石油钻机发电系统分解
50D钻机电控系统简介
ZJ50(70)D钻机电传动系统为由交流控制装置(GEN柜)、直流控制装置(SCR柜)、司钻控制台、PLC系统、交流电动机控制中心 (MCC)及电磁刹车控制器等主要部分组成。
电传动系统分布图如图1-1所示。
图1－1 ZJ50（70）D钻机电传动系统分布图上述装置中，司钻控制台放置在钻台上，其余设备都放置在电控房内。
交流控制装置共有3个(或4个)GEN柜，分别对柴油发电机进行控制，并进行上线(并网)发电。
在其负荷允许的范围内，保证输出600V，50Hz的交流电压。
各发电机可按工况需要，全部或任意两台以上上线运行时，负荷都能均衡分配，负荷转移平稳，能承受钻机的负荷特性和直流电动机启动时的冲击。
直流控制装置共有3个(或4个以上)SCR整流柜，分别将600V交流电压整流成0～750V连续可调的直流电压，并通过各柜中的直流接触器切换，以一拖二的驱动方式分别驱动泥浆泵(MP)，绞车(DW)，转盘(RT)和顶驱(TD)。
绞车和转盘电动机具有正反转功能。
转盘扭矩限制可在0～100%范围内任意调节。
绞车和泥浆泵均由两台电动机驱动，运行时负荷均衡，转速同步。
司钻控制台通过高性能的PLC控制，供司钻在钻井作业中进行各项操作，同时对控制系统的主要设备运行状态进行监控。
交流电动机控制中心的主要功能是对井场的钻台、泥浆泵房、泥浆循环罐区、油罐区、压气机房和水罐区等区域的交流电动机进行控制，并给井场提供照明电源。
交流电动机控制中心的电源来自一台变比为600V/400V的干式变压器。
若井场需要设置辅助发电机组，可在MCC柜配置辅助发电机组投入380V母线的接口。
电磁刹车装置给绞车在下钻作业中提供电磁制动力矩。
电控系统安装在一个具有撬座的房子内，系统与各外部设备的电缆电传动系统的动力配置，输出特性，控制操作和保护功能均能满足5000m(7000m)石油钻机的工作参数、性能和钻机工艺的要求。
系统采用防爆、防震、防潮和防火等措施，符合安全要求。
石油钻井机工作原理
石油钻井机工作原理石油钻井机是一种复杂的机械设备，用于在地层中钻探油井或气井。
其工作原理可以概括为以下几个核心部分：1. 动力系统：石油钻井机通常配备有强大的动力源，如柴油发动机、电动机或燃气轮机等，它们为整个钻井作业提供所需的能量。
2. 旋转系统：通过传动装置将动力传递给转盘，转盘带动钻杆及连接在钻杆底部的钻头进行高速旋转。
钻头利用切削、研磨等方式破碎地下岩石。
3. 起升系统：包括井架、天车、绞车和游动滑车等组件。
绞车通过钢丝绳（或链条）拉动大钩，从而实现钻具（包括钻杆、钻铤等）的起下动作，以便于更换钻头或者加深井眼。
4. 钻井液循环系统：泥浆泵（也称为钻井泵）将钻井液（通常是经过处理的水、泥浆或其它流体混合物）压入钻杆内腔，然后从钻头喷嘴喷出，以冷却钻头、润滑钻柱并携带破碎后的岩石颗粒返回地面。
在某些情况下，采用泵吸反循环方式，即通过钻杆内部形成的负压将破碎的岩屑吸入钻杆，并由泥浆泵排出到沉淀池，经分离处理后循环使用。
5. 控制系统和监测显示仪表：钻井过程中的各种参数，如钻压、扭矩、深度、钻井液性能等，均受到严格监控和控制，以确保钻井操作的安全性和有效性。
6. 辅助设备系统：这包括固控设备（用于处理和回收钻井液）、井控设备（防止井喷事故）、压缩空气系统（供气动工具使用）、液压系统以及供电系统等。
总的来说，石油钻机通过钻进、冷却润滑、钻井液循环等步骤，将地下的岩石层削碎并将油气储层暴露出来，从而实现石油和天然气的提取。
此外，石油钻井机还可以采用旋冲钻井技术，通过在钻头顶端设置冲击器装置，利用动力源给冲击器施加压力，使钻头持续旋转并产生更大的冲击力，从而快速击碎岩石，提高钻进效果。
同时，冲击器的工作内容也是旋冲钻井技术的关键部分，其工作原理是将系统力直接作用到钻头结构上，与防回水的动力联合，产生更大的冲击力，并将扭矩传输到钻头上。
在电力驱动方面，石油钻井机通常采用直流电动机进行驱动，通过通电导体在磁场中受电磁力的作用实现连续供电。
2024版石油钻井八大系统(PPT课件)
