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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、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、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、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、结构复杂、维护调试困难、可靠性差,终没有得到用户的认可。
2、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、工艺落后、质量无法保证,所以这个阶段延续时间也较短。
3、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、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、电压等判断电路及供电电源、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,随着技术的飞速发展很快失去了优势。
4、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。
目前,我们已经处在第四个阶段十余年了,这种模式的生命力,随着技术的发展显示了越来越强大的生命力,可以说这种控制系统功能模块化就是柴油发电机组自动化控制的现状。
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柴油发电机组的电球构成和控制系统
电机按照其发生或需要的电能的性质可分为直流电机和交流电机;交流电机除变压器外,还可分为同步电机和异步电机。异步电机多作为电动机,作发电机用的非常少见。
柴油发电机组中常用的发电机为同步发电机,由定子、转子和电压调节器及辅助装置构成。
1.电枢组件
电枢由电枢铁芯和电枢绕组组成。电枢铁芯由导磁良好且彼此绝缘的薄硅钢片叠压而成,既可构成发电机的部分磁路,又可减小铁芯的涡流损耗、电枢硅钢片的内沿中央制有均匀的开口,许多硅钢片叠压后其内沿形成开口槽,用于安放电枢绕组。电枢绕组是由高强度漆包线统制而成,按照设计规律安放在电枢槽内并正确地连接起来,构成完整的单相或三相电枢绕组,用以产生交流电动势,向负载输出电能。
2.磁极
磁极由磁级铁芯和励磁绕组组成。磁极铁芯由导磁良好且彼此绝缘的薄硅钢片叠压而成、,在励磁电流的作用下产生主磁场、同时减小涡流损耗。励磁绕组由外涂高强度绝缘漆的铜导线集中统制在各个磁促上,然后将其正确地连接起来。当通入直流电流时,磁极被磁化,产生符合要求的主磁通和磁极极。其匝数由所要求的主磁通量和所选用的磁极铁芯的材料与截面积决定,导线的线径由额定励磁电流决定。
3.定子和转子
定子是交流发电机中固定不动的部分,可以是电枢,也可以是磁极。对于旋转磁极式发电机,其定子组件就是电枢组件;而对于旋转电枢式发电机,其定子组件则为磁极及其励磁绕组等组成的磁极组件,
转子是发电阻的旋转部分.可以是发电机的磁极,也可以是发电机的电抠。对于旋转磁极式同步交流发电机,转子部分通常由磁极铁芯、励磁绕组、转轴及附件组成。
4.电压调节器AVR
当发电机转速发生变化时,电压调节器可自动改变发电机励磁电流,确保输出电压恒定。常见的电压调节器有SX460型、SA465型、SX440型、SX421型、MX341型、MX321型等。
发电机控制系统
伴随着计算机技术的发展,柴油发电机组自动化技术日臻成熟。专业控制器采用未处理技术,以各种集成电路取代继电器控制及分立电子元器件组成的逻辑电路,直至发展成以专用控制器为核心的自动化系统。其总体来说具有成本低、性能高的特点。
柴油发电机组控制器具有检测和显示发电机各物理量的功能;进行发电机的启动、运行、停机、紧急停机等控制性操作;供电及负载检测与切换;机组保护;故障诊断;远程通信遥测、遥控等作用、增强了柴油发电机组运行的可靠性和人机交流方便性。常见的有DSE55O控制器、ACCESS4000控制器、TA3000控制器等。
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柴油发电机组发生故障拉缸了怎么处理
柴油发电机组拉缸故障的表现特征:
1、柴油发电机组发生拉缸后的外部特征是声音发生变化,排气冒黑烟。
2、活塞、活塞环及气缸套工作表面被破坏,气体密封失效,机油的消耗量及窜气量迅速增加,使发动机不能正常运转,甚至在很短的时间内,由于活塞、活塞环与缸套咬死而停车。
柴油发电机组拉缸故障的原因:
