西门子柴油发电机组，按照所配柴油机系列的不同，可以分为西门子-康明斯机组、西门子-道依茨机组、西门子-曼海姆机组、西门子-MTU机组、西门子-135机组和西门子-190机组等。按功能或用途分为自起动式、自动化(无人值守)式、远程遥控式、车载移动电站或拖车电站、热交换式(开式冷却循环)、船用、机车用或特种需求的柴油发电机组。其中西门子-康明斯发电机组为二级自动化发电机组，按功率分为200kW、250kW、300kW、500kW、600kW等几种发电机组，只能单机运行，可实现市电停电时，机组自动起动、自动调速、自动合闸供电以及市电恢复后自动切换和停机。发电机组除具有机油低压、冷却水温高、超速等故障自动停机外，还具有欠电压、过电流、短路等自动分闸保护功能。
　　
　　l.柴油发电机组的组成
　　
　　发电机组由柴油机、发电机、控制屏、市电开关屏、自动控制装置、自动充电装置及电源供给等部件组成。该机组所用柴油机由重庆康明斯发动机公司生产，配套的西门子lFC5、lFC6系列发电机由无锡海星电机厂生产。机组的额定电压为400/230V、频率为50Hz、功率因素为0.8滞后，标定转速为1500r/min。
　　
　　2.柴油发电机组的特点
　　
　　(1)康明斯柴油机的特点如下:
　　
　　l)柴油机采用独特的PT燃油系统，配备电子调速器控制怠速和全速，不用伺服电动机，调速控制非常方便。
　　
　　2)配有的机油、冷却水加热器，不预先泵机油即可自动起动，起动后可立即带负载。
　　
　　3)具有完善的保护功能。当柴油机出现超速、水温过高、机油压力过低等情况能自动停机保护。
　　
　　4)起动性能好。
　　
　　(2)西门子IFC5、lFC6系列无刷发电机的特点如下:
　　
　　1)电气性能优良、质量稳定、起励建立电压快。
　　
　　2)AVR调节灵敏，可使发电机调压率在士0•5拢以内，即使在无人值守时，若负载发生变化，不会引起电压明显变化，无需进行人工调整。
　　
　　3)长期不用时，无需充磁就能发电。
　　
　　(3)发电机主控屏的特点如下:
　　
　　发电机自动控制装置安装在主控屏中。继电器式自控装置控制发电机组的起动、运行、供电以及故障保护等。控制屏的特点是:
　　
　　1)可靠地进行自动合闸、分闸操作。
　　
　　2)进行欠电压、短路或过载自动保护。
　　
　　(4)副控屏也就是市电开关屏，用于市电检测、市电与发电机组的自动切换。该屏还向柴油机加热器提供交流电源。
　　
　　(5)蓄电池自动充电。自动化机组的蓄电池一般采用浮充方式。其中，起动蓄电池为24V、180A•h;自控装置专用蓄电池为24V、75A•h。
　　
　　中等功率柴油发电机组技术性能见表1。

 
　　
　　表1中等功率柴油发电机组技术性能

　　
　　3.柴油发电机组的控制程序
　　
　　(1)市电供电:为了便于发电机组自动起动和自动控制，市电在供电的同时，要经副控屏和充电装置对起动蓄电池和自控装置蓄电池充电，并向柴油机加热器供电，以保持冷却水温度。
　　
　　(2)市电停电:当市电瞬时停电(时间不超过0.5s)时，发电机组不会起动。市电恢复后仍由市电供电。
　　
　　当市电停电时间超过0.5s时，经延时后，副控屏主开关欠电压脱扣，其常闭触点闭合，给发电机组提供起动信号，接通发电机组起动电路，发电机组在305内自行起动。若起动成功，则先以600-650r/min怠速运行后，再加速到标定转速，待发电机电压建立，延时3s,电压和频率稳定并使主控屏的主开关储能完毕，即发出合闸信号，主开关合闸向负载供电。
　　
　　若发电机组第l次自起动失败，延时间隔85后再次起动，如果成功则按上述程序起动，对负载供电。如果经过三次8，间隔起动仍失败，发出声光报警信号，值机人员起动其他备用机组供电，并检查排除原机组的故障。

 
　　
　　市电恢复供电，经延时20min判断确认，发电机组主控屏主开关分闸，机组由全速转向怠速运行1.5~3min后停机，转为准备状态。同时副控屏主开关合闸，由市电向负载供电。西门子-康明斯柴油发电机组自动化控制流程框图如图1所示。

 