石油钻井八大系统(PPT课件)目录CATALOGUE•钻井系统概述•八大系统详解•钻井设备介绍•钻井技术探讨•现场操作与安全管理•未来发展趋势预测01CATALOGUE钻井系统概述钻井定义与分类钻井定义利用机械设备，将地层钻成具有一定深度和直径的圆柱形孔眼的工程作业。
钻井分类根据钻井目的和方式不同，可分为地质勘探井、工业油气井、水文地质井、地热井等。
钻井工艺流程包括井场平整、设备安装调试、钻具组合等。
使用钻头破碎岩石，形成井眼。
在井眼内下入套管，并注入水泥浆封固套管与井壁之间的环形空间。
包括井口装置安装、试油测试等作业，最终完成钻井工程。
钻前准备钻进固井完井提供钻进所需的旋转动力和起升动力，是整个钻井系统的核心。
钻机钻具泥浆系统包括钻头、钻铤、钻杆等，用于传递扭矩、破碎岩石并引导井眼轨迹。
由泥浆泵、泥浆池、泥浆净化设备等组成，用于循环泥浆以冷却钻头、携带岩屑并维持井壁稳定。
030201固控系统动力系统控制系统安全防护系统01020304通过振动筛、除砂器、除泥器等设备对泥浆进行净化处理，保证泥浆性能稳定。
为钻机提供动力，包括柴油机、电动机等。
对钻机各部件进行集中控制，实现自动化或半自动化操作。
包括防喷器、防火器材等，确保钻井作业安全进行。
02CATALOGUE八大系统详解钻头、钻柱、转盘、驱动装置等组成提供钻头的旋转动力，破碎岩石，形成井眼功能旋转速度控制、扭矩控制、防卡钻技术等关键技术旋转系统循环系统组成泥浆泵、泥浆管线、泥浆池、钻头等功能循环钻井液，携带岩屑，冷却钻头，稳定井壁关键技术泥浆性能控制、循环压力控制、防漏防喷技术等柴油机、电动机、发电机、传动装置等组成提供钻井所需的动力，驱动各系统运转功能动力匹配技术、节能技术、排放控制技术等关键技术组成天车、游车、大钩、绞车等功能起升和下放钻具，控制钻压，实现钻进和起下钻作业关键技术起升力控制、防碰防顿技术、自动化控制技术等功能控制各系统的运行，实现钻井过程的自动化和智能化组成司钻控制台、电气控制系统、液压控制系统等关键技术控制系统集成技术、故障诊断技术、远程监控技术等03关键技术传动效率控制技术、减振降噪技术、可靠性设计等01组成变速箱、传动轴、万向节等02功能传递动力和扭矩，实现各系统的协同工作1 2 3井口装置、防喷器、压井管汇等组成控制井口压力，防止井喷和井漏，确保钻井安全功能井控装置设计技术、井控工艺技术、应急处理技术等关键技术组成振动筛、除砂器、除泥器、离心机等功能清除钻井液中的固相颗粒，维护钻井液性能，提高钻井效率关键技术固控设备选型技术、固控工艺流程设计技术、固控效果评价技术等03CATALOGUE钻井设备介绍钻机类型及特点陆地钻机适用于陆地石油钻井，稳定性好，移动方便。
钻机八大系统
钻机八大系统1、旋转系统在钻井过程中，旋转系统通过转动井中钻柱带动钻头旋转破碎岩石。
它主要包括转盘、水龙头。
转盘型号：ZP375，功率：5850kN。
水龙头型号：SL-450，功率：4500kN。
2、循环系统循环系统主要作用是循环钻井液，及时清洗井底、携带岩屑，分离钻井液中多余固相、保护井壁和冷却钻头等。
它主要包括泥浆罐、泥浆泵、地面管线、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤、钻头、环空、导流管、振动筛、除砂器、除泥器、离心机、搅拌机等。
泥浆泵型号：F-1600，功率：1176kW。
水龙头型号：SL-450，功率：4500kN。
振动筛型号：ZSW-2，振动筛负荷：50L/s，数量：3个。
除砂除泥一体机型号：ZCN250，数量1个。
离心机型号：LW450-1000-N1、LW450-1000-N3，负荷：40m3/h、60m3/h。
3、起升系统起升系统用于起下钻具、下套管、控制钻压及钻头钻进等。
它主要包括绞车、辅助刹车、井架、天车、游动滑车、大钩、钢丝绳、吊环、吊卡、卡瓦、液压大钳、“B”型大钳等。
绞车型号：JC70D，功率：1470kW。
井架型号：JJ450/45-K7，负荷：4500kN。
天车型号：TC450，负荷：4500kN。
游动滑车型号：YG450，负荷：4500kN。
4、动力系统动力系统主要是为各工作机提供动力，按动力设备不同分为机械驱动和电驱动两大类，即分别以柴油机和电动机为动力。
