（电气工程专业论文）柴油发电机组自动控制系统的研究与运用.pdf

重庆大学工程硕士学位论文中文摘要 摘要 在火电厂中，柴油发电机组作为独立电源是一旦系统瓦解时，保证设备停运 的最后一道防线，保证控制系统的安全、可靠，是非常重要的 宜宾黄桷庄电厂柴油发电机组，于1 9 9 3 年投产，其控制回路采用继电器控 制，在曾经出现的厂用电终断事故中发挥了其应有的作用。但是，由于其逻辑控 制相对复杂，随时间推移机组因控制回路的先天不足，导致试验时故障频繁，试 起动成功率低。 可编程控制器( p l c ) 是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，在工业 生产中得到了广泛的应用，可编程控制器实现电厂柴油发电机组的控制，有很多 优点。这种控制方式自由度很高，硬件简单，抗干扰能力强。把程序存储在存储 器内，接线只限于与检测元件相连接，使硬件和接线简化，因而可靠性高、适应 性广。 本文针对宜宾黄桷庄电厂柴油发电机组控制回路出现的问题，以及继电器控 制回路的缺点，采用p l c 控制器对其控制回路进行改造。实现了基于p l c 平台的 火电厂应急保安电源自动化控制。 文章重点论述了自动化柴油发电机组的发展趋势，火电厂中柴油发电机组作 为应急保安电源的应用现状，以及整个控制系统的实现，涉及控制方案的选择、 硬件选型、软件程序实现、上位机组态监控画面设计和运行调试。 从投入运行的实际情况来看，p l c 实现的柴油发电机组控制系统，提高了柴 油发电机组启动成功率，并且维护方便，达到了的各项性能指标。 关键词：p l c ，柴油发电机组，自动控制 重庆大学工程硕士学位论文英文摘要 d i e s e lg e n e r a t o rs e t , a st h ei s o l a t e dp o w e rs u p p l y , i st h el a s tp r o t e c t i o nb a r r i e r w h e nt h es y s t e md i s i n t e g r a t e di nt h eh e a t e n g m ep l a n t t h e r e f o r e ，m a k et h ec o n t r o l s y s t e mo f d i e s e lg e n e r a t o rs e ts a f ea n dr e l i a b l ei sv e r yi m p o r t a n t 。 i n1 9 9 3 ，t h ed i e s e lg e n e r a t o rs e tw a sp u ti nt op r o d u c t i o ni ny ib i nh u a n gj u e z h u a n gp o w e rp l a n t i th a sm a d eg r e a ta c t i o nw h e nt h es e r v i c ep o w e rf a i l e d ， o fw h i c hd u e tp i l o ti sr c i a yf o r m h o w e v e rt h ec o n t r o li o # co ft h ed u c tp i l o tw a sv e r y c o m p l e x ，c o m b i n e dw i t ht h ei n n a t e n e s sd i s a d v a n t a g e ，t h es t a r tm i s s i o ns u c c e s sr a t e w a sv e r yl o w a n de r r o rh a p p e n e df r e q u e n t l y p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e ri sa l la u t o m a t i o nc o n t r o le q u i p m e n tb a s e do nt h e c o m p u t e rt e c h n o l o g y , w h i c hw i d e l yu s e di nt h ei n d u s t r i a lp r o d u c t i o n t h e r ea r em a n y m e r i t sa p p l y i n gt h ep l c0 nt h ed i e s e lg e n e r a t o rs e to ft h ep o w e rp l a n ts u c ha s c o n v e r t i b i l i t y , f e w e rh a r d w a r ea n ds t r o n g l ya n t i - i n t e r f e r e n c e t h ep r o g r a mi ss t o r e di n t h em e m o r yu n i tt h a to n l yn e e dt ow i r i n gt h ed e t e c t i n ge l e m e n t , w i t hh j i g hr e l i a b i l i t y a n dw i d ea d a p t a b i l i t y t h i sp a p e rs t a t e st h