制柜组成（见图1）。柴油发电机组和机组控制柜整体集装箱式设计，ATS双电源切换控制柜安装在风机塔筒内。220kW柴油发电机组在电网失压后启用后备电源发电来保障供电。发电机组控制柜完成对发电机组的启动、停机控制，数据检测显示和报警保护，发电机组输出断路器合闸、分闸的控制。ATS双电源切换控制柜完成对市电供电、发电供电的手动、自动切换。辅助变压器1.14/0.4kV双电源切换控制柜辅电系统发电机组控制柜后备电源系统荣油发电机维图1后备电源系统图3发电机组控制柜的设计3.1控制柜的结构控制柜由机柜、显示模块、控制模块、断路器及其它元器件组成，柜体分为上、下两部分，上部分为二次回路，下部分为一次回路，控制柜整体落地式安装。机柜由3 16 L不锈钢板制成，考虑电气机柜的绝缘性、防静电性等电气设备的性能要求，机柜的内、外表面采用喷塑工艺，厚度为100m-150m。机柜模块化结构设计方便组装和拆卸，分为柜体、柜门、安装板和出线板，柜门装有限位器，方便检修和维护，柜门上安装显示模块、指示灯等元器件，安装板上安装控制模块、中间继电器、接触器和断路器等器件，出线板为可拆卸式设计，装有金属电缆防水填料函。3.2控制柜的控制系统控制柜的主控模块为智能型的发电机组控制器，采用微处理器技术，实现多种参数的精密测量、62023年第2 期与车辆移动电源定值调节以及定时、阈值整定等功能，其结构紧、接线简单、可靠性高，可用于一路市电、一路发电构成的单机自动化控制。控制柜通过J1939接口和发动机电子控制模块ECM通信，采集和显示发动机转速、冷却液温度、滑油温度、滑油压力等数据，不需要再加装发动机的传感器，在数据达到预设值时执行报警提示或保护停机，控制柜设有RS485接口和RJ45以太网接口，风电场中控室可以通过此接口利用MODBUS协议实现“四遥”（遥控、遥测、遥信、遥调）功能。控制柜在模块液晶屏上显示发电电压表、电流表、功率表、功率因数表、频率表、直流电压表、小时表，具有发电过压、欠压、过频、欠频、过流、过功率、逆功率、缺相、逆相序等功能。自动模式时，当检测到发电电量符合带载条件时，控制箱自动输出合闸指令，控制发电机输出断路器合闸，当发电电量发生异常时，控制箱自动发出相应报警并输出分闸指令，控制断路器分闸，手动模式时手动控制断路器的合闸、分闸。断路器工作电源和控制断路器合、分闸回路的电源由发电机输出提供，并且只有在发电电量正常时才能正常工作并完成合闸、分闸指令，安全性更有保证。控制柜智能控制机组百叶窗的开启和关闭，自动判断百叶窗开启、关闭状态，百叶窗完全打开后机组开始起动，否则不能动车，一定时间内未成功打开百叶窗，发出报警；机组运行过程中，检测到百叶窗异常关闭，发出停机报警；机组停机后，自动关闭百叶窗。控制柜具备定时起动功能，起动间隔时间可调，每次起动运行时间可调；具备起动蓄电池电压低自起动功能，起动电压值和停机电压值可设，控制箱由两路蓄电池电源供电，互为主备，并采集电源电压，当电压值低于预设值时，自动起动机组，通过机带充电发电机给蓄电池充电。发电机组控制柜控制功能逻辑如图2 所示。开始控制福上电处理旋障井费位发动机带车完革起动餐电池电压机奔起动遥控起动新达开机设定信发动机定时起动打开叶高打开百叶面发动机自起动-百叶高成功百叶画盛功正常运行打开？开照故障打开？请行3 0 分钟(时间可调）起动豪电池电压发动机开热动车发动机开始动车到达伟机谈定值？手动升高?发边机自动停机自动升高速发动机待机发电机电压修家手动合网发电机电压：婚率达到荣纸要求达鲜带载要求自动合期超速停机按器、警吉报警正常运行百叶商放障停机报板正常运行停机报馨等等并剪位机务停机发动机停机控锦机并悦处理故障拜复位发动机特机束图2发电机组控制柜控制功能逻辑图控制柜和消防系统联动，当消防系统的烟感探头和温感探头同时检测到火警时，触发火警报警并输出火警信号给控制柜，若发电机组在待机状态，控制柜收到火警信号后，发出火灾报警，并关闭日用油箱燃油速闭阀，待百叶窗和速闭阀都关闭后，控制柜输出允许灭火信号，消防系统开始灭火；若发电机组在运行状态，控制柜收到火警信号后，发出停机报警，同时关闭百叶窗和燃油速闭阀，待百叶窗和速闭阀都关闭后，控制柜输出允许灭火信号；不管发电机组是待机状态还是运行状态，控制柜收到火警信号后一定时间内没有收到百叶窗和燃油速闭阀的关闭信号，则会强制执行灭火指令，最终达到自动探火、灭火的目的。图3 为消防控制功能逻辑示意图。开始机组正荣运行机组待机状态发生火控制插收到满防系统识别井控制预收到火都信号发出火警信号火警信号控制箱发出停机报器控制箱发出火灾报警并关闭百叶窗和燃油速闭阀并关闭燃油速闭阀百叶剪和燃油速闭橱停待一定延时完全关闭？（时间可设）控制箱输出允许灭火指令消防系续开始灭火完成灭火结束图3消防控制功能逻辑图与车辆移动电源2023年第2 期4控制柜的其他配置控制柜配备16 路无源开关量信号输出模块，通过CAN接口和主控模块通信，每个输出口都可通过下位机软件和上位机软件自定义，满足风电场中控室的设计需求。集装箱的安装位置是在海上，需要有防雷措施，控制柜安装有直流电源浪涌保护器、信号浪涌保护器和发电浪涌保护器等防雷装置。控制柜配备空间加热器，保持柜内恒温恒湿。控制柜内安装浮充电模块，是专门针对发动机起动用的铅酸电池的充电特性而设计，适合于铅酸电池的长期补充充电（浮充），确保蓄电池的使用寿命。5发电机组输出断路器的选型发电机组控制柜下部安装电动塑壳断路器MCCB。利用公式估算一下发电机的短路电流：发电机额定容量：Sn=275kVA；发电机电压：U,=400V;则发电机额定电流为：Sn275103397AV3U1.732400若发电机的短路阻抗Xa-30%，发电机的短路电流为：397-1.3kAX0.3冲击短路电流峰值ipk为：ipk=12n=123974.7kA发电机组出口断路器需要满足的额定参数如下：额定电流In：6 3 0 A；极限短路分段能力Icu：1.3 k A；短路接通能力lcm：4.7 k A。若选用ABB的TmaxT5N630A塑壳断路器，额定电流6 3 0 A，额定极限短路分段能力Icu=36kA，额定运行短路分段能力Ics=36kA，短路接通能力Icm=75.6kA，各项短路参数都远大于需满足的额定参数，满足要求。6ATS双电源切换控制柜的设计ATS双电源切换控制柜是由双电源切换开关和双电源自动切换控制器为主要元件组成的控制设备，实现市电与发电通过ATS互投。