柴油发电机组型号：TYM-ZJ1600，功率：1000kW，数量：4个。
发电机：YG505，功率：400kW。
5、传动系统传动系统的作用是连接发动机与工作机，实现能量从驱动设备到工作机组的能量传递、分配及运动方式的转换。
电传动系统型号：VFDSL70715，功率1900KV A。
6、控制系统控制系统的作用是指挥各机组协调进行工作，常用的有气控、电控、液控等。
7、钻机底座钻机底座包括钻台底座和机房底座。
钻台底座用于安装井架、转盘、放置立根盒及必要的井口工具等。
(完整版)钻机八大系统组成及作用
钻机定义石油钻井的地面配套设备称为钻机，石油钻机是由多种机器设备组成的一套大功率重型联合工作机组。
钻机八大系统（1）起升系统组成：天车、游车、大钩、绞车、滚筒、钢丝绳以及吊环、吊卡、吊钳、卡瓦等井口工具。
作用：下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。
（2）旋转系统组成：转盘、水龙头、钻头、钻柱。
作用：保证在钻井液高压循环的情况下，给井下钻具提供足够的旋转扭矩和动力，以满足破岩钻进和井下其它要求。
（3）循环系统组成：泥浆泵、地面管汇、泥浆罐、泥浆净化设备。
其中地面管汇包括高压管汇、立管、水龙带，泥浆净化设备包括振动筛、除砂器、除泥器、离心机等。
作用：从井底清除岩屑；冷却钻头和润滑钻具。
泥浆泵号称钻机的“心脏”泥浆的循环流程：泥浆泵－地面高压管汇－立管－水龙带－水龙头－钻柱（方钻杆、钻杆、钻铤）－钻头－环形空间－地面排出管线－固控设备－泥浆池－泥浆泵起升系统、循环系统和旋转系统是钻机的三大工作机组（4）动力系统组成：柴油机、电动机。
作用：为整套机组（三大工作机组及其他辅助机组）提供能量。
（5）传动系统组成：联轴器、离合器、变速箱、皮带传动、链条传动等装置作用：把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘（三大工作机）（6）控制系统组成：机械控制、气控制、电控制和液控制等。
作用：控制各系统、设备按工艺要求进行。
司钻通过钻机上司钻控制台可以完成几乎所有的钻机控制：如总离合器的离合；各动力机的并车；绞车、转盘和钻井泵的起、停；绞车的高低速控制等。
（7）钻机底座系统组成：钻台底座、机房底座。
作用：支撑和安装各钻井设备和工具，提供钻井操作场所，方便钻机设备的移运。
（8）辅助设备系统组成：供气设备、辅助发电设备、井口防喷设备、钻鼠洞设备及辅助起重设备等。
作用：协助主系统工作，保证钻井的安全和正常进行。
第2节 旋转钻机的六大系统
用真空泵抽吸作用， 在真空罐内造成负压 区，泥浆在外界大气 压的作用下，通过吸 入管进入空心轴，再 从空心轴窗口向四周 喷射，与罐壁发生碰 撞，破碎气泡，使气 液分离，气体被真空 泵抽出，液体则在叶 轮的旋转作用下，从 排出管排至泥浆罐中。
除砂器及除泥器 • 主要结构：
旋流器
旋流除砂器
旋流除泥器
旋 流 器：
钻井液液气分离器也是气浸钻井 液除气的专用设备，属常压除气 范畴，基于常压除气原理，不过 它是处理气浸钻井液的初级脱气 设备，与除气器的主要区别在于 它主要用于清除环空钻井液喷出 来的直径≥3mm 的大气泡。
大气泡是指大部分充满井眼环空某 段的钻井液的膨胀性气体，其直径 大约为3-25mm 。这些大气泡引起 井涌，甚至喷出转盘表面。
水龙头
顶驱系统
钻井装备 旋转系统-水龙头、方钻杆与转盘（或顶驱）
4 循环系统 – 功能： • 通过泥浆循环清洗井底 岩屑； • 同时冷却钻头、润滑钻 具。 – 组成：泥浆泵、泥浆净化 装置和泥浆槽、泥浆罐。
立管
水龙头 水龙带
泥浆泵方Βιβλιοθήκη 排出 管线洗 井钻 杆
液 吸入管线 返
出
钻 柱
管
环
线
空
井 壁
1 动力系统
发电房
发电机组
MCC 钻井交流电动机控制中心
SCR-直流钻机的电控房
2 起升系统 – 功能：下放、悬吊或 起升钻柱、套管柱和 其他井下设备。 – 组成：井架、天车、 游动滑车、大绳、大 钩及绞车。
钻井装备
起升系统-井架、绞车、天车、游车和钢丝绳
天 车
游 车
绞 车
