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      基于PLC技術的柴油發電機控制系統設計與應用

      發布時間:2012-07-13 閱讀次數:640

        柴油發電機是火電廠一種常用后備供電設備[1],某電廠#1柴油發電機組以兩臺300MW機組提供后備電源,原控制回路采用繼電器控制方式,存在接線復雜、靈活性差、響應周期長、運行可靠性低、故障率高等缺點,且系統已老化,給電廠正常運行和事故檢修帶來困難;控制系統已經不能滿足現代大中型火力發電機組對控制系統自動化程度和可靠性的要求。
        設計了一種以西門子S7-400H PLC為核心的控制系統。系統具有編程方便、易于使用、維護和擴展方便等優點。應用PROFIBUS總線技術使系統具備遠程通信功能,柴油發電機運行狀態實時送入集控室,實現遠程監視、診斷、在線操作和調試功能。使后備供電設備更加安全可靠,同時,提高了系統的測、控、管一體化水平。
        2 柴油發電機系統組成及要求 
        2.1 系統結構組成 柴油發電機為單元制布置,每兩臺300MW機組配置一個單元系統。 
        柴油發電機組由主機系統、燃油系統、啟動系統、勵磁調節系統、電氣饋線屏、測量控制裝置等六部分組成。主機系統包括發電機、發動機及附屬設備。燃油系統包括燃油箱、燃油控制閥,為柴油發電機提供柴油,并控制燃油流量。啟動系統包括24VDC充電機、蓄電池和啟動電機,因柴油發電機組采用電啟動方式,以全密封免維護閥控鉛酸蓄電池為電源,其容量需能滿足連續啟動15次。勵磁調節系統包括自動電壓調節器,用于調節發電機出口電壓。電氣饋線屏包括發電機出口斷路器、饋線屏和連至各段保安段饋線刀閘,用來控制發電機出口至保安段線路。
        2.2 柴油發電機工作流程 柴油發電機的工作流程分為3個階段。①啟動階段:為保證柴油發電機組自啟動快速性和成功率,保證柴油發電機組正常處于熱態,采取對柴油發電機組冷卻水預加熱手段。當保安段的運行主電源(工作段)出現異常或保安段電源開關誤跳閘,電氣控制系統(ECS)發出柴油機啟動命令。電機開始帶動柴油發電機運行,同時打開燃油控制閥,柴油發電機升速運行直至額定轉速1450r/min。ECS系統發勵磁投入指令,自動電壓調節器開始調節柴油發電機的電壓直至額定電壓。10秒內完成一次啟動,60秒內實現一個自啟動循環(即三次啟動)。若自啟動連續三次失敗,則發出停機信號,并閉鎖自啟動回路。柴油發電機組自啟動成功的定義是: 柴油發電機組在額定轉速,發電機在額定電壓下穩定運行2~3秒,并具備首次加載條件。②帶負載運行階段:自啟動成功后,保安負荷分兩級投入,待柴油機組符合并列條件后,控制器發出合閘出口斷路器QF命令,并利用QF輔助接點聯鎖合上#1機組的出口刀閘K1和#2機組的出口刀閘K3,柴油發電機開始帶保安A段負荷運行。柴油發電機組接到起動指令后10秒內發出首次加載指令,允許首次加載不小于50%額定容量的負載(感性)。在首次加載,轉自[星論文網]www.starlunwen.net后5秒內再次發出加載指令,允許加載至滿負載(感性)運行,此時合上#1機組出口刀閘K2和#2機組出口刀閘K4。至此,柴油發電機組已帶滿負載運行。系統測量控制裝置對柴油發電機的各項參數(如燃油壓力、柴油發電機轉速等)進行監控,遇到異常工況則轉入停機階段。③停機階段:當工作段恢復正常且保安段電源開關狀態恢復正常后,或者柴油發電機組運行出現異常,ECS發出柴油機跳機指令,同時閉鎖燃油控制閥開指令。合上工作電源開關K5(K6),根據設定程序進行柴油機負荷轉移后,發出跳開出口開關QF命令。跳開QF的同時,QF常閉接點聯跳K1、K2和K3、K4開關。因柴油發電機不可帶負載停機,所以,卸載后需空載運行3分鐘,使其進入怠速停機狀態。3分鐘后,柴油發電機停止運行進入熱備用狀態。