em o d i f i c a t i o nw o r k su s i n gp l co nt h ed u c tp i l o to fd i c s e l g e n e r a t o rs e t , r e f e r e n c e t ot h ee r r o ra n di n n a t e n e s sd r a w b a c k i tr e a l i z e st h e a u t o m a t i o nc o n t r o lo fe m e r g e n c yp o w e rs u p p l yb a s e do nt h ep r o g r a m m a b l el o g i c c o n t r o l l e r t h i sp a p e rm a j o rd e s c r i b e st h ed e v e l o pt r e n do fa u t o m a t i o nd i e s e lg e n e r a t o rs e t , a p p l i c a t i o nc o n d i t i o no fd i e s e lg e n e r a t o rs e ta se m e r g e n c yp o w e rs u p p l yi n t h e h e a t e n g i n ep l a n ta n dt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ew h o l ec o n t r o ls y s t e ms u c h a s s d c c t i n gt h ec o n t r o ls c h e m e ，c h o o s i n gt h eh a r d w a r e , d e s i g n i n gt h ep r o g r a ma n d m o n i t o r i n gp i c t u r eo nt h eh i g h l e v e lc o m p u t e ra n dd e b u g g i n gt h ep r o 鲥l m t h i ss y s t e mi m p r o v e st h es t a r tm i s s i o ns u c c e s sr a t e ，m a i n t e n a n c ei sc o n v e n i e n t , e v e r yp e r f o r m a n c ei n d e xm e e t st h ed e m a n d k 哪, o z d s ：p i c , d i e s e lg e n e r a t o rs e t , a u t o m a t i o nc o n t r o l n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重麽态堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：马移顿签字日期：z ，年胁月g 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重麽太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重庞太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：当毛，姒 签字日期：劢一年胁月髟日 导师签名：侄笆善 签字目期：上口。6 年皿月8 日 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 柴油发电机组概述 柴油发电机组是一种技术密集型的产品，涉及到内燃机、电机、自动控制等专 业的技术。随着国民经济的发展，在柴油发电机组需求量逐年增长的同时，对柴油 发电机组的功能、技术性能的要求也越来越高。 1 1 1 柴油发电机组的用途“瑚啪 柴油发电机组是一种用途非常广泛、地位十分重要的发电设备，它在国民经济 各部门中得到了普遍应用适用于市电不能到达的通信局站、矿区、林区、牧区 和国防工程等场合。能作为独立电源，提供照明电和动力电。在有市电供电的单 位或地区，当供电要求很高，不允许停电或需要尽快恢复供电的场合，如电厂、 高层建筑、车站、医院、宾馆和银行等，柴油发电机组可以作为应急备用电源， 一旦市电停电，能迅速提供稳定的交流电源。 在电厂中，柴油机发电机组的主要作用是当系统瓦解而造成厂用电终断时， 向汽轮机的盘车、顶轴油泵、交流润滑油泵、交流密封油泵等设备，提供事故电 源，以保证机组安全停运。 1 1 2 柴油发电机组的组成及特点 柴油发电机组是内燃发电机组的一种，由柴油机、三相交流同步发电机、控制 屏( 包括自动检测、控制及保护装置) 以及燃油箱、蓄电池等附件设备。 柴油发电机组的特点： 单机容量等级多 单机容量从几千瓦至几万千瓦，目前国产机组最大容量为几千千瓦，采用柴 油发电机组作为应急和备用电源时，可采用一台或多台机组，装机容量可根据实 际需要灵活配置。 热效率高、燃油消耗低 柴油机的有效热效率为3 0 - - 4 6 ，高压蒸汽轮机约2 0 - 4 0 ，燃气轮机约 2 0 一3 0 ，可以看出柴油机的有效热效率是比较高的，其燃油消耗较低。 