并网无缝切换控制器在ERTG柴油发电机组的应用

厦门集装箱码头集团有限公司　陈跃山



并网无缝切换控制器在ERTG柴油发电机组的应用

厦门集装箱码头集团有限公司陈跃山

该文介绍“油改电”轮胎式龙门吊（简称“ERTG”）在推广使用时产生的问题。通过ERTG无缝切换电源的使用，解决柴电和市电转换过程中整机断电换电这个重要环节的问题，大大提高了ERTG生产作业的效率。

油改电 无缝切换 并网控制

1　概述

为了响应政府节能减排号召，港口企业在硬件上加大资金投入，建立大型龙门吊油改电堆场，架设通电低架移动滑触线等低碳环保的作业方式。厦门港、盐田港、青岛港等一大批大型港区的 RTG采用移动滑触线供电方式的“油改电”项目，解决了柴油机废气排放污染问题，且运行成本可下降60%，噪音下降50%以上，经济效益和社会效益十分显著。

2　问题的提出与解决

2.1问题分析

厦门集装箱码头集团海润码头RTG“油改电改造”项目是在原RTG柴油发电机组供电基础上增加市电供电系统，实现以电力拖动和柴油驱动两用的功能。采用低架移动滑触线供电方式，采用交流低架滑触线+集电小车（自动切合）的布置方式，当 ERTG 在箱区作业时，关闭柴油发电机组，所需动力由专门设计的集电装置将市电从滑触线输送到ERTG，ERTG 沿滑触线移动，实现对整个箱区的工作覆盖。当ERTG 需转场到另一箱区作业时，则改由柴油发电机组供电并实现转场。转到指定堆场后，柴油发电机组停止工作，工作动力重新切换为由市电供电。低空滑触线的缺点是滑触线在堆场两箱之间不连续，RTG需启动柴油机后到插拔插头后重新上电，造成了电源的中断、不连续，使得整机断电，RTG的电气系统启动停止时间将延长。比如SIMATIC S7-300 的PLC主站与各远程模块站重新建立通讯需要时间，设备照明用的高压钠灯重新完全点亮至少需要15分钟，而且电源的切断重送将大大缩减照明系统电子整流器的寿命，频繁的断电通电使对讲机系统中断，使设备上的电气部件如接触器、变压器、电源的寿命缩减。

2.2问题的解决

起初我们使用 SANTAK的 UPS，在驾驶室安装一台UPS电源给对讲机系统和无线终端供电，在电气房装一台UPS电源供电给PLC CPU通讯模块，使设备在换场时保持电源不断。UPS的电池使用寿命为3～5年，如果发现状况不佳，则必须提前更换。使用UPS电源线路改造比较简单，但UPS电池寿命的因素影响了设备的稳定性，增加了后期设备和人工的维护成本。

为了提高设备可靠性，可采用并网无缝切换控制器方式进行改造。我们选用深海DSE8620单台机组和市电并网控制模块。DSE8620 控制器允许操作员在驾驶室启动和停止发动机，可通过发电机面板上的按钮或自动将负载切换至发电机。利用内置同步、电压匹配和并网功能，控制器能够以软加载/软卸载方式与市电并网。控制器内包含同步和负载分配功能。并网控制器的原理是通过对柴油发电机的电压、频率和相位角控制实现发电机组合市电的并联，通过对控制柴油发电机组远程启动和停止实现负载转移，对 ERTG系统两种电源接触器进行控制，进而实现无缝切换。并机前需要做好以下准备工作：

