在完善的UPS供电系统中，除了UPS之外大都配置了柴油发电机组。市电中断瞬间UPS将蓄电池的直流电能逆变为交流电，不间断地供给负载，然后再启动柴油发电机组，将其发出的电能代替市电供给UPS，使其再转回日常的双变换工作状态并对电池充电。这样，UPS充分发挥了对负载不间断提供优良电能的特点，柴油发电机组也充分发挥了依靠燃油可以长时间发电，并且可以带动UPS不宜供电的感性负载设备。
　　
　　柴油发电机组是由将燃烧柴油产生的热能转换为曲轴、飞轮旋转的机械能的柴油发动机和将机械能转换为电能的同步发电机结合在一起组成的。它们的工作方式、性能及调控特点各不相同，要想使这个组合体各自充分发挥其功能的最佳工作状态，从而形成一个良好性能的运行整体，则必须有一个统一的监测、指挥中心——柴油发电机组的控制系统。
　　
　　1  控制系统的构成
　　
　　尽管柴油发电机组的输出功率、结构形式、工艺技术特点各不相同，但机组的控制系统是大同小异的。控制系统由控制屏(或称控制柜)以及与其相连接的分布在柴油发动机和同步发电机重要部位的各种传感器构成。
　　
　　一般小功率柴油发电机组的控制屏多以电压、电流、频率、油压、油温、液位、水温、转速等模拟指针表和一些控制开关组成，其内部测量及控制电路比较简单。安装在柴油发动机和同步发电机重要部位的传感器，将表征该部位工作状况的模拟电信号传送到控制屏的电子处理电路(有的采用单片机)，经调理、整定后用相应的模拟指针表指示出数值。控制部件一般是用手动开关。
　　
　　现代中、大型柴油发电机组的控制屏都是以16位或32位微处理器(也有的用可编程控制器)为核心的数字处理装置，其LCD(液晶显示器)取代了很多的模拟指针表，显示各种参量的实时数字值，从而使得数据分析、处理及控制完全实现了智能化和遥测、遥信、遥控功能。由控制屏和柴油发电机组每个重要部位的各种传感器构成的控制系统如图1所示。
　　

　　2  系统的工作原理及示值参数分析
　　
　　从柴油发电机组的控制系统方框图可知:柴油发动机是柴油发电机组的动力源，其工作状况对整个机组的性能起着重要的作用，所以监测的传感器就多些。根据柴油发动机的功率不同，所要监控的项目有多少之分，但基本上有框图中的八个方面的参数需要监控。
　　
　　同步发电机是直接给负载供电的设备，因此电能的质量是关注的重点，其电力输出自动控制装置也是个重要的部件，控制屏与其通讯设备也是不可少的。从图中可见，同步发电机一般有五个方面的参数应该监控。
　　
　　安装在柴油发电机组各重要部位和机构的传感器，有的在柴油发电机组处于待机状态时就已经在工作，机组启动后则全部投入运行。这些传感器将其所在部位和机构的工作状态信息实时地、连续地传送到控制系统的核心——控制屏内，屏内的微处理器按着程序对各传感器接口进行扫描并采集数据。这些数据和信息被微处理器按程序运算、比较、判别后将结果送入存储器，同时在LCD显示器和部分模拟指针表上指示出来。此外微处理器还将一些处理结果转换成反馈调节量去调控相应部位或机构的工作状况，甚至保护停机。
　　
　　控制系统就是这样实时、智能化地检测和控制着柴油发电机组，使其保持着良好的工作性能。
　　
　　控制屏的各种不值和参数清楚地表明了柴油及电机组各重要部位和机构的工作状态。因此了解和分析这些示值参数的意义，对用好和管好柴油发电机组有着重要的作用。
　　
　　表征柴油发动机工作状况的主要示值参数有:
　　
　　(1)燃油液位参数，它表明燃油箱内柴油的储存量。柴油发动机就是靠燃烧柴油而工作的，因此这是个必须要知道的示值。一般是用液位传感器监测储油量，它将线性模拟信号送入控制屏，经电子逻辑调理、整定后用指针表将数值指示出来，或者是经A/D(模拟/数字)转换后以实时数字形式在LCD上显示。
　　
　　根据各种柴油发动机的机型不同，一般在油箱内的燃油当机组运行10min左右时控制屏就会发出燃油液位低的报警信号。到燃油快没有时控制屏会自动停机，以保护机器。平时要注意屏上的液位表，经常保持油箱容积百分之九十以上的柴油为宜。
