康明斯对柴油发电机组并列运转的探讨

摘要：随着独立电力系统的不断发展，在特殊工况领域中多台柴发机组并联运转的供电模式受到广泛应用。因为备用型柴发机组存在并车系统扩容和不同工厂、不一样容量、不同规格并列问题，以及供电装置中并车使用频繁且对可靠性及稳定性要求过高，因此探求多台发电机组并联运转的现实意义凸显。

    随着社会时代信息化、数据化的进程，跟多的企业关注企业数据库的建立和网络信息的互联，参数中心的建设在进几年的需求呈井喷状发展，早今年的数据中心建设的规模建设相对较小，多数早期建设数据中心的备用电源系统呈现扩容需求。而参数中心大型化、集中化是目前数据中心建设的趋势，且10kV备用发电机组的运用在各数据中心的操作日趋广泛，并机系统终期容量相对较大，容量范围在10000kW～30000kW之间，若建设初期投入较多的发电机组，对参数中心的初步投资成本难以控制，同时数据中心的成本销售期也相对加大，故通常建设均是前期不认投入，待需求增加后再行发电机组扩容。从上述可以看出，备用发电机组的扩容是所遇数据中心建设发展中都面临的问题。

    备载发电机组并联装置扩容通常采用与原有发电机组同规格、同功率的发电机组进行扩容，对后期设备采购的成本难以实现较佳性价比，而不一样授权厂商，不一样规格，不一样容量的发电机组扩容在理论上完全可行，但是对于主要的工程实践使用还是在试探阶段，在电信行业特别是大型数据中心的备载发电机组并车装置扩容措施中不曾采纳实施过。

某数据中心建设中面临了10kV备载发电机组的扩容问题，在对装备进行招标采购之前，对并机系统情形及并列措施进行了探求和对比。

    某数据中心一套10kV备载发电机组并机装置先接入5台康明斯备载高压发电机组供电系统，装置包含5台2000kW/10kV发电机组、并车分配屏、发电机组控制器、起动电池等，构造一套并列系统，并列操作系统装配于动力保养室装置输出**压油机供电系统，装置终期功率按8台发电机组16000kW布置。发电机组的HGM9510控制面板分三种作业模式：自动模式、手动模式和停止模式

    目前部分油机OEM主机厂可以实现不同工厂、不一样容量的发电机组在同一供电装置并机工作，作业程序通常有以下几种：

（1）第三方制造并车控制柜，即将所有不同销售中心、功率的发电机组的输出信号接入并列柜，并车柜中的控制界面采集所有发电机组的运行情况，当满足并列要求时，实现多台不一样授权厂商、不同功率发电机组的并列；

（2）柴发销售中心自带控制器，通过追踪已有发电机组的运行情况，当满足并联要求时，将新增发电机组接入原有并联系统，实现多台不同服务商、不一样容量发电机组的并车。

    不一样服务商、型号容量发电机组并联较关键的问题是服务中心控制器的互联互通问题。原有发电机组的关键图纸资料不全，现场电缆的标识褪色模糊，只有对原来的控制信号逐一梳理清楚后，才能在不危害原来发电机组待机的情形下进行升级改造。并列发电机组之间较为关键的负载分配信号，也只能通过现场检测收集。参数中心对并联装置并列成功输出的时间要求严格，控制在90s内，也是不同OEM主机厂油机系统并列的难题。

    康明斯选购和原有发电机组相同的并联控制系统，但是软件版本不一样，是相对保守和成功可靠性较高的步骤。事实远比想像复杂，在并联系统扩容建设流程中，探求的问题往往涵盖不了产生的问题，故而康明斯的问题和清除方法成为较宝贵的工程经验。

    并机发电机组之间较为关键的负荷分配信号，也只能通过现场测定收集，形成一条功率和控制电压的关系曲线，再输入到康明斯的智能控制系统进行解决，经过现场空载和实载等各种工况的测试验证，已经达到无缝兼容的实际效果，并且十分稳定流畅。

    因为康明斯的HGM9510控制面板过程，触摸屏源步骤和包含参数地址的MODBUS通讯协议已无法获得，只能采用串口步骤现场调测参数，一个参数包，一个数据地进行验证，出现过个别数据格式不符，乱码，数据丢包的现状，甚至还偶尔发生触摸屏死机需要重启复位的情况，经过改良和测试康明斯发电机，系统才逐步趋向完美，达到目前的运行稳定。

    通过对接地电阻的控制优化以及控制装置相关无功控制数据的优化，减少了接地环流，提供了发电机组运行和供电装置的稳定性。

    原有装置中性点接地电阻的控制逻辑是与输出高压断路器的合闸、分闸控制信号是联动的，即只要发电机组一合闸，其配套的接地电阻也是同时跟随合闸的，这样势必在多台发电机组并联运转时，相应台数的发电机组的接地电阻都是同时合闸的，通过接地电阻，所有运转发电机组的中性点实际上就相互导通，并车接在一起了，容易发生环流引起误报警跳闸，甚至造成发电机组故障，危害装置稳定运转，也是发电机授权厂商所明令禁止的。