（1）检查蓄电池电量是否充足，以保证“启动马达”启动，进而启动发动机。

（2）检查发动机的柴油、机油、水是否正常。

（3）启动发动机之前，通过手动喷油阀把喷油泵内的空气除去，以保证发动机顺利启动。

（4）依照电路图，检查控制器和外围的接线是否正确，避免接错线；重点检查控制器到调速板、AVR 板和机组之间的通讯线（用屏蔽线），并确保屏蔽线完全接地。

（5）检查电动开关的接线，并观察电动开关运作是否正常。

（6）检查控制器的接地是否良好（接到发动机壳体上）。（7）将设置好的程序写入控制器。

（8）手动启动发动机，发动机运转正常后，调好转速和电压。

（9）通过调节软件，确认控制器可以正常调节转速和电压。

（10）通过手动合闸或分闸，来确认控制器可以正常控制分合闸。

（11）并机之前，要保证单机运转正常，调节好发动机的增益和稳定性。

（12）手动带载后，看发动机运转是否正常。

（13）手动并机调试正常后，方可考虑自动并机。

并机调试需要注意的问题有：以厦门港海润码头ERTG为例，首先要在DSE软件里进行调速板控制，我们码头 ERTG使用的发动机是CumminsKTA-19G4型柴油机，发动机的额定频率是50Hz，使用的是Cummins EFC 电子调速板。Cummins EFC电子调速板需要自行准备120kΩ的电阻用于调速。发动机频率的调整范围在5%之间，其目的是让控制器在找同步点时，速度的调整范围相对比较宽（适用于不同的发动机并机）。先把频率增加5%，达到52.5Hz，然后把频率52.5Hz 写入控制器，同时手动启动发动机，并且按下合闸按钮，此时的Governor Analogue应该是80.6%，如果不是80.6%，需通过调节SW2 的值，直至Governor Analogue 达到80.6%为止。再把频率减少5%，达到47.5Hz。然后把频率47.5Hz 写入控制器，同时手动启动发动机，并且按下合闸按钮，此时的Governor Analogue应为-79.0%，如果不是-79.0%，需通过调节SW2的值，直至Governor Analogue 达到-79.0%为止。完成以上调整发动机频率的步骤后，需把额定频率重新写入控制器。调速板调好了进行AVR控制，斯坦福（stamford）同步交流发电机使用NEWAGE MX321自动调压器AVR，AVR包含有过压保护功能，对发电机主绕组的电压进行监测，并且通过控制励磁电路使发电机输出电压稳定在指定的范围内，同时还根据发电机的负荷、转速、温度和功率因数等要素做出修正。而三相RMS检测能够提供更准确的电压调整。让AVR电压的调整范围在±10%之间，目的是让控制器在找同步点时，电压的调整范围相对比较宽（适用于不同的发电机并机）。

发电机的额定电压是400V，先把电压增加10%，调整为440V，然后把电压440V写入控制器，同时手动启动发动机，并且按下合闸按钮，此时的 AVR Analogue为80.6%，如果不是80.6%，增大或减小SW2的值，直至AVR Analogue 调整为80.6%为止，然后电压减少10%，调整为360V，把电压360V写入控制器，同时手动启动发动机，并且按下合闸按钮，此时的AVR Analogue应为-79.0%，如果不是-79.0%，增大或减小SW2的值，直至AVR Analogue调整到-79.0%为止，完成以上调整发电机电压的步骤后，需把额定电压重新写入控制器。

第二步，检查电流互感器安装位置并检查接线，检查目的是避免电流互感器上的S1、S2接线错误，导致控制器分配负载不准确。 因为相电流互感器的接线错误，将导致功率因数和有用功率读数错误，所以电流互感器安装位置正确和接线正确对并机成功非常重要。

第三步，检查电流，多台机器之间MSC通讯，检查首控制器MSC通讯端口H和L之间是否接了120Ω电阻；检查尾控制器MSC通讯端口H和L之间是否接了120Ω电阻。

最后是同步检查，检查连线和相序。在并机之前，要检查单机和母排的相序是否一致；如果不一致，则无法成功并机甚至可能发生危险。

无缝切换控制系统增加控制信号到柴油机组的电子调速板和发电机组的调压板，还要在软件里增加PLC保护逻辑和外部指示逻辑。这种方式的线路改造比较复杂，但后期维护量小。

3　结束语

在ERTG上采用并网无缝切换系统后，夜间小车投光灯和大梁投光灯等照明系统从原来等待的15分钟减为0分钟，无线终端和对讲系统能够保持时时沟通，有效保障了设备生产作业的安全。随着“油改电”技术的不断升级和更新换代，ERTG作业在安全性、自动化方面将不断提高， 无缝切换系统大大提升了堆场ERTG的作业效率。

［1］ 随机资料. Cummins Diesel Engine Electric Fuel Control Governor

［2］ 周家海. 低架滑触线“油改电”技术的革新［J］. 港口装卸， 2011（4）: 11-13.

［3］ 李翔， 李晃亮. VAHLE新一代 RTG油改电”方案介绍［J］. 港口装卸，2011（4）: 9-10.

［4］ 邢小健， 商伟军.轮胎式集装箱门式起重机“油改电”探讨［J］. 港口装卸，2008（1）: 14-15.

［5］ 随机资料. STAMFORD MX321自动调压器（AVR）