3 旋转系统 – 功能：给钻头提供破岩 扭矩；旋转钻柱；接、 卸钻柱和钻具。 – 组成：水龙头和转盘。
石油钻井八大系统[知识探索]
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1.4、大钩
钻井大钩是重要提升 设备。
上部与游车相接，尖 钩钩住水龙头上部提 环。
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2、旋转系统
作用：驱动钻具旋转以破碎岩层
组成：水龙头、转盘、钻具（一般包括方钻杆、钻杆、钻 铤和钻头，扶正器、减震器以及配合接头等）
工作原理：转盘通过方钻杆带动整个钻柱（由钻杆和钻铤
等钻具组成）和钻头旋转，钻头直接破碎岩石，水龙头提
供高压泥浆的通道。
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2.1、水龙头
钻机提升部件与旋转 钻具之间的过渡部件。
上部的提环与大钩相 连，下部中心管与方 钻杆相连。水龙头上 的鹅颈管与水龙带相 连接，中心管与钻具 相连形成泥浆循环通 道。
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提环 鹅颈管
中心管
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2.2、转盘
钻杆铤头 14
钻柱
方钻杆
钻柱连接示意图
钻铤
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3、循环系统
作用：由钻井液（泥浆）将井底钻头破碎的岩屑及时携带到地 面上来，同时冷却钻头保护井壁
组成：泥浆罐、钻井泵、地面管汇（包括高压管汇、立管、水 龙带等 ）泥浆净化设备（包括震动筛、旋流器、离心机等）。
工作原理：钻井泵将泥浆从泥浆罐中吸入并加压，经过地面管 汇进入水龙头，通过空心的钻具下到井底，从钻头的水眼喷出， 经井眼和钻具之间的环行空间携带岩屑返回地面，经各级泥浆 净化设备净化，然后重复使用。
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5、传动系统
作用 把柴油机或柴油机 组的动力分配到各 个工作机组
组成 机械传动、电动传 动、液压传动
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6、控制系统
作用 指挥各系统协调工 作
石油钻机主要组成
现代钻井系统组成
动力系统 提升系统 旋转系统 循环系统 井控系统
1.动力系统 1.动力系统
柴油机(黄色 直接驱动发 柴油机 黄色)直接驱动发 黄色 电机给钻井设备提供电能
电动机驱动泥浆泵工作 (顶部装置为发电机降温 顶部装置为发电机降温) 顶部装置为发电机降温
电力传输动力系统
死绳锚 绞车
存储滚筒
2.提升系统 2.提升系统
绞车由带钢丝绳的滚筒、 绞车由带钢丝绳的滚筒、 猫头轴、离合器、 猫头轴、离合器、换向齿 轮-链条及刹车装置组成 链条及刹车装置组成
猫头分为摩擦式猫 头和自动猫头
提升系统→ 提升系统→绞车与猫头
2.提升系统 2.提升系统 提 升 系 统 ↓ 天 车 | 游 车 | 钢 丝 绳
旋转装置
→钻头
PDC钻头 PDC钻头
取 芯 钻 头
旋转装置
三牙轮钻头
新 钻 头 正 准 备 入 井 钻 井 液 高 速 流 过 喷 嘴
旋转装置
→井下钻具旋转方式 钻柱扭振 钻柱横振 钻 柱 纵 振
4.循环系统 4.循环系统
水龙带 泥浆泵 水龙头
泥浆泵
加重装置
立管 排出管线 方钻杆
泥浆池
钻柱
立管
谢谢大家
1.动力系统 1.动力系统
皮带传递动力带动 上部的泥浆泵工作
几台发动机的链条及 齿轮组装在金属盒内
机械传输动力系统
天车 死绳
2.提升系统 2.提升系统
旋 转 钻 井 平 台 提 升 系 统
快绳 钻绳 游车 滚筒 大钩
不论钻井平台是以 电能还是机械传输动 力，目的都是为了钻 井，所以提升系统必 不可少。 不可少。一般提升系 统由绞车、滚筒、 统由绞车、滚筒、井 天车、 架、天车、游车和钢 丝绳组成。 丝绳组成。
