柴油發(fā)電機(jī)組是數(shù)據(jù)中心必備的應(yīng)急電源。當(dāng)市電發(fā)生斷電時(shí)，發(fā)電機(jī)組立即啟動，通過ATS轉(zhuǎn)換開關(guān)將發(fā)電機(jī)輸出電源切換至供配電系統(tǒng)，以便繼續(xù)為后端負(fù)載供電。作為應(yīng)急電源，整個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)一直設(shè)置在自動模式下。如果發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障，將失去作為應(yīng)急電源的意義。近期電力維護(hù)人員在試機(jī)時(shí)出現(xiàn)機(jī)組并機(jī)異常情況，因此將重點(diǎn)對此問題進(jìn)行分析。

　　1 柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)

　　某數(shù)據(jù)中心的柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)由3臺低壓柴油發(fā)電機(jī)、3個(gè)MDEC控制器、1
個(gè)并機(jī)控制柜、4個(gè)A600控制器和6個(gè)框架式斷路器組成。柴油發(fā)動機(jī)型號為MTU 12 V
4000，發(fā)電機(jī)使用利萊森瑪自勵(lì)同步交流發(fā)電機(jī)。整套發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是在2002年完成組裝的，當(dāng)時(shí)由于受到技術(shù)上的限制，控制系統(tǒng)無法進(jìn)行軟件編程與更新。現(xiàn)在控制器硬件明顯老化，市場上已無備件。

　　2 柴油發(fā)電機(jī)組控制器

　　MDEC是一個(gè)用于柴油發(fā)動機(jī)控制、采用CAN總線通信的電子控制器，由1個(gè)電子控制模塊、12個(gè)單體噴油器和各機(jī)械部分的傳感器組成。MDEC具有共軌式電控燃油噴射控制功能，可以實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)的恒定轉(zhuǎn)速控制，即發(fā)電機(jī)的負(fù)載在瞬間增大或減小時(shí)，輸出頻率(轉(zhuǎn)速)保持一定(穩(wěn)態(tài))。

　　A600控制器是一個(gè)具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速與電壓、同步與并機(jī)、功率分配、電氣保護(hù)以及電氣測量功能的完整系統(tǒng)。內(nèi)部各模塊間通過CAN bus
總線系統(tǒng)連接。MDEC 與A600 具體位置如圖1 所示。

　　3 發(fā)電機(jī)組并機(jī)原理

　　在設(shè)備出廠前，工程師已經(jīng)對機(jī)組做好各項(xiàng)測試和參數(shù)設(shè)定，如轉(zhuǎn)速額定值為1500r/s(50Hz)、電壓額定值為400
V。在自動模式下啟動發(fā)電機(jī)組時(shí)，機(jī)組的頻率、電壓達(dá)到同步，由鎖相環(huán)電路自動調(diào)整各機(jī)組的相位至同步后實(shí)現(xiàn)正常并機(jī)。整套發(fā)電機(jī)組配置原理如圖2 所示。

　　將3臺機(jī)組的A600控制器設(shè)置在自動模式。并機(jī)控制柜的A600內(nèi)置市電檢測模塊，在接收到來自ATS的市電斷電信號后，由RS-485總線互聯(lián)到3臺機(jī)組的A600內(nèi)置處理器進(jìn)行計(jì)算。各機(jī)組滿足啟動條件后分別啟動，A600發(fā)出信號至MDEC電子控制模塊和自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)，及時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電壓。先到達(dá)額定輸出標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)組，并機(jī)斷路器會自動合閘投入母排，此臺機(jī)組便作為主機(jī)運(yùn)行，后面兩臺機(jī)組通過母排采集器獲得母排的頻率信號和電壓信號，以便機(jī)組及時(shí)跟蹤主機(jī)輸出。誰先與母排上的頻率和電壓同步，誰先并入母排。機(jī)組的并機(jī)執(zhí)行器是框架式斷路器，由A600控制它的合閘與分閘。3臺機(jī)組都通過并機(jī)斷路器與母排連接。整個(gè)測試時(shí)間10min，正常情況下未并入母排的機(jī)組運(yùn)行
min后自動停機(jī)，即并機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行方式為“兩用一備”。

　　如圖2 所示，機(jī)組母排并沒有直接與ATS 連接，而是通過并機(jī)控制柜的A600 控制MCB1、MCB2、MCB3 的分合閘，最后輸出到ATS
端。也就是說，并機(jī)控制柜起到一個(gè)二次保護(hù)的作用，每個(gè)A600控制各自的斷路器。

　　4 并機(jī)異常情況

　　在自動模式下啟機(jī)時(shí)，異常情況分為兩種。

　　(1)只有1#機(jī)投入母排，并機(jī)控制柜內(nèi)只有MCB1閉合。ACB1閉合前，1#機(jī)頻率為50Hz;ACB1閉合后，頻率下降至49Hz。2#、3#機(jī)控制屏顯示“NoSync
Of Genset Departure Shutdown”(發(fā)電機(jī)不同步，離線)，蜂鳴器響起。60s后，2#、3#機(jī)自動停機(jī)，屏幕右側(cè)報(bào)警指示燈“Genset
Unavailable In Auto”(未在自動狀態(tài))常亮，電氣鎖死，無法再次啟動。按下復(fù)位鍵后，2#、3#機(jī)恢復(fù)正常。

