柴油发电机组水套加热系统控制改进_王幸乐.pdf

内燃机与配件 柴油发电机组水套加热系统控制改进王幸乐（河南省无线传输发射中心，河南 郑州 ）摘要：针对柴油发电机组水套加热系统采用人工控制，导致夜间和某些季节无效运行电能浪费极大、极端天气环境状况下不能有效保障柴油发动机组安全运行的问题，通过在水套加热系统控制回路中串联引入定时开关和温控开关，并结合运行时间和温度需求制定控制策略，精确控制了水套加热系统的开机运行时间，解决了其无效工作或极端天气环境无法工作的问题，达到了节能降耗、提升效率、减少维护的目的。关键词：水套加热系统；定时；温控；节能降耗中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：，：；作者简介：王幸乐（），女，汉族，河南鲁山人，本科，工程师，研究方向：广播电视覆盖及计算机网络。引言通常情况下，广播电视发射台站用电设备需要的电力都是由市电提供，但是当市电断电时，就需要诸如 （不间断电源系统）或者是柴油发电机组这类备用电源提供所需要的电力，供用电设备使用。柴油发电机组作为供电网的备用电源，因其稳定性和易操作性而在各行业有着广泛的应用。为保证柴油发电机组的应急启动能力，要求在低温环境下，应当采取一定的措施保证发动机组达到和保持在一定温度范围内。通信用柴油发电机组 条就对柴油发电机的选择做出了规定：普通水冷柴油发电机在以下，增压水冷柴油发电机在 以下环境使用时，宜采用预加热装置。柴油发电机组的加热装置主要有抗冷凝加热器、水套加热器和空气预热器三类。抗冷凝加热器一般在机组使用环境湿度较大时使用。水套加热器用于市电电压正确接入状态下发电机组的冷却液自动加热，对于温度可能结冰地区的柴油发电机组是必须配套的。空气预热器是当机组启动时，为了增加启动成功率而专门给进入燃烧室的空气加热。河南无线发射传输中心根据各地台站的运行要求，年在淮阳骨干发射台、商丘骨干发射台、渑池发射台均配设了东风康明斯公司的柴油发电机组，该柴油发电机组配置了水套加热器，如图所示。根据当地气象条件，淮阳骨干发射台对水套加热系统（）柴油发电机组（）水套加热器图河南无线发射传输中心备用电源按照每年 月 日开启，次年月关闭的要求执行。该控制方法采用了人工控制方式，无形中增加了设备的维护工作量和运营的成本；同时没有考虑骨干发射台夜间不进行工作，且在当年 月次年年的时间范围内某些时DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.04.024 年第期段环境温度范围适宜，根本不需要开启水套加热系统，或者是在当年 月次年年之外，遇到某些极端天气环境时，由于水套加热系统处于关闭状态，不能起到很好地保障柴油发动机正常工作的目的。水套加热系统的功能柴油发电机组的工作原理是把经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油在汽缸内充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点，柴油被点燃后混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行作功。各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。将无刷同步交流发电机与柴油发电机曲轴同轴安装，就可以利用柴油发电机的旋转带动发电机的转子，利用电磁感应原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。柴油发电机组作为市电和 的备用电源，特别是对于广播电视发射台站而言，需要具备随时应急启动的能力。当柴油发电机组在低温环境中长期工作时，特别是其工作环境温度长期低于时，会降低柴油发电机组的燃烧室温度，使得发电机组内部各个运转部件的间隙可能发生变化，从而增大发电机组的启动阻力矩，影响发电机组的应急快速启动能力。而且因为柴油成分中含有蜡，低温时柴油会析出一定的蜡，可能会阻塞滤清器，导致油路供油不正常，同时在环境温度较低的时候，柴油的黏度会增大，使其流动性变差，甚至会结蜡，使得柴油因凝固而无法流动，启动十分困难。此外在低温环境中，柴油发动机组的润滑油和冷却水也有很大可能会凝固，从而丧失润滑和冷却的功能。这时如果发电机组在冷机状态下强行起动会加剧汽缸壳体、活塞等关键部件的磨损，影响其使用寿命，甚至在严重时会直接导致发动机组的损坏。因此，不管是从柴油发电机组的产品安全角度考虑，还是为了保证柴油发电机组优异的应急快速启动性能，柴油发电机组的工作温度均应当保持在合理的温度范围。水套加热系统是保障柴油发电机组保持在一定温度范围的装置，它通过为柴油发电机组冷却水、润滑油的专业预热，可以使得发电机组的冷却系统始终工作在要求的温度范围内（），从而通过润滑油的热传递而间接加热整个发电机组，保证发电机组也保持在要求的温度范围。当柴油发电机组的使用环境低于时，水套加热系统就是柴油发电机组启动时的必备配套设备。水套加热系统可以使柴油发电机组保持在要求的温度范围，防止长期低温环境下工作冻裂损坏，能保证柴油发电机组始终处于热备份状态，在低温状态下也能够快速、稳定、可靠地应急启动，并在最短时间内加载到全负荷，降低机组的机械磨损，输出功率稳定。