 
　　
　　图1柴油发电机组自动化控制流程框图

　　
　　4.发电机组主控屏电路的原理
　　
　　西门子-康明斯柴油发电机组自动化主控屏电路图如图2所示。

 

 
　　
　　图2西门子-康明斯柴油发电机组自动化主控屏电路图

　　
　　正常供电时，主控屏监测发电机输出的电压、电流、频率、功率及功率因数等参数;发电机组运行时，若出现过载、短路、欠电压等异常情况，能进行有效的保护。
　　
　　(1)主控屏的结构:主控屏装有断路器，是主控屏的主开关。它的瞬时动作电流是发电机额定电流的2.8~3倍，作发电机短路保护，并通过屏中电流互感器和过电流继电器，其瞬动电流也整定在额定电流的2.8一3倍，作过载保护。在主开关内，还有欠电压脱扣器对发电机进行欠电压保护。在主控屏的面板上装有广角Z系列仪表，用来测量电压、电流、频率、功率因数和功率。通过转换开关可分别测量各线电压。此外，屏中还装有三只转换开关，其一是柴油机加热器电源转换开关，以控制电源接通和断开;其二是自动和手动转换;其三是试机和应急转换，通常置于"应急"位置。屏中装有两只电位器，一只电位器WX，用来控制发电机输出电压的大小，能使发电机电压在额定值士5范围内进行调节；另一只电位器WX，用来控制蓄电池充电电流的大小。主控屏的上部装有指示灯，主开关合闸信号灯HD(红);主开关分闸信号灯LD(绿);自起动投人指示灯XD2(黄)；自起动失败指示灯XD，(白)。自动控制装置板和蓄电池浮充电整流器均装在主控屏内。
　　
　　(2)主控屏主电路原理:当市电停电时，副控屏主开关ZKS分闸，其常闭触点ZKS，闭合，为主控屏的主开关ZKF合闸作准备。发电机组自起动成功，正常发电，主开关分闸指示灯LD(绿)亮，表示主开关未合闸。
　　
　　1)主开关合闸电路原理:发电机组自起动成功，发电机工常发电，并经整流二极管Z1、Z2对电容C1、C2进行充电，其电路为电流从U端叶lRD1+ZKS2+QA+J9-1(常闭)→Z1、Z2→R→J(3、4)→C1、C2→J(5、6)→lRD2→V端。
　　
　　同时，自动控制装置内，自合闸延时继电器SJ5延时3s(BKZ一5OOK型为5s)，其触点SJ5闭合，主钮、主开关也不会重复动作。人工合闸掀下合闸按钮QA即可。由于按下QA按钮，QA(6、7)触点代替J9-2常开触点的闭合，中间继电器J动作，因此，主开关进行人工合闸。