        2.3 柴油發電機組的性能及結構要求 ①運行要求:柴油發電機組可在連續1000kW下運行100小時。可通過運行選擇開關來選擇柴油發電機組運行狀態。開關有&ldquo;自動(試驗)&rdquo;、&ldquo;手動&rdquo;和&ldquo;零位&rdquo;三個位置。正常時處于準起動狀態即&ldquo;自動&rdquo;狀態。自啟動時間<10秒。②起動要求:為保證柴油發電機組自起動快速性和成功率,且正常時能處于熱態,對機組冷卻水采取預加熱手段。機組為電起動方式,電源采用全密封免維護閥控鉛酸蓄電池(容量400AH),其浮充裝置具備小電源浮充和快速充電的雙速自動充電功能。③機組起動過程:當保安段運行主電源(保安段上一級母線)出現異常或電源開關誤跳閘時,FECS系統先對備用電源進行檢測和判斷,若電源正常,則先發出電源切換命令;若電源異常或開關拒動,則由FECS系統發出啟動柴油機命令。待符合并列運行條件后,發出合出口開關命令,QF合上。利用QF輔助接點聯鎖合上#1機組的K1、K2和#2機組的K3、K4開關,由柴油機帶保安A和B段負荷。④機組跳機過程:當保安段運行主電源(保安段上一級母線)恢復正常且保安段電源開關狀態恢復正常后,通過手動啟動柴油機跳機程序,合上工作電源開關K5(K6),由設定程序實現柴油機負荷轉移,發出跳開QF命令,QF跳開。QF的常閉接點聯跳K1、K2和K3、K4開關。⑤正常維護開機過程:此時#1、#2機組保安段A和B都帶電,如要試機,手動發出柴油機起動命令,待柴油機組符合并列條件后,發出合QF命令,然后手動同期合上K1、K2或K3、K4開關,讓柴油機組帶保安段負荷。
        3 控制系統硬件組成 
        柴油發電機后備電源,對系統可靠性要求較高,若不能及時為兩臺發電機組保安段提供電源,將造成主機設備損壞和重大經濟損失。為此,PLC采用雙機熱備配置。采用&ldquo;熱備用&rdquo;模式的主動原理來配置兩套完全相同的系統。無故障時,主模塊負責程序處理,備用模塊負責監控主模塊運行狀態。當主模塊故障時,備用模塊能無擾地自動切換。以工控機為上位機,經通信模塊CP與CPU模塊的MPI接口相連,形成&ldquo;PLC 上位機&rdquo;控制系統。控制系統硬件結構如圖1所示。
        3.1 PLC硬件配置 使用Rack0和Rack1兩個分區的UR2H機架,各分9槽,有CPU414-4H和PS407電源各一塊,經光纖實現冗余。以單通道切換方式配置I/O模塊,通過PROFIBUS-DP網絡訪問I/O模塊(見圖2),采用分布式I/O模塊ET200M,包括三塊SM321和三塊SM322及兩塊SM331。具有開關量輸入40點、輸出39點和12路模擬量輸入。
        4 系統軟件設計及其實現的功能 
        本文只對系統軟件環境和編程思路進行說明。以STEP7 V5.3 SP2為PLC軟件系統平臺,對柴油發電機的特性曲線進行分析,仿真出其運行曲線,針對曲線編程,實現平滑運行和輸出穩定。系統具有自起動、自動調節、自動控制、模擬試驗等功能。
        5 結束語 
        提出的基于PLC技術的柴油發電機組控制系統,已應用到我省的火電廠中,運行表明,硬件簡單,技術經濟指標好,可靠性高。程序稍作修改,就可以滿足用戶不同的控制要求,具有一定的實用性和通用性。在機房無人值守的條件下能保證系統可靠運行。
       
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