起动迅速，并能很快达到全功率 柴油机的起动迅速，在应急状态下1 分钟内可以带到全负荷它的停机过程 也很短、可以频繁起停，适合作为应急发电机组或备用发电机组。 维护操作简单，所需操作人员少，在备用期间保养容易。 1 1 3 柴油发电机组的分类 柴油发电机组种类很多，按照发动机燃料可以分为柴油发电机组和符合燃料 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 柴油发电机组等；按照转速可以分为高，中、低速机组；按照适用条件可以分为 陆用( 固定或移动式) 、船用，挂车式及汽车式4 种类型：按用途可以分为应急、 备用和常用发电机组。 1 1 4 机组的主要技术指标m 嘲 电压整定范围 机组的空载电压整定范围为9 5 - - 1 0 5 ，保证机组在一定的负载下，输出电 缆末端仍具有正常的工作电压。 稳态电压调整率 稳态电压调整率是指机组在负载变化后的稳定电压相对机组在空载时整定电 压( 额定电压) 的偏差程度，用百分比表示。 稳态电压调率 曲! ! 型1 0 0 ( 1 1 ) 【， 式中：i _ - 空载整定电压( 额定电压) ，( 伏) u l 负载渐变后的稳定电压的最大值( 最小值) ，取三相线电压的平 均值，( 伏) 机组的电压波形 机组要求发电机的理想波形是正弦波，但实际发电机的感应电势中含有三次 及三次以上的高次谐波，因此发电机的电压波形会发生畸变，机组在空载额定电 压时的线电压波形正弦性畸变率不大于1 0 。 电压和频率的瞬态调整率 当突加或突减负载时，由于电枢反应等影响，发电机端电压和频率会发生突 然下降或升高的现象。 瞬态电压调整率是指机组负载突变时的瞬时变化电压与负载变化前后电压差 值与额定电压的比值，用百分比表示。 瞬态电压调整率： 岫警枷o ( 1 2 ) 式中：1 _ 撷定电压 iy ，一负载突变时的瞬时电压最大值和最小值 瞬态频率调整率是指机组在突加或突减负载时，机组的瞬时变化频率与负载 变化前的频率的差值和额定频率的比值，用百分比表示。 瞬态频率调整率： 2 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 配一华1 0 0 。a , 式中：f 额定频率 负载变化前的稳定频率 负载变化时的频率最大值和最小值 直接起动空载鼠笼异步电动机能力 ( 1 3 ) 1 2 自动化柴油发电机组的性能和分级 自动化柴油发电机组的主要任务是安全、可靠、经济的供电，保证供电的连续 性；根据市电和负载的情况，迅速启停机组，随时改变运行工作状况，保持频率 和电压等参数的稳定，准确而及时地处理各种机电故障。自动化机组采用各种控 制方式，不仅能确保发供电任务的完成，而且能提高供电的可靠性和经济性，改 善运行维护人员的工作条件。 1 2 1 自动化柴油发电机组的主要功能 根据我国g b t q 1 2 7 8 6 - - - 1 9 9 1 实现了远程监控 远程监控功能的实现，使运行人员对保安应急电源的管理更加方便、灵活， 能够及时发现控常8 系统出现的问题并快速检修。 ( 4 ) 低维护工作量和管理费用 由于硬件上原先大量的电磁继电器、电缆、桥架等材料取消，软件方面增加 了可靠的逻辑防误措施，在运行维护方面大大降低了劳动强度，减少了因器件损 坏而带来的管理费用。 从投入运行的实际情况来看，本应急柴油发电机保安电源控制系统的改造是 成功的。它显著降低了控制系统的故障率，并且维护方便，达到了工程改造要求 的各项性能指标，实现了基于p l c 平台的火电厂应急保安电源自动化控制，十分 值得在同类技术应用中大力推广 重庆大学工程硕士学位论文6 总结与展望 6 2 技术展望 由可编程控制器( p l c ) 为核心的控制系统在国内火电厂应急柴油发电机组控 制中的应用目前已经受到越来越多的关注，本文研究完成的柴油发电机监控系统 还需经过更长时间的检验。目前因技术手段还不完善，在以下几个方面功能还未 全面实现： 在柴油发电机组的改造中没有采用新型的励磁调节器和调速器。因此柴油 发电机的启动参数在短时间内不能稳定并投入工作，因此平均自投时间还有待于 进一步缩短。 在多台( 大于两台) 机组的大型火力发电厂里，有选择性的任意多台应急 柴油发电机组进行联合启动、自动并车功能还没有实现。 以上是实现火力发电厂监控系统智能化的关键所在，将是大型火电厂应急发 电机组控制系统发展中还亟待解决的问题，也是这项研究在日后需要更加深入探 索的地方 重庆大学工程硕士学位论文 致谢 致谢 本文的研究工作是在我的导师侯世英副教授的精心指导和悉心关怀下完成 的，在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着导师辛勤的汗水和心血。导师的 严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受的启迪。从尊敬的导师身 上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我 的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意 在多年的学习生活中，还得到了许多领导和老师的热情关心和帮助，这对论 文的完成起了很大的作用，在此，向他们表示衷心的感谢。 在日常学习中，我的师弟时文飞、万江等给予了我很大帮助，论文的写作过 程中他们给予我部分建议，在此深表感谢。 