柴油发电机组中水套加热系统的原理如图所示，主要作用有：首先，当主电源的单相电压正确连接时，它可用于加热柴油发电机组的冷却剂；其次，当柴油发电机组处于备用状态时，它可对冷却液加热，保障冷却液的温度。图柴油发电机组的水套加热系统原理控制图水套加热系统的应用现状水套加热系统对于确保柴油发电机组在低温环境条件下迅速启动正常运行具有十分重要的意义。然而由于水套加热系统的设计问题，实际使用水套加热系统的工作过程中，以水套内的水温作为传感参数来控制系统运行，一般情况下，水套加热系统要一直处于自动循环状态，才能使水 套 内 的 水 温 保 持 在 设 定 的 温 度 范 围 之 内（大 约）。春夏秋季，气候环境温度一般高于，这时让水套加热系统工作，无疑会增加能耗和运营成本，造成电能的浪费；同时水套加热系统的冷却水道使用有橡胶管道，该管道长期处于加热状态，会加速退化，影响水套加热系统冷却水道管路的使用寿命。目前水套加热系统普遍采用“人工控制”的应用模式：在春季初期关闭加热系统，秋季晚期打开加热系统。这一控制模式会在一定程度上增大设备的维护工作量和运营成本；并且当气温反复时，经常会发生关闭水套加热系统后气温反而猛然降低，或者启动水套加热系统后气温反而急剧回升的现象，这就发生了柴油发电机组处在低温工作环境中，水套加热系统却没有开启的问题，会直接影响发电机组的应急启动性能，也会加剧发电机组的机械磨损，甚至直接造成发电机组的损坏。同时，该维护控制模式“一刀切”，没有考虑发射台夜间不开机的特点，极大地增加了能耗和运营成本。水套加热系统控制改进方案科学高效合理使用水套加热系统的关键，是选择在恰当的温度开启或关闭水套加热系统，同时依据发射台的日常工作特点定时开启或关闭水套加热系统。这也是节能降耗、提升效率、减少维护工作量和运营成本的重要手段，是我们日常工作需要注意的重点。根据水套加热系统的使用现状和应用特点，结合发射台的运行工作特点，提出了如图所示的控制方式改进方案。在水套加热系统供电线路中串联定时开关和温控开关，定时开关根据发射台的运行时段自动执行开关策略，温控开关感应外界环境温度的变化自动执行开关策略，通过两种类型开关的串联组合，可以精确控制水套加热系统供电线路的通断，进而有效地提升效率、节能降耗。经过控制方式改进，可以通过监测环境温度的变化，自动接通或断开水套加热系统的供电线路。当环境温度低于温控开关的设定温度时，温控开关就会闭合，允许开启水套加热系统的加热功能；，当环境温度高于温控开关的设定温度时，温控开关就会打开，水套加热系统的加热功能就会关闭。从而实现在恰当的温度科学地开启或关内燃机与配件 闭水套加热系统的加热功能，精准有效地实现节能降耗。同时经过控制方式改进，柴油发电机组水套加热系统也能根据发射台的工作时段自动接通和断开加热器供电线路。即当发射台不工作时，定时开关关闭，加热器不能开启加热功能；当发射台需要工作时，定时开关提前打开，加热器可以开启加热功能。合理科学地在恰当的时间段允许 开 启 或 关 闭 加 热 功 能，精 准 有 效 地 实 现 节 能降耗。图水套加热系统控制改进方案示意图具体地，按照图将温控开关和定时开关串联接入水套加热系统的供电控制线路，控制逻辑如图所示。图水套加热系统供电控制逻辑首先通过调温旋钮设定水套加热系统加热功能开启关闭的变换温度（假设为 ），让温控开关自动运行：当环境温度低于温控开关的设定温度时，温控开关内部的继电器会闭合，温控开关闭合接通加热供电线路的正线，可以允许水套加热系统工作，可保障柴油发电机组在低温环境下的安全备份运行；当环境温度高于温控开关的设定温度时，温控开关内部的继电器会断开，温控开关开启断开加热供电线路的正线，水套加热器系统会失电停止工作，自动实现适宜温度环境下水套加热器的关机，避免无效运行。根据发射台的停机时间（凌晨点至早上点），设定定时器的工作模式：在点至点（提前小时启动加热功能）之间，定时开关内部的继电器会断开，定时开关开启断开加热供电线路的负线，水套加热器系统会失电停止工作，自动实现发射台非工作时段水套加热器的关机，避免无效运行；在点至 点之间，定时开关内部的继电器会闭合，定时开关闭合接通加热供电线路的负线，可以允许水套加热 系 统 工 作，可 保 障 柴 油 发 电 机 组 的 安 全 备 份运行。通过温控器和定时器的串联组合，就能保证在发射台非工作时段，水套加热器自动关闭加热功能；在发射台工作时段，水套加热器根据温度环境自动开启或关闭加热功能。从而可以实现柴油发电机组水套加热系统的精确管控，节能降耗。水套加热系统控制改进效果通过改进柴油发电机组水套加热系统控制方式，可以使得水套加热系统的运行时间和投入时机得到更加有效精准控制，显著减少水套加热系统的无效允许，减短水套加热系统的工作时间，增大水套加热系统及冷却水管路的使用寿命，减少柴油发电机组的维护工作量和运营维护成本。同时改进后节约的运行时间，可以有效节省柴油发电机组的耗电费，真正起到了节能降耗、精确管理、降本增效的效果。参考文献：路尔旺，周丹基于高原适应性的柴油发电机组改进措施移动电源与车辆，（）：周龙保内燃机学北京：机械工业出版社，陈国平备用柴油发电机组的水套加热器实验研究移动电源与车辆，（）：常亚峰柴油发电机组水套加热器温控改造与节能降耗江苏通信，（）：钮志峰发电厂柴油发电机启动异常的处理华电技术，（）：马修真，王忠巍，王冬柴油机冷启动辅助装置控制系统的研制内燃机，（）：黄剑峰，梁光发，秦健峰基于 发电机控制板的水套加热器温度自动控制改造视听，（）：