双电源切换开关选用PC级三段式、四极开关。双电源自动切换控制器采用了微处理器技术，可精确地检测两路三相电压并在液晶屏上显示，对出现的电压异常（过压、欠压、缺相、过频、欠频）做出准确的判断，该控制器可直接用于PC级二段式、PC级三段式、CB级和CC级转换开关，设有RS485通讯接口，利用MODBUS协议，可实现遥控、遥信、遥测、遥调功能。ATS开关的供电电源由控制器智能控制供电，只要有一路电源正常就能保证ATS电源供电正常，使其能正常切换动作。双电源切换控制柜具备自动切换功能和强制切换功能。自动切换功能可设置优先级控制，即市电和发电都有电则优先切换至市电供电，若只有一侧有电，自动切换到有电一侧，以保证负载的供电。强制切换功能是自动切换功能失效后或者必要情况时通过远端发送指令强制切换，或者人工按键切换。7结语本文介绍的控制器选用的都是众智科技股份有限公司研发的产品，HGM9420N发电机组控制器和HAT700B双电源自动切换控制器，控制器功能全面，运行可靠，经过长期现场应用测试，市场反馈良好。（上接第2 6 页）82023年第2 期与车辆移动电源参考文献：1 H G M 942 0 N发电机组控制器用户手册2 0 2 1年V1.2.2 张白帆。低压成套开关设备的原理及其控制技术M3 版机械工业出版社2 0 2 0：3 6-3 7.3 H A T 7 0 0 B双电源自动切换控制器用户手册2 0 18年V1.5.作者简介：周昆仑（1991-）男，河南信阳人，郑州众智科技股份有限公司研发中心五部电气工程师，从事郑州众智科技股份有限公司电气开发工作。Design of Low-voltage Assemblies Set of Diesel Generator forOffshoreWindPowerBackupPower SupplyZHOU Kun-lun,WANG Lei,GAO Chang-sheng,XU Jin-xing(Zhengzhou Zhongzhi Technology Co.,LTD.,Zhengzhou450001,China)Abstract:This paper introduces an offshore wind power back-up power diesel generator set of low-voltage equipment designcase,is based on the intelligent diesel generator set,generator controller to realize automatic control based on intelligent dual powerswitch controller to realize the utility and power generation by ATS automatically cast,realized unattended,equipment to runautomatically,even during the typhoon,Still can start the generator set smoothly,avoid or reduce the cost and risk of manualmaintenance.Keywords:generator,control panel,controller,circuit breaker,ATS dual power switch原理的分析，给出了两种车辆通过四级公路单车道艰巨路段时的扫过宽和通过宽计算公式，并通过实例计算加以验证。车辆通过宽度与扫过宽度的计算方法，可以作为工程设计人员的计算参考，也可以作为车队指挥人员的参考。参考文献：1蒋潇，多轴车辆全轮转向系统动力学研究北京理工大学硕士学位论文，2 0 16.2李慧勇，张嘉翼等，载货车直角弯道通过性仿真研究.汽车科技，2 0 2 0.3陈思杨，特种超限车辆道路通过性研究武汉理工大学硕士学位论文，2 0 0 8.4屈求真，三轴汽车转向系统结构设计分析汽车研究与开发，1997.5王萍，李成刚，胡于进等，重型特种车辆多轴转向技术的优化设计专用汽车，2 0 0 5.作者简介：谢新锋（197 2-），男，研究员，主要从事地面设备供电系统研究与设计。Calculation Of Bend Trafficability Of Multi Axle Vehicles In DifficultRoad SectionsXIE Xin-feng,JIANG Meng-hui?,PU Fang-yuan,NIU Hui-en,WANG Ze-pu,WANG Jun-huil(1.Beijing Institute of Machinery and Equipment,Beijing100854,China;2.PLA Unit 94907,Nanchang330013,China)Abstract:This paper briefly introduces the steering principles of front axle steering vehicles and all wheel steering vehicles,andprovides the calculation methods of the sweeping width and passing width of two types of vehicles when they pass through the bendin the difficult section of single lane of class IV highway,and the calculation is verified by an example.The method provided in thispaper can be used as a reference to evaluate whether the vehicle can pass the bend of low-grade highway.Keywords:Vehicle,Bend,Sweepingwidth,Passingwidth