　　(2)2#、3#機(jī)投入母排。1#機(jī)的頻率下降至49Hz，控制屏顯示“No Sync Of Genset Departure
Shutdown”，蜂鳴器響起。60s后，1#機(jī)自動停機(jī)，屏幕右側(cè)報(bào)警指示燈“Genset Unavailable In
Auto”常亮，電氣鎖死，無法再次啟動。按下復(fù)位鍵后，1#機(jī)恢復(fù)正常。

　　5 原因分析

　　每年春秋兩次換季維護(hù)，電力維護(hù)人員會對MTU發(fā)動機(jī)進(jìn)行檢修。目前，MTU發(fā)動機(jī)的各機(jī)械組件完全正常。檢查4臺A600控制器的內(nèi)部組件，包括24V信號輸入和輸出模塊指示燈狀態(tài)、接線端子固定程度、輸出繼電器、熱保險(xiǎn)、控制器電源輸入開關(guān)、外接信號線纜，結(jié)果顯示均正常。

　　自動模式下，1#機(jī)率先投入母排，其頻率下降至49Hz，而頻率的正常范圍49.8～50.1Hz。1#機(jī)除了頻率以外，其他數(shù)據(jù)均正常。由于2#、3#機(jī)的頻率始終在正常范圍內(nèi)，無法使頻率與1#機(jī)同步，所以ACB2、ACB3作為保護(hù)隔離而未閉合，故無法并入母排。并機(jī)控制柜的A600通過RS-485總線收集各臺機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，由于只有一臺機(jī)組投入母排，系統(tǒng)程序?yàn)榉乐箼C(jī)組過載運(yùn)行，故只閉合MCB1。

　　2#、3#機(jī)其中的任一臺先投入母排時(shí)，1#機(jī)頻率將下降至49Hz，無法自動調(diào)節(jié)頻率至正常范圍內(nèi)，致使1#機(jī)出現(xiàn)不同步報(bào)警，說明1#機(jī)的并機(jī)調(diào)速功能出現(xiàn)問題，而另一臺達(dá)到同步并入母排。2臺機(jī)組投入運(yùn)行正是系統(tǒng)程序的優(yōu)先級，故并機(jī)控制柜內(nèi)3個(gè)斷路器全部閉合。這兩種情況說明4個(gè)A600之間通信功能正常，所有框架式斷路器機(jī)械功能正常。

　　將3臺機(jī)組設(shè)置在手動模式，此模式下無法實(shí)現(xiàn)并機(jī)功能。分別手動啟動各臺發(fā)電機(jī)，控制屏顯示各項(xiàng)數(shù)據(jù)都在正常范圍內(nèi)，說明3臺發(fā)電機(jī)整體機(jī)械功能正常。

　　經(jīng)過反復(fù)啟機(jī)測試，最終得出結(jié)論：1#機(jī)A600的母排頻率采集信號電路出現(xiàn)故障，即A/D轉(zhuǎn)換器故障，50Hz
的電壓信號轉(zhuǎn)換成錯(cuò)誤的49Hz數(shù)字頻率信號。

　　自動模式下，A600并機(jī)調(diào)速系統(tǒng)如圖3所示。1#機(jī)率先達(dá)到額定輸出，ACB1閉合前，作為標(biāo)準(zhǔn)給定值的母排頻率采集信號因?yàn)闆]有發(fā)送到鎖相環(huán)電路，所以未產(chǎn)生差值信號至A600處理器，1#機(jī)的頻率保持在正常范圍內(nèi)。ACB1
閉合后，母排頻率采集模塊轉(zhuǎn)換后的錯(cuò)誤數(shù)字頻率信號發(fā)送到鎖相環(huán)電路，經(jīng)過運(yùn)算后發(fā)送錯(cuò)誤的差值信號至A600處理器，A600處理器進(jìn)行計(jì)算后便發(fā)送信號至MDEC，使得1#機(jī)的頻率下降至49Hz。在母排頻率逐漸下降的過程中，2#、3#機(jī)的鎖相環(huán)電路采集的母排頻率信號已經(jīng)超出發(fā)電機(jī)組設(shè)置的頻率正常范圍，故停止跟蹤母排頻率，不并機(jī)運(yùn)行，最終只有1#機(jī)獨(dú)自投入母排運(yùn)行。

　　2#、3#機(jī)投入母排時(shí)，1#機(jī)的鎖相環(huán)電路經(jīng)運(yùn)算后發(fā)送錯(cuò)誤的差值信號至A600處理器，使得1#機(jī)的頻率下降至49Hz。

　　6 解決方案

　　因?yàn)锳600控制器早已經(jīng)被淘汰，市場上沒有相關(guān)的備件，所以現(xiàn)行的辦法是將1#機(jī)手動退出并保護(hù)鎖死，2#、3#機(jī)仍然處于自動模式，以保證發(fā)電機(jī)組的正常啟動。

　　最好的解決辦法是更換新的控制器。新一代的控制器已經(jīng)完全具備編程功能，處理器內(nèi)置PC
端口，可以根據(jù)用戶需要，隨時(shí)修改與更新程序。一個(gè)控制器可以控制3臺機(jī)組、6個(gè)斷路器。這樣既便于維護(hù)與管理，又節(jié)約了工程預(yù)算。如果條件允許，還可以配置另一個(gè)控制器，實(shí)現(xiàn)主備同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)主用控制器故障時(shí)可以及時(shí)切換至備用控制器。

　　柴油發(fā)電機(jī)組雖為備用，但日常維護(hù)工作必不可少。所以，要盡量選擇具有良好兼容性和可維護(hù)性的配套設(shè)備，以便將來可以及時(shí)更新軟硬件系統(tǒng)。