1、拉缸的主要原因实际上是活塞、活塞环与气缸套表明由于高温而‘熔接’拉伤,即活塞不与气缸套之间由于油膜中断产生干磨擦,炽热的磨擦热引起金属的显微熔化而粘着,并将附近的金属质点扯断。
2.柴油发电机组拉缸的根本的原因是油膜中断。根据气体密封的要求,活塞环与气缸套之间的间隙应尽可能小,这就使它们的润滑条件十分不利。当由于接触表面超负荷,使气缸套表面与活塞环工作面之间由于直接接触而剧烈磨擦,产生大量的磨擦热,使工作表面的温度急剧上升,其后果是两个磨擦表面熔接粘附而造成拉伤。
由此可见,供油状况不良,窜气严重,零件过大的接触应力破坏油膜,是造成拉缸的主要原因。除了润滑、配合间隙、零件制造质量外,使用不当也可能造成柴油发电机组拉缸故障,具体地说有如下几点:
1.活塞与气缸套配合间隙过小,或在正式带负荷工作以前没有经过良好的磨合。
2.润滑不良,如间隙小、机油稀或在装配时未涂油等。
3.柴油机过热。
4.装配时机体不清洁或活塞装得太死。
5.活塞及活塞环质量差。
从使用的角度讲,还要注意尽量避免突然增加负荷或紧急停车,起动前 用摇把将曲轴转动几圈,使磨擦表面保持一定的润滑油。
6.机组拉缸的表现油路、电路和气管密封性,供油不足是很常见的表现,电路的原因需要检查手动调速或者电子调速是否过高,密封性要检查气管卡箍是否密封良好。
柴油发电机组是机动性强的特色供电设备。因其使用基本不受场所的限制,且能够连续、稳定、地提供电能,因而被广泛地引用于应急供电设备。作为应急电源,在使用、管理方面有着特殊的要求,避免故障的发生,使供电的保障受影响,甚至导致整机的报废,造成重大的损失。本文以某单位采用的12V135AJZD高速柴油机配以上海电机(集团)公司革新电机厂生产的T2XU-250-4三相同步发电机作为应急电源,在使用过程中,出现严重“拉缸”、活塞烧熔等,导致整机报废的事故进行分析,探讨其故障的原因及避免再次发生此类故障现象的日常管理应注意的问题。
故障分析
上述现象是一起因拉缸导致柴油机报废的重大事故。从发动机的工作原理可知,引起柴油机产生“拉缸”的原因有很多,如:活塞—连杆组变形,发动机不完全燃烧或后燃,超负荷运转,冷却水温度过高,润滑油温度过高或压力过低等等。这些都可引起柴油机在工作过程中,使活塞与缸套之间因为缺乏一层润滑油膜的润滑作用而导致活塞(环)与缸套内壁的直接接触,在相对的运动过程中,接触的金属表面氧化层被磨掉后,金属原子间的吸引力大,且熔点又相对减低;加上在相对运动过程因摩檫产生大量的热量没有及时地被带走,引起极部高温,温度的积累达到一定的值,使两金属熔焊在一起。随着活塞上、下往复运动的撕(推)拉作用,使缸套上的材料比较薄弱部分出现细小裂纹,极少量润滑油的进入裂纹处后,由于活塞的推压,裂纹部分形成一个密闭的空间,油压剧增,裂纹进一步扩张深入,终可使裂纹透过缸套或是撕下金属碎屑。造成缸套冷却水漏入油底壳或引起润滑油滤器的堵塞等事故。另外,由于“拉缸”破坏了原有的活塞与缸套的配合间隙,使吸入的空气涡动效果变差,喷入燃油的雾化质量变差,引起后燃严重,且“拉缸”产生的热量没有及时散出去,缸内的温度上升过高,进而引起活塞头部的熔化、烧塌等现象。海锋柴油发电机组提供技术支持。
从上面分析可见,造成上述严重事故的根本原因是润滑不良引起的。该机润滑系统采用飞溅润滑的形式,其润滑油路是这样:润滑油从油底壳→粗滤器→润滑油泵→细滤器→冷却器,分三路:
(1)主轴承→连杆大端轴承→连杆→连杆小端轴承→活塞→油底壳;
(2)摇臂轴→凸轮轴→油底壳;
(3)蜗轮增压器,回油底壳。而引起润滑不良的原因有:润滑油的氧化粘度大),润滑油温度高,润滑油压力低或流量小等。因该柴油机发电机组不久前曾对发电机进行大修,同时更换润滑油,排除润滑油氧化导致粘度大,但在更换润滑油之前,没有对润滑系统进行清洗,使冷却效果变差是可能的。在试车过程中,从仪表板的指示值可知,润滑油的压力为3.2kg/cm2,而润滑油温度达到90~95℃、冷却水温度达到85℃左右,温度偏高,从量油孔可见明显的油气冒出(当时已发出警告并提出温度过高处理的处理意见),导致润滑油的润滑性能变差的原因是温度问题。
而润滑油冷却器的冷却介质是来自发动机冷却水箱的冷却水;冷却水箱采用风冷式,由发动机通过皮带轮带动风扇转动;发动机舱的通风条件差,发动机工作时,室内温度可达40℃以上。海锋柴油发电机组提供技术支持。正是由于周围冷却介质的温度高,润滑油冷却器脏,使润滑油冷却器的冷却效果变差,润滑油的温度偏高,粘度下降,油膜难于形成,运动副间的磨损加剧,磨掉的金属碎屑掉在油底壳中,被润滑油泵吸出,细小的金属碎屑随润滑油循环而增加磨料磨损,大颗粒的金属碎屑堵在滤器中,使进入系统的润滑油量大大下降,进一步加剧磨损,这就是为什么后来打开的润滑油细滤器中能发现大量金属碎屑。终润滑油滤器的全堵塞,造成断油,运动副的摩擦热来不及带走,使主轴承熔化、拉缸等事故。导致柴油机突然停机。
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