在此，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意i 最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授 马玉斌 2 0 0 6 年1 1 月于重庆 重庆大学硕士学位论文参考文献 参考文献 【1 1 袁春。张寿珍，柴油发电机组。北京，人民邮电出版社。第一版，2 0 0 3 2 - 1 0 【2 】陈东拣，从电力发展看柴油发电机组的前景【j ，移动电源与车辆，1 9 9 8 ，n o 1 ：3 9 【3 】张文试析柴油发电机组的前景 j 移动电源与车辆，1 9 9 8 ，n o 2 ：1 0 - 1 4 【q 许维达柴油发电机组的技术发展 j 内燃机工程，1 9 9 7 ，1 8 ( 2 ) ：卜7 【5 1 尧军奇，徐云，现代柴油发电机组原理、使用与维修，2 0 0 4 8 - 1 2 【6 】袁任光，林由娟，柴油发电机组与柴油机实用技术手册，2 0 0 6 2 4 7 3 0 0 m 柴魏、杨成林，自动化柴油发电机组产品市场综述。电器工业，2 0 0 3 ，n o 2 ：2 4 - 2 5 【8 】张植华，自备应急柴油发电机组的应用原则，大众用电，2 0 0 4 ，n o 9 ：3 3 - 3 4 【9 】1 3 5a 系列柴油发电机组使用保养说明书，1 6 2 4 【1 0 】李明，柴油发电机组的现状与反展综述，热力发电，2 0 0 3 ，n o 1 2 ：1 _ 4 【1 1 】罗胜钦，王月胜，侯芳城，柴油机和柴油发电机组远程集散控制系统的研究，内燃机学 报，2 0 0 2 。v 0 1 2 0 ，n o 2 ：1 4 9 - 1 5 2 【1 2 1 张天开，张晶明，柴油发电机组监控网络系统的设计及应用，电气传动，2 0 0 2 ，n o 4 ：4 2 - 4 4 【1 3 】廖常初，8 7 - 2 0 0p l c 编程及其应用，机械工业出版社，2 2 ，1 - 9 1 4 】廖常初，可编程序控制器应用技术，重庆大学出版社。第四版，2 0 0 2 ，2 - 1 0 【1 5 1 刘凯，周海，深入浅出s 7 3 0 0p l c ，北京航空航天大学出版社。第一版，2 0 0 4 f 1 6 廖常初，$ 7 - 3 0 0 d 0 0p i c 应用技术，机械工业出版社，第一版，2 0 0 5 3 9 【1 7 1 张进秋，陈永利，可编程控制器原理及应用实例，机械工业出版社，2 0 0 3 【1 8 】s l m e n sa gs i m a t i cs 7 2 0 0p r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e rs y s t e mm a n u a l 。2 0 0 0 【1 9 1 鲫m e n sa gs i m a t i cm i c r o c o m p u f i n gu s e rm a n u a l , 2 0 0 0 【2 0 】d ut o i lc h r i s t h ed e s i g n , d o c u m e n t a t i o na n dm a i n t e n a n c eo fp l cs o f t w a ，e l e c t r o n , 2 0 0 6 ， v 0 1 2 4 , n o 5 ：5 3 - 5 6 【2 1 】殷洪义，可编程控制器选择设计与维护，机械工业出版社2 0 0 3 1 2 9 1 3 4 【2 2 】王胜洪，孙晓静，谭坚，柴油发电机组p l c 控制装置，移动电源与车辆，1 9 9 9 ，n o 1 ：1 1 9 【2 3 】张天开，邵世广，p l e 在柴油发电机组监控系统中的应用，电工技术杂志，2 0 0 1 ，7 ：2 4 - 2 5 【2 4 】张金姣。陈钢，p l c 在柴油发电机组自动控制系统中的应用，湖北工学院学报，2 0 0 3 ， v 0 1 1 8 n o 4 ：2 9 - 3 1 【2 5 】黄福进。p l c 在电厂厂用电备自投系统中的应用，电力自动化设备，2 0 0 3 ，v 0 1 2 3 ，n o 1 1 ： 9 1 9 2 【2 6 】吴雷，s p e c r t r u m 应急柴油发电机组在火电厂的应用，电工技术杂志，2 0 0 3 ，n o 3 ：7 8 - 7 9 【2 7 】吴根忠，谢庆伟，潘东浩柴油发电机组的自动控制系统，机电工程，v 0 1 1 9 ，n o 5 ：9 - 1 1 2 8 】 l i m am u - l i n g , y a n g t i e - m e i 。p l c sa p p l i c a t i o n 缸a u t o m a t i o nd i e s e lg e n e r a t o rs e t s , p r o c e e d i n g s o ft h ei n t e r n a t i o n a lc o m p u t e r c o n g r e s s2 0 0 4o nw a v e l e ta n a l y s i sa n di ma p p l i c a t i o n s ，a n d a c t i v em e d i a t e c h n o l o g y ，2 0 0 4 ，p 1 0 2 1 9 2 5 2 9 】鱼逝；q i i 劲蟛t a n g , w e i h u a ；g a oy a l im o n i t o r i n gd i e s e l - e n g i n eg a n e r a t o e sw o r k i n g c o n d i t i o n s ，p r o c e 划i n g so ft h ei n t e m a t i o n a ls y m p o s i u mo nt e s ta n dm e a s u r e m e n t , 1 9 9 9 。 