康明斯对柴油发电机组并机运行的探讨

摘要：随着独立电力装置的不断发展，在特殊工况领域中多台柴油发电机组并机运行的供电模式受到广泛运用。由于备载型康明斯发电机组存在并车装置扩容和不一样服务站、不同容量、不一样型号并联问题，以及供电系统中并车使用频繁且对可靠性及稳定性要求较高，因此探讨多台发电机组并列运行的现实意义凸显。

随着社会时代信息化、参数化的进程，跟多的企业关注企业参数库的建立和网络信息的互联，数据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后备发电机组的应用在各参数中心的使用日趋广泛，并机系统终期容量相对较大，功率范围在10000kW～30000kW之间，若建设初期投入较多的发电机组，对数据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，故一般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参数中心建设发展中都面临的问题。

备载发电机组并联系统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，对后期装备采购的成本难以实现较佳性价比，而不一样服务站，不一样类型，不一样功率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用发电机组并列系统扩容办法中不曾采纳实施过。

某参数中心建设中面临了10kV后备发电机组的扩容问题，在对装置进行招标采购之前，对并列装置状况及并联办法进行了讨论和对比。

某数据中心一套10kV后备发电机组并列装置先接入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、发电机组控制系统、起动电池等，结构一套并机装置，并列控制屏安装于动力维保室系统输出**压油机供电装置，系统终期容量按8台发电机组16000kW设计。发电机组的HGM9510操作系统分三种作业模式：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服务商、不同容量的发电机组在同一供电装置并车工作，工作程序通常有以下几种：

（1）第三方制造并车控制柜，即将所有不同授权厂商、功率的发电机组的输出信号接入并联柜，并联柜中的控制模块采集所有发电机组的运行情形，当满足并列要求时，实现多台不一样服务中心、不同容量发电机组的并列；

（2）柴发服务中心自带控制界面，通过追踪已有发电机组的运行状况，当满足并车要求时，将新增发电机组接入原有并机系统，实现多台不一样公司、不同功率发电机组的并车。

不同工厂、型号容量发电机组并机较关键的问题是公司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况下进行升级整改。并列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。参数中心对并联装置并机成功输出的时间要求严格，控制在90s内，也是不同代理商油机系统并车的难题。

康明斯选定和原有发电机组相同的并车控制装置，但是软件版本不一样，是相对保守和成功可靠性偏高的方式。事实远比想像复杂，在并车系统扩容建设过程中，研究的问题往往涵盖不了出现的问题，于是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载分配信号，也只能通过现场测定收集，形成一条容量和控制电压的关系曲线，再输入到康明斯的智能控制装置进行消除，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控制屏流程，触摸屏源程序和包含参数地址的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，一个参数地进行验证，出现过个别参数格式不符，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形，经过改善和测试，装置才逐步趋向完美，达到目前的运转稳定。

通过对接地电阻的控制优化以及控制系统相关无功控制参数的优化，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。

原有系统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车运行时，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，并列接在一起了，容易发生环流导致误报警跳闸，甚至造成发电机组损坏，危害装置稳定运转，也是发电机OEM主机厂所明令禁止的。

通过增加PLC可编程逻辑操作界面硬件，优化接地电阻合闸步骤，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可编程逻辑控制模块里面，经过逻辑排查完成后，再去控制相应运转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，装置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调速器，扩容的10kV备载发电机组采用的是高压共轨电控ECU管理装置，二者由于调速装置程序不同，无法直接握手通讯，为了满足数据中心项目高比例非线性负荷频繁大幅变化对调速装置快速响应的要求，采用了国际上应用较广泛的现场总线-高速CaNBUS控制界面局域网网络进行监控系统间的并列参数传输，并且优化速度控制器本身的PID闭环控制动态数据，达到了理想效果。

通常高压开关柜代理商都规划了比较完善的“五防”即：预防带负荷合闸、预防带接地线合闸、防范误入带电间隔、预防带电挂接地线、预防带负载拉刀闸。

以上针对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，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，康明斯发电机组起动回路没有被闭锁，产生启动并发电的情形，将造成发电机的动力输出直接通过接地开关短接，更为严重的是由于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转的可能。

因为发电机组并机装置较多支持32台并列，并联的方法是接到起动信号，同时起动，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程序进行同步控制，理论上增加3台发电机组不会增加并车所需要的时间。这个优于并机时间叠加的传统的排队并联模式。

通过现场调试及参数优化，并通过反复并车测试，改造后8台发电机组总的并车时间比原来5台并列的时间还要短。

考虑到扩容3台发电机组是领先的高压共轨电喷发电机组，通过柴油发电机机带电脑板ECM，发电机微排查器数字式调压器BE2000E和控制器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知晓实时运转参数，在触摸屏界面增加了大量实时监控参数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，因为前面5台已经作为后备电源在网待机，申请进行整改及测试的时间窗口非常有限，凡是需要动到原来5台发电机组控制器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方案编制显得尤为重要，为了**实施的安全性，措施实施前准备了极为细致的书面方案，并采用实物或者现场演示等方法向相关各方进行演示说明。具体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办法，比如怎么恢复出厂设置，恢复未改造前的初始状态，需要准备什么预案来**数据中心的供电**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面板的干触点自动控制，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，当百叶窗发生损坏，未能在开机前开窗和运转过程中突然关窗，发电机组均会自动联锁停机，以防范发电机组闷死或者机房发生负压破坏降噪箱的状况发生。

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启动信号控制的，该外部起动信号没有的话，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，需要值班人员在操作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，要彻底解除此问题，需要所有发电机组的监控系统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。

从系统运转可行性的前期研究和装置安装后的现场问题解析，可见不一样公司、不同规格、不同功率的备用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，当然不一样案例出线的问题不尽相同，在工程中尽量收集可能收集的数据，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。