柴油發(fā)電機組是數據中心必備的應急電源。當市電發(fā)生斷電時，發(fā)電機組立即啟動，通過ATS轉換開關將發(fā)電機輸出電源切換至供配電系統(tǒng)，以便繼續(xù)為后端負載供電。作為應急電源，整個柴油發(fā)電機組系統(tǒng)一直設置在自動模式下。如果發(fā)電機組出現故障，將失去作為應急電源的意義。近期電力維護人員在試機時出現機組并機異常情況，因此將重點對此問題進行分析。

　　1 柴油發(fā)電機組系統(tǒng)

　　某數據中心的柴油發(fā)電機組系統(tǒng)由3臺低壓柴油發(fā)電機、3個MDEC控制器、1
個并機控制柜、4個A600控制器和6個框架式斷路器組成。柴油發(fā)動機型號為MTU 12 V
4000，發(fā)電機使用利萊森瑪自勵同步交流發(fā)電機。整套發(fā)電機系統(tǒng)是在2002年完成組裝的，當時由于受到技術上的限制，控制系統(tǒng)無法進行軟件編程與更新?，F在控制器硬件明顯老化，市場上已無備件。

　　2 柴油發(fā)電機組控制器

　　MDEC是一個用于柴油發(fā)動機控制、采用CAN總線通信的電子控制器，由1個電子控制模塊、12個單體噴油器和各機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，可以實現對發(fā)動機的恒定轉速控制，即發(fā)電機的負載在瞬間增大或減小時，輸出頻率(轉速)保持一定(穩(wěn)態(tài))。

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

　　3 發(fā)電機組并機原理

　　在設備出廠前，工程師已經對機組做好各項測試和參數設定，如轉速額定值為1500r/s(50Hz)、電壓額定值為400
V。在自動模式下啟動發(fā)電機組時，機組的頻率、電壓達到同步，由鎖相環(huán)電路自動調整各機組的相位至同步后實現正常并機。整套發(fā)電機組配置原理如圖2 所示。

　　將3臺機組的A600控制器設置在自動模式。并機控制柜的A600內置市電檢測模塊，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臺機組的A600內置處理器進行計算。各機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節(jié)器(AVR)，及時調節(jié)轉速和電壓。先到達額定輸出標準的機組，并機斷路器會自動合閘投入母排，此臺機組便作為主機運行，后面兩臺機組通過母排采集器獲得母排的頻率信號和電壓信號，以便機組及時跟蹤主機輸出。誰先與母排上的頻率和電壓同步，誰先并入母排。機組的并機執(zhí)行器是框架式斷路器，由A600控制它的合閘與分閘。3臺機組都通過并機斷路器與母排連接。整個測試時間10min，正常情況下未并入母排的機組運行
min后自動停機，即并機系統(tǒng)的運行方式為“兩用一備”。

　　如圖2 所示，機組母排并沒有直接與ATS 連接，而是通過并機控制柜的A600 控制MCB1、MCB2、MCB3 的分合閘，最后輸出到ATS
端。也就是說，并機控制柜起到一個二次保護的作用，每個A600控制各自的斷路器。

　　4 并機異常情況

　　在自動模式下啟機時，異常情況分為兩種。

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

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

　　5 原因分析

　　每年春秋兩次換季維護，電力維護人員會對MTU發(fā)動機進行檢修。目前，MTU發(fā)動機的各機械組件完全正常。檢查4臺A600控制器的內部組件，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、控制器電源輸入開關、外接信號線纜，結果顯示均正常。

　　自動模式下，1#機率先投入母排，其頻率下降至49Hz，而頻率的正常范圍49.8～50.1Hz。1#機除了頻率以外，其他數據均正常。由于2#、3#機的頻率始終在正常范圍內，無法使頻率與1#機同步，所以ACB2、ACB3作為保護隔離而未閉合，故無法并入母排。并機控制柜的A600通過RS-485總線收集各臺機組的運行數據，由于只有一臺機組投入母排，系統(tǒng)程序為防止機組過載運行，故只閉合MCB1。

　　2#、3#機其中的任一臺先投入母排時，1#機頻率將下降至49Hz，無法自動調節(jié)頻率至正常范圍內，致使1#機出現不同步報警，說明1#機的并機調速功能出現問題，而另一臺達到同步并入母排。2臺機組投入運行正是系統(tǒng)程序的優(yōu)先級，故并機控制柜內3個斷路器全部閉合。這兩種情況說明4個A600之間通信功能正常，所有框架式斷路器機械功能正常。

　　將3臺機組設置在手動模式，此模式下無法實現并機功能。分別手動啟動各臺發(fā)電機，控制屏顯示各項數據都在正常范圍內，說明3臺發(fā)電機整體機械功能正常。

　　經過反復啟機測試，最終得出結論：1#機A600的母排頻率采集信號電路出現故障，即A/D轉換器故障，50Hz
的電壓信號轉換成錯誤的49Hz數字頻率信號。

　　自動模式下，A600并機調速系統(tǒng)如圖3所示。1#機率先達到額定輸出，ACB1閉合前，作為標準給定值的母排頻率采集信號因為沒有發(fā)送到鎖相環(huán)電路，所以未產生差值信號至A600處理器，1#機的頻率保持在正常范圍內。ACB1
閉合后，母排頻率采集模塊轉換后的錯誤數字頻率信號發(fā)送到鎖相環(huán)電路，經過運算后發(fā)送錯誤的差值信號至A600處理器，A600處理器進行計算后便發(fā)送信號至MDEC，使得1#機的頻率下降至49Hz。在母排頻率逐漸下降的過程中，2#、3#機的鎖相環(huán)電路采集的母排頻率信號已經超出發(fā)電機組設置的頻率正常范圍，故停止跟蹤母排頻率，不并機運行，最終只有1#機獨自投入母排運行。

　　2#、3#機投入母排時，1#機的鎖相環(huán)電路經運算后發(fā)送錯誤的差值信號至A600處理器，使得1#機的頻率下降至49Hz。

　　6 解決方案

　　因為A600控制器早已經被淘汰，市場上沒有相關的備件，所以現行的辦法是將1#機手動退出并保護鎖死，2#、3#機仍然處于自動模式，以保證發(fā)電機組的正常啟動。

　　最好的解決辦法是更換新的控制器。新一代的控制器已經完全具備編程功能，處理器內置PC
端口，可以根據用戶需要，隨時修改與更新程序。一個控制器可以控制3臺機組、6個斷路器。這樣既便于維護與管理，又節(jié)約了工程預算。如果條件允許，還可以配置另一個控制器，實現主備同時運行，當主用控制器故障時可以及時切換至備用控制器。

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