　　
　　(2)润滑油(俗称机油)是柴油发动机工作必不可少的润滑剂，其作用是减小相对运动部件(曲轴和连杆、活塞与气缸壁、凸轮及推杆等)之间的机械摩擦，提高运行效率。柴油发动机的润滑油是流动的，这样就可以带走部件摩擦产生的热量和金属粉末。要使润滑油在复杂的各部件之间流动就必须对它加压，形成一定的流动推力。因此润滑油的油温和油压是应当关注的两个重要参量。
　　
　　油温传感器通常安装在柴油发动机的油底壳回油管附近，油压传感器则安装在主路油管中。两个传感器连续不断地将信号送到微处理器接口，控制屏则以油温表、油压表或LCD指示其数值。工作时润滑油的油温、油压示值随着柴油发动机的额定功率大小而不同;一般中、大型发动机的油温在90℃~120℃之间，而油压则处于150~9OOkPa范围之内。
　　
　　润滑油的油温过高应检查机油冷却器。油压过高则要注意压力调节阀，过低时重点查验机油泵和滤清器。润滑油的油温、油压示值超过该柴油发动机的额定范围时，控制屏都会报警提示。特别是油压过低时发动机主要部件之间的机械摩擦就会迅速增加，此时控制屏会指令停机保护柴油发动机。
　　
　　(3)冷却液(俗称冷却水)是用来降低柴油发动机汽缸及其相关联机构工作温度的流动液体。机器工作时，由于汽雾状的柴油不断地在汽缸内爆燃，产生的巨大热能除大部分转换为活塞运动的机械能外，另一部分则被汽缸体及其相关联机构吸收。流动的冷却液就是将这些热量吸收带走，从而保证这些部件处于一个合适的温度环境之中。
　　
　　冷却液的液位传感器安装在发动机前部的水箱内，温度传感器则处于冷却液管道的出口处，检测回流冷却液的温度即可知道汽缸及其相关联机构的工作温度是否处于最佳状态。这两个传感器的信号送到控制屏经分析、处理后也是以指针表示值或以实时数字从LCD上显示出来。
　　
　　冷却液的液位应该保持在水箱容积的90%以上。其工作温度根据柴油发动机的功率大小有所差异;一般在75℃~100℃之间。液温高需检查离心式水泵及传动部分和风扇的三角带是否松动，液温低应仔细探察水温调节器的工作状况。控制屏会在过高的液温时发出报警信号以致停车保护机器。因为液温过高意味着柴油发动机汽缸及相关联机构的部件之间的正常间隙难以保持，发动机效率会迅速下降，高温还会使润滑油变稀导致部件之间的摩擦力增大，所以必须加以保护。
　　
　　(4)用于柴油发电机组的柴油发动机，工作时曲轴和飞轮的转速通常设定为每分钟1500转。稳定的转速才能保证它所带动的同步发电机的输出频率保持在50Hz。基于电磁或光电原理的转速传感器一般设置在飞轮侧，它将转速变为电信号传送到控制屏，经处理后在LCD上显示实时数值。发动机的飞轮转速偏高或偏低时控制屏都会通过CAN总线将数据传送给电子调速器，它会根据数据调节电动喷油器，从而使转速保持在额定值。转速过高而又无法调控说明喷油器总成或电子调速器存在问题，控制屏会指令停机予以保护。 　　
　　(5)柴油发动机启动用的蓄电池的电压值，是直接从电池上取样，在控制屏的电压表或经A/D转换后在LCD上指示出来的。柴油发电机组用的启动电池大都是富液铅酸蓄电池，因为它们的瞬间电流冲击特性较好。根据机组对启动电流的要求，以串联或并联的形式构成l2V或24V的电池组。机组待机时，市电通过控制屏内的充电器变成直流电压、电流与蓄电池相适配的形式为其充电，发动机启动后，则由主轴通过齿轮、皮带轮带动充电发电机给电池充电。通常在浮充状态下，电池的电压应光标称值的1.125倍。电压太高或太低于标称值，问题可能出在充电器或蓄电池，要及时更换和维护。因为充电器、蓄电池虽然维护简单，但它们是柴油发电机组启动的关键设备。
　　
　　(6)电子调速器与电动喷油器构成的组合是所谓电喷发动机的控制中心。这种柴油发动机的燃油喷射系统的核心是电子调速器，它实际上也是一个以微处理器为主的计算、分析、调控装置。该装置实时采集润滑油的油温、油压，冷却液的液温，燃油的压力和飞轮的转速等与柴油发动机运行密切相关的重要参数，经程序运算、分析后得出最佳反馈调节量送到电动喷油器，使其按照运算结果调节喷油时间和喷油量，从而保证柴油发动机处于优良的工作状态。