 
　　
　　2)主开关分闸电路:当市电恢复供电时，副控屏内时间继电器SJ，经20min判断确认，SJ继电器动作，其常开触点闭合(自动控制装置内)，市电恢复供电执行主控屏分断信号继电器J12得电吸合(交流220V)，其常开触点闭合，分闸脱扣器线圈FL得电吸合，使主开关ZKF脱钩跳闸。
　　
　　如果自动分闸电路有故障，可进行人工分闸，即按下分闸按钮TA，其TA触点闭合代替Jl2触点的闭合，使分闸脱扣器线圈FL得电吸合，主开关ZKF分闸。
　　
　　开关执行合闸继电器J9动作，J9-1断开，J9-2闭合，由于电容器C1、C2已充电完毕，因此，C1、C2经J9-2触点对中间继电器J进行放电，其电路为:电容C1、C2(十)→J9-2(已闭合)→ZKF2(常闭)→J→C1、C2(一)。
　　
　　中间继电器J得电动作，其常开触点闭合、常闭触点断开，并完成自保。常开触点J(7、8)接通单相桥式整流电路电源，常开触点J(9、10)、J(11、12)接通电磁铁线圈CT电路，CT得电吸合，铁心吸上，开关储能。电容C1、C2经0.l一0.2s后，放电完毕，中间继电器J失电释放复原，电磁铁CT失电，ZKF主开关合上，完成全部动作。辅助触点KZF，闭合，合闸信号灯HD(红)亮，分闸信号灯LD(绿)灭，同时由于常闭的联锁触点KZF2断开，切断中间继电器J的电路，即使误按QA按钮，主开关也不会重复动作。
　　
　　(3)测量电路:包括对电压、负载电流、频率、三相有功功率和功率因数cos∮的测量。
　　
　　1)电压测量:发电机输出的电压通过(1一2)YH(380/100V)电压互感器和1HK电压转换开关可测量UAB、UBC和UCA线电压。
　　
　　2)负载电流的测量:发电机输出的电流通过(4~6)HL(600/5A)电流互感器和Al、A2、A3三只电流表(0~600A)可分别测量三相负载电流。
　　
　　3)频率的测量:该屏频率表的额定电压为100V，量程为45一55Hz，因此频率表并联在电压互感器二次侧两端。
　　
　　4)三相有功功率的测量:发电机输出的三相有功功率是通过三相有功功率表(千瓦表)来测量。主控屏安装的功率表为40OkW、lOOV/5A，2个电流线圈分别串接在A相和C相4HL和6HL电流互感器二次侧之中。2个电压线圈并联在(1~2)YH电压互感器二次侧两端。
　　
　　5)功率因数cos∮的测量:发电机的功率因数cos∮，通过三相功率因数表进行测量。该屏安装的功率表为lOOV/5A，因此，cos∮表串接在A相4HL电流互感器二次电路中。
　　
　　(4)保护电路:由于主控屏装设的自动空气开关DWXl5--630(2OOkW、30OkW发电机组)或Dl5--1000(500kW发电机组)，内装有分闸脱扣器和欠电压脱扣器，其过电流瞬动保护为发电机组额定电流的2.8~3倍，因此它具有过载、短路和欠电压保护的功能。
　　
　　1)过电流保护电路:该屏主电路中装有带电流互感器的热继电器。当发电机输出电流过电流时，主双金属片因过热而弯曲，推动导板，并通过温度补偿片和推杆，使动触点与静触点闭合，接通中间继电器ZJ2电路，ZJ2得电吸合，其常开触点闭合，接通分闸脱扣器电路，分闸脱扣器线圈通电吸合，使主开关分闸进行保护，其控制过程为发电机过电流，热继电器JR动作→JR触点闭合→中间继电器ZJ2动作→ZJ2触点闭合→分闸脱扣器FL得电吸合。
　　
　　分闸脱扣器FL电路为发电机U端→LRD1→ZKS2(副屏主开关)→ZJ2→FL→ZKF2(主屏主开关合闸闭合)→地(N)。
　　
　　2)短路保护电路:当发电机出现短路时，通过主电路中的3个电流互感器lHL~3HL和3个过电流继电器lLJ~3LJ来进行保护。在三相电路申，其中有一相出现短路过电流时，过电流继电器均会动作，其常开触点lLJ~3LJ均闭合，接通申间继中器ZJ2动作，主开关分闸的控制过程如前所述。
　　
　　3)欠电压保护电路:主开关内的欠电压脱扣器线圈Q并联在A、B两相之间。发电机输出电压正常时，线圈Q得电产生的电磁吸力大于弹簧的拉力，主开关处于合闸状态。
　　
　　当发电机电压下降到欠电压保护整定值时，其电磁吸力小于弹簧拉力，冲击杆抬起撞在搭钩上，使钩杆脱开，自动开关在断路弹簧作用下自动跳开分闸。
　　
　　(5)浮充电硅整流器:浮充电硅整流器BKZ，装在主控屏内。它是单相桥式整流器，对柴油机起动蓄电池(24V、l80A•h)和自控装置专用蓄电池(24V、75A•h)进行浮充。市电供电正常时，市电380V交流电源，从副控屏送来，通过浮充电整流器对24V、18OAh和24V、75Ah两级蓄电池进行浮充，为了防止柴油机起动时，对自控装置专用电源电压稳定的影响，两者之间用隔离二极管进行隔离。
　　
　　(6)自动控制装置:自动控制装置是自动化机组的控制核心，也装在主控屏内，机组所有动作均由该装置进行控制。
　　
　　5.副控屏电路的原理
　　
　　副控屏的作用是对市电供电进行监测和控制。虽然它的功率较大，但不允许过载运行以免跳闸。西门子-康明斯柴油发电机组自动化副控屏电路图，如图3所示。
　　
　　(1)副控屏的结构:副控屏主电路也装有自动空气开关是副控屏的主开关ZKS，其型号与主控屏相同。在副控屏的面板上装有电压表、电流表、功率表、功率因数表和电度表，用来测量市电的线电压、线电流、功率、功率因数和用电量。在面板的上方装有主开关分闸指示灯LD(绿)和合闸指示灯HD(红)，以表示主开关的状态。市电恢复供电确认的时间继电器SJ，装于屏内，时间在2Omin内可调。
　　
　　(2)副控屏主电路原理:副控屏主电路自动空气开关ZKS，其结构与主控屏ZKF相同，因此它的自动合闸和人工合闸电路也基本相同，只是合闸和分闸继电器不同，下面对其进行分析。

 