重庆大学硕士学位论文参考文献 p p 3 8 6 - 3 8 8 【3 0 】h a s h e m i a n h m 鱼；b8 画骂! ：k ；h d l e r c r , d e v e l o p m e n to f a l la u t o m a t e ds y s t e mf o r d i e s e lg e n e r a t o rp e r f o r m a n c em o n i t o r i n g ，i n s t r u m e n t a t i o n ，c o n t r o l ，a n da u t o m a t i o ni nt h e p o w e ri n d u s t r y , p r o e e e a i n g s , 1 9 9 5 , v 0 1 3 8 ，p p2 4 5 - 2 5 7 【3 1 】! q 。! 丝豳! l 鱼i 墨e x c i t a t i o nc o n t r o ls y s t e mo fl a r g ea n dm i d d l ed i e s e lg e n e r a t o rb a s e d p 比h u n a nd a x u ex u e b a o j o u m a lo fh u n a nu n i v e r s i t yn a t u r a ls c i e n c e s ，2 0 0 0 pv 0 1 2 7 ， n o 6 ：5 1 - 5 5 【3 2 1 娶g 垫d 地4 型立g ! 地匕d i e s e lg e n e r a t i o n c o n t r o ls y s t e mm o d e r n i z a t i o n ，c a n a d i a n c o n f e r e n c eo ne l e c t r i c a la n dc o m p u t e re n g i n e e r i n g , 1 9 9 b ，v 0 1 1 ，p p l 2 5 - 1 2 8 3 3 1 o o n z a l e z r a u la n db i b l ec a r l ，a p p l i c a t i o no fp l c sf o rn u c l e a rp l a n te m e r g e n c yl o a d s e q u e n c e r sc o n f e r e n c ep r o c e e d i n g s - i e e es o u t h e a s t c o n ，1 9 9 4 ，p p 2 1 7 - 2 2 1 3 4 】a n o n ，u n i q u ec o n t r o l sf o rs t a n d b yp o w e rs y s t e m , d i e s e lp r o g r e s se n g i n e s d r i v e s , v o i 6 0 , n o 1 1 ，1 9 9 4 ，p p l 0 - 1 4 【3 5 】b r e i d e n i e h , g ；! a 西堑丛；b a u m a n n e ：e n g e l m a v e r t h ，e m e r g e n c yd i e s e l ：s a f e t y - r e l a t e d i n s t r u m e n t a t i o na n dc o n t r o l 埘t hp r o g r a m m a b l el o g i cc o n b o l l e r sv g bp o w e r t e e h 2 0 0 4 , v 0 1 8 4 , n o 3 ，p p 6 6 - 6 9 t 3 6 】堑盏互芏垫g ；垫鲤；王趣蹦y a n tx i a o f a n r ，：z h a n 。, m i n g e h u e n m u l t i p l e - f a i l u r ep r o b a b i l i t y p r e d i c t i o no fe m e r g e n c yd i e s e lg e n e r a t o rg r o u l 幛a n dg e n e r a lk - o u t - o f - ns y s t e n 晦，i n t e r n a t i o n a l j o u r n a lo f r e l i a b i l i t y , q u a l i t ye n ds a f e t ye n g i n e e r i n g ，2 伽峨v 0 1 1 3 ，n o 4 ：3 1 1 - 3 2 2 【3 7 】m i r o s e v i c , m ；m a l j k o v i c ，乙；m i l k o v i c , m ；d i e s e l - 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