　　
　　作为柴油发电机组整机控制中心的控制屏和柴油发动机调节中心的电子调速器之间通过CAN总线不断地进行着数据通讯。控制屏从整个机组的要求对电子调速器进行着指挥，例如同步发电机的输出电压和频率因巨大负载的接入或脱离会发生突然变化，控制屏就会将参数实时传给电子调速器，电子调速器根据这些参数和从转速传感器来的参数一起计算、分析，以最佳反馈值去调节电动喷油器，从而使同步发电机的输出电压和频率恢复到额定值。
　　
　　柴油发电机组内的同步发电机是向负载供应电能的重要设备，控制屏对其监测和控制直接关系到电能的质量，也是非常重要的。从方框图可知，同步发电机基本上有五个方面的参量与控制屏密切联系。
　　
　　(1)同步发电机输出电压的大小是以线电压值表示的。取样变压器从输出相线之间取出线电压信号输入控制屏，经调理、整定后以模拟指针表或经A/D转换后从LCD指示出实时线电压值。
　　
　　柴油发电机组出厂时同步发电机的输出线电压一般额定值为400V，也有的是380V。在接入负载特别是超过额定功率一半以上的负载时，同步发电机的输出电压会有明显的降低，这个变化信号会同时被控制屏和发电机的励磁电路收到，控制屏的控制及励磁电路的反馈调节功能会以最快的时间尽力提高输出电压，使其恢复或接近额定值。电压稳定时间和稳态电压调整率就是表征同步发电机这方面性能的两个重要参数，电压稳定时间指的是从负载突变到发电机输出电压开始稳定所需要的时间。一般同步发电机的这个参数为0.5~1s。稳态电压调整率用符号δ_u表示，它的定义是:负载变化后输出稳定电压的最大值或最小值(用U₁表示)与发电机空载时的额定电压值(用U表示)之间变化量比率的百分数，即:
　　
　　δ_u=(U₁-U)/U×l00%
　　
　　一般同步发电机的稳态电压调整率δu值在±(1%~3%)之间。
　　
　　控制屏对电压参数监控的目的是使同步发电机在额定负载范围内保持输出电压稳定。一般机组输出电压的范围可在额定值的±10%左右。超过这个范围控制屏会发出报警，还会指令输出控制开关跳闸，既保护发电机又保护了用电设备。这时要重点检查和维护同步发电机的励磁电路和同步整流器等部件。
　　
　　(2)同步发电机三相输出电流的取样是在每相输出线的电流互感器上得到的，这里取到的是相电流。按照电力、电工规范控制屏一般是用相电流表征发电机的输出电流的。取样信号在控制屏经调理、整定后将各相负载电流的实时值显示在指针表或LCD上。
　　
　　根据同步发电机额定输出功率的不同，它们的输出电流范围也各异。控制屏根据本机的额定电流范围对实时取样数值按程序进行运算、判别，并将结果传送给励磁电路，调节、保持输出电流的稳定。如果负载电流大大超出额定值或负载端短路，控制屏会立即报警并发出指令让控制电路输出的自动空气断路器跳闸切断负载，从而起到保护作用。引起输出电流过大的原因往往是负载造成的，要着重查测用电设备及其电源连接线，维护发电机输出配电系统。
　　
　　(3)同步发电机的输出频率是项重要的参数，它若不稳定就会影响很多与频率直接相关的用电设备的工作，例如UPS的旁路频率跟踪电路。控制屏大都是从相线上取样，然后对信号进行分析、整定并从LCD上指示出实时频率值，与此同时它还将数据传送给柴油发动机的电子调速器，以控制发动机的转速来稳定发电机的输出频率。发电机技术指标中的频率稳定时间和稳态频率调整率这两个参数就表明柴油发电机组的这种调控功能。
　　
　　从负载突变时起算到发电机输出频率开始稳定，所经过的时间就是频率稳定时间。一般同步发电机的频率稳定时间应该在2~5s范围内。稳态频率调整率(用δ_f表示)的意义是:负载变化后的稳态频率的最大值或最小值(用f₁表示)与额定负载时的频率(用f₂表示)之间的变化量同额定频率(用f表示)比率的百分数。其公式为:
　　