 
　　
　　图3西门子-康明斯柴油发电机组自动化副控屏电路图

　　
　　l)主开关分闸电路原理:当市电停电时，主开关ZKS欠电压线圈失电释放，在弹簧拉力的作用下，主开关自动分闸。

 
　　
　　按下分闸按钮TA，分闸脱扣器线圈FL得电，即可进行人工分闸。
　　
　　2)主开关合闸电路原理:当市电恢复供电时，副控屏时间继电器SJ，20min确认主控屏主开关ZKF分闸，常闭触点ZKF2闭合，延时继电器SJ6延时，主开关AJS电路，电容C1、C2充电，主开关储能，SJ6延时2s，其常开触点SJ6闭合，主开关执行继电器得电动作，其常闭触AJ10-2断开，切断C1、C2的充电电路，常开触点J10-2闭合，电容C1、C2经J10-2和ZJ(市电恢复ZJ继电器已动作)接点对中间继电器J放电，J继电器得电动作，合闸线圈CT得电吸合，主开关自动合闸，恢复市电供电。
　　
　　人工合闸时，只需按下合闸按钮QA，即可合闸。
　　
　　(3)测量电路:市电电压、电流和功率因数的测量电路与主控屏测量电路基本相同，不再重述。该屏还装有感应式三相电度表仪表，其结构基本上与单相电度表相同，它有二组(三线)或三组(四线)电压、电流线圈分别绕在铁心上和可转动的铝盘上。由于电压线圈与电流线圈所产生两个相位不同的磁通形成移进磁场，这个磁场在铝盘上感应涡流，涡流与磁通作用的结果，使铝盘产生一定方向的转动力矩，匀速成转动，通过铝盘轴上的蜗杆带动积算器。铝盘的转矩正比于电压、电流及它们相角差的余弦的乘积，因此，积算器的读数就是三相电路中消耗的三相有功电能。
　　
　　(4)保护电路:副控屏的过载、短路和欠电压保护电路与主控屏相同。
　　
　　6.柴油发电机组自动控制电路的原理
　　
　　西门子-康明斯柴油发电机组自动控制属于全继电器控制式电路，如图4所示。
　　
　　(1)发电机组正常自起动控制电路:当市电停电时，市电失电，副控屏主开关ZKS分闸，其常闭触点ZKS3闭合，接通市电失电信号继电器J8电路，J8动作，其常开触点J8-1闭合，接通控制J2、J6继电器的起动继电器J3电路，J3动作，其J3-1常开触点闭合接通电动机起动继电器J，电路，J2常开触点闭合，接通起动电动机电路，同时J8-2常开触点也闭合，电源对电容器C2充电，短接油压低报警继电器J6。同时，J8-2的常开触点也闭合，接通柴油机起动电源继电器(电磁阀)J5电路，J5动作，其常开触点闭合，接通起动电路，柴油机自行起动。
　　
　　柴油机起动成功，电子调速器的速度触点SDJ闭合，接通起动成功信号继电器J7电路，J7动作，其J7-1常闭触点断开，切断柴油机起动控制电路；J7-2常开触点闭合，接通延时继电器SJ4(0.1s)、SJ5(3~5s)电路，当相应的时限到，SJ4、SJ5相继动作，常开的SJ5触点闭合，接通主控屏执行合闸继电器J9电路，J9动作，J9-1常闭触点断开，切断主控屏主开关ZKF，C1、C2储能电容器充电电路；J9-2常开触点闭合，接通主控屏C1、C2放电电路，中间继电器J电路，J得电吸合，主开关ZKF的合闸线圈CT得电吸合，主开关ZKF合闸，发电机对负载供电。
　　
　　(2)发电机组自起动不成功控制电路:当柴油机自起动在3s时限起动不成功时，起动时间继电器SJ3动作，其常开触点闭合，24V电源开始对电容器C1充电，C2充电到一定电压，起动/暂控制继电器J4吸合，其触点J4-1动作，切断起动时间继电器刨，电路，并接通J4-2继电器自保电路；触点J4-2动作接通起动间歇继电器SJ2电路，延时8s，SJ2动作，其常闭触点SJ2断开，切断J4继电器电路，J4继电器失电释放，J4-1、J4-2，复原，起动时间继电器SJ3和控制J2、J6继电器起动的J3继电器重新得电吸合，其常开触点J3-1、J3-2闭合，接通起动电动机J2继电器电路，J2再次得电吸合，控制柴油机再次自起动，如果起动成功，其控制过程同一次起动成功的控制过程相同。若第2次起动仍不成功，间隔8s之后，还可再自起动一次，控制过程同上。