     通过增加PLC可编程逻辑操作系统硬件，优化接地电阻合闸过程，高压断路器的合闸控制信号不再同时给接地电阻去控制其合闸，而是将所有断路器的合闸位置反馈信号输入PLC可编程逻辑控制系统里面，经过逻辑解决完成后，再去控制相应运行发电机组的接地电阻合闸，这样确保不管多少台发电机组在并机合闸运转，系统里面始终只有一台接地电阻是合闸的，如果合闸位置的那台接地电阻对应的发电机组停机，则接地电阻会同时分闸，并自动合上正在运行且合闸的发电机组对应的接地电阻，完成接地电阻的同步转换。

    康明斯柴油发电机采用的是电子速度控制器，扩容的10kV后备发电机组采用的是高压共轨电喷ECU管理装置，二者由于调速装置程序不一样，不能直接握手通讯，为了满足数据中心项目高比例非线性负载频繁大幅变化对调速装置快速响应的要求，采用了国际上运用较广泛的现场总线-高速CANBUS控制面板局域网网络进行控制系统间的并联参数传输，并且优化调速板本身的PID闭环控制动态参数，达到了理想效果。

    通常高压开关柜授权厂商都规划了比较完善的“五防”即：防范带负荷合闸、防范带接地线合闸、避免误入带电间隔、防范带电挂接地线、防范带负荷拉刀闸。

    以上关于出线柜是没有问题的，但是用于10kV后备发电机组供电系统接入柜时，即高压开关柜的接地开关在位置上位于高压开关柜较下面康明斯柴油发电机故障代码，在电路逻辑上处于可以供应应急10kV高压动力电源的电源端，如果在高压开关柜接地开关处于合闸状态时，柴油发电机组起动回路没有被闭锁，产生起动并发电的情况，将造成发电机的动力输出直接通过接地开关短接，更为严重的是因为在发电机和接地开关之间没有断路器进行保护，后果将不堪设想。

    通过完善控制回路，实现当接地开关处于合闸位置即装置接地时，发电机组无法开机运转，如果正在运转的发电机组检测到接地开关状态变换到合闸，也会立即保护停机，杜绝带接地开关起动运行的可能。

    由于发电机组并联装置较多支持32台并列，并联的方式是接到起动信号，同时启动，谁较先稳定谁即作为首台发电机组，立即合闸到无压母排，后续发电机组采取同时与母排电压即首台合闸发电机组的电压信号进行跟踪同步的方式进行同步控制，理论上增加3台发电机组不会增加并机所需要的时间。这个优于并联时间迭加的传统的排队并车模式。

    通过现场调试及数据优化，并通过反复并车测试，改造后8台发电机组总的并联时间比原来5台并联的时间还要短。

    考虑到扩容3台发电机组是先进的高压共轨电喷发电机组，通过柴油发电机机带电脑板ECU，发电机微解决器数字式调压器BE2000E和控制屏RS485通讯所能够供应的数据要比原来5台发电机组的多得多，为了运行值班人员全面掌握领会实时运行参数，在触摸屏界面增加了大量实时监控数据比如发电机三相定子绕组的实时温度显示，柴油发电机的进气压力，增压压力和温度，中冷器水温和压力等等监测数据。

    在项目实施步骤中，由于前面5台已经作为后备电源在网待机，申请进行改造及测试的时间窗口非常有限，凡是需要动到原来5台发电机组监控系统的时候都面临不少风险，因此系统性的策划和事无巨细的实施办法编制显得尤为重要，为了**实施的安全性，举措实施前准备了极为细致的书面办法，并采用实物或者现场演示等步骤向相关各方进行演示说明。主要说明各时间节点需要哪些相关方面配合到场，顺利与失败的各种应对方案，比如怎么恢复出厂设置，恢复未整改前的初始状态，需要准备什么预案来**参数中心的供电**等等。

    原来百叶窗控制是分手动及自动二种模式，在自动模式下，百叶窗的开窗和关窗受控制系统的干触点自动控制，完全无须人工干预，在手动模式下，百叶窗的开窗和关窗都是通过百叶窗控制箱上面的开窗和关窗选用开关实现的，同时百叶窗与发电机组间存在联锁作用，不管处于自动或者手动模式，当百叶窗发生故障，未能在开机前开窗和运行流程中突然关窗，发电机组均会自动联锁停机，以避免发电机组闷死或者机房发生负压破坏降噪箱的情况产生。

    在触摸屏上通过RS485和MODBUS通讯实现开机时，由于控制百叶窗开窗的继电器是受开关柜来的干接点硬接线的起动信号控制的，该外部启动信号没有的话东风康明斯柴油发电机组，则百叶窗开窗控制继电器不会得电动作，因此百叶窗也不会自动开窗，需要值班人员在使用触摸屏之前去机房将百叶窗控制模式切换到手动模式，并通过百叶窗控制箱上的手动开窗按钮进行手动开窗，要彻底解决此问题，需要所有发电机组的控制屏与百叶窗相关的线路重新接线并敷设新控制电缆，连接发电机组控制箱和百叶窗控制箱。这也是下一步要进行的作业。

    从系统运行可行性的前期研讨和装备安装后的现场问题详述，可见不一样厂家、不一样规格、不一样功率的后备发电机组并车扩容已经不是一个难题，是完全可以在工程实践中运用的，当然不一样实例出线的问题不尽相同，在工程中尽量收集可能收集的参数，做好各种应急备案才是每个新工程、新实践能够成功的依据。