　　δ_f=(f₁-f₂)/f×100%
　　
　　同步发电机的这个参数处在0.5%~3%的范围内。
　　
　　发电机输出频率超出额定范围，控制屏会立即报警甚至停机予以保护。这其中的原因有频率传感器或转速传感器可能出现的故障，但主要还是柴油发动机转速失控的间题。需着重检测电子调速器和电子燃油喷射系统。
　　
　　(4)控制屏与同步发电机励磁机构之间的信息通讯，对发电机输出电能的质量有很大的作用;在接入重负载后输出电流要增大，输出电压也随之降低。虽然同步发电机的励磁电路本身对此会产生负反馈调节，但其精确性、快速性是离不开控制屏的配合的。不仅如此，控制屏还会根据本机额定负载范围判断负载量是否合适，对于负载电流大于额定值115%以上特别超重的负载，控制屏会指令发动机停车保护发电机，这也补充了励磁机构的性能。
　　
　　(5)从方框图可知，控制屏与控制发电机电能输出的自动空气断路器也有着紧密的联系。虽然自动空气断路器本身具有欠压、过流(过载)、短路等自动保护能力，但由于控制的接入就进一步加强了它对输出电能这几方面的监控力度。当由于负载原因发电机输出电流过大(过流)、输出电压过低(欠压)或短路时，控制屏会立刻报警并将信息传给断路器，断路器综合本机的检测和控制屏的指令迅速跳闸，切断负载供电。既保护发电机也保护负载。
　　
　　在负载量符合发电机的额定范围机器正常工作时，控制屏也可以根据需要智能化地控制自动空气断路器的分断和投入。实现对负载的自动定时供电。
　　
　　控制屏除了对柴油发动机和同步发电机进行监测、控制以外，作为智能化的控制中心，它还有其它方面的许多功能:例如ATS(电力自动转换器)接口，可以接入ATS设备(也有的型将ATS功能集成在控制屏内)，这样就可以实现市电突然中断时，ATS自动将电力开关从连接市电的一侧投到连接柴油发电机组的一侧，并同时发出启动柴油发电机组的信号。从而使用电设备由市电供电转为发电机供电。
　　
　　3  控制系统的维护技术
　　
　　控制系统是柴油发电机组的中枢和指挥部，因此也就成为日常维护的首选项目。传感器是控制系统的前沿，由于它们直接与被监测物质接触，长期工作在高温、高压以及流动物质的冲击下，易出现灵敏度下降、失效甚至损坏。这时它们所连带的控制屏上的仪表或LCD显示数值就会失常。这种现象还很容易和柴油发电组相关部位的机械故障混淆，到底是传感器的问题还是机械部分的问题要仔细观察，进行综合分析。一般情况下柴油发动机运行声音、节奏、排烟正常，同步发电机输出电压、电流、频率正常，应考虑可能是传感器或控制屏电子电路的问题。这时可以运行控制屏的自检、测试程序或者用更换传感器对比法进行排查。
　　
　　传感器的日常维护很重要，对于可看到可摸到的传感器要仔细观察其安装是否松动、离位，引出电缆及接头是否良好。那些被其它部件挡住的传感器，则要在柴油发电机组二级技术保养时重点检查。
　　
　　控制屏是控制系统的核心，即使柴油发电机组没有启动它也在依靠蓄电池工作。日常维护时应注意电压表示值是否正常，再仔细检查各个电缆接口、插接件是否牢靠。特别是对于安装在湿度较大或灰尘较多地点的柴油发电机组，还要经常打开控制屏的侧板或上盖，察看机箱内各电路板上有无水露、灰尘。若有，应及时清除。控制屏作为以微处理器为核心的智能化设备，都具有测试、自检功能，有的还带仿真实验软件，这些都为维护控制屏提供了便利条件。柴油发电机组应至少半个月人为地自动(切断市电由ATS驱动)或手动启动一次，并运行20min左右，这时要认真观察各表头的示值并用控制屏上的按键选择所有的参数在LCD上显示，看是否都处于正常状态。这也是全面检查柴油发电机组和控制屏性能的有效而实用的好办法。
　　
　　控制系统是将柴油发动机和同步发电机这两种工作原理和工作方式截然不同的设备智能化地统为一体，并使其联合工作出优良性能的总指挥。系统、深入地了解其工作原理，掌握各项运行参数的意义及额定范围，做好技术维护工作，即可保持柴油发电机组总是处于良好的工作状态。
　　
　责任编辑：小柯