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• PLC可编程逻辑控制器
西门子S7-200系列PLC具有体积小、扩展性强、价格低廉等优点， 可完美的满足小规模的控制要求。 它是发电控制系统的逻辑控制中心，实现柴油发电机的由停机到怠 速、满速、发电、并网的控制切换。可实现系统的紧急停车、故障报警、 运行指示等功能。
• ABB空气断路器
发电系统输出供电断路器，ABB SACE公司 制造的低压空气断路器是当今市场上能找到的
2301A可以和伍德沃德的SPM-D11同步器负荷
传感器及其他发电控制设备相匹配，可实现 几台并网机组之间有功负荷均衡。
• 调压器
数字调压器采用西门子6RA70系列直流调速 装置，用以控制发电机励磁电流的大小，与电 子调速器2301A共同构成一个转速电流的双闭环 系统，从而在系统负荷发生波动时，能够使发 电机的电压稳定在600V，电网的频率稳定在
最顶级的产品。具有结构坚固、安全可靠、完
善的智能保护功能等诸多优点，根据系统需要， 断路器配有电动机储能装置，由PLC控制合闸/ 分闸，无须人工操作。在正常状态下，只需操 作门板上一个旋钮开关，就可以控制发电机的 启动发电、并网合闸。
• 稳压电源
包括AC220V稳压电源UPS及DC24V开关电源。 UPS电源进线安装了交流滤波器，为6RA70直流 调速装置提供稳定纯净的交流电源，确保发电 机励磁电流可稳定控制；开关电源为控制系统
依据发电机额定电流整定 2.5倍发电机额定电流 ≥95%发电机额定功率
• 电流限制:
≥95%发电机额定电流
• 三、项目的部件构成及关键技术 调速器
正向动作型 ( 分正向和反向动作型两种 , 正向型 : 执行器的输出大小和控制器的输出 电流成正比反向型则成反比)电子调速器 2301A，与CAT35系列柴油机、执行器以及测 速磁头共同组成速度调节系统。以达到柴油 机转速稳定即发电机频率稳定的目的。
全面的监视仪表。
• 变压器
发电控制系统变压器根据其各自功能 不同分为：励磁变压器、测量变压器、反
馈变压器、同期变压器、电源变压器；它
们在系统中各 •
1 发电机组 1.1 启动前的准备 启动前，首先按柴油机起动规程检查油、汽、水及柴油机各个有关部件。 然后按以下规程检查: (1) 打开柜门，合上UPS电源开关，操作“运行开关”S1至“怠速”位置， 投控制电源，“电源管理器”屏幕闪烁，调压器、PLC、电力仪表均有电源 指示。 (2)柜中X2端子排上11＃、16＃直流电压应大于DC20V。。 (3)“发电机主开关”Q1应处在“断开”位置。 1.2 起机 在准备工作完全就绪后，按如下规程进行操作。 (1)打开压缩空气阀门，操作气动按钮，柴油机自动升速至怠速值。 (2) 经柴油机怠速运转一段时间后，操作“运行开关”S1至“满速”位置， 柴油机转速应升至额定值。 (3) 操作“运行开关”S1至“发电”位置。 (4) 观察“电力仪表”P，三相电压为600V。 (5) 观察“电力仪表”P，频率为50Hz。 (6) 发电机“运行”灯H1亮，此时发电机处在空载运行状态。
• 有功均衡为机组额定的≤±3%
保护(超出保护值断路器跳闸)：
• • • • • • • • 过电压: 欠电压: 欠频率: 逆功率: 励磁过流 过电流: 短路： 功率限制: +20% -15% -10% -7% 150% 延时1s 延时1s 延时1s 延时1s 延时1s
• 过频率:
+10% 延时1s
发电机组常见问题解析
答辩人:于洋 孙德磊 王跃 杨东
装备制造总公司电气公司工程调试部 二○○八年八月
•
发电控制系统是石油钻机的动力来源,是钻机 一、概述 发电机组控制系统，其主要功能是对柴油发电机
电控系统的重要组成部分; •
组进行控制，具体的控制对象是柴油机转速和发 电机电压，同时对发电机组的运行进行测量监视 和安全保护。
50HZ，从而满足系统的要求，使系统能够稳定
的运行。
• 电源管理器
数字式电源管理器SPM-D11是一款微处 理控制技术的同步装置，它可以和Woodward 或其他品牌的调速器和调压器相兼容，适于 单相或三相交流发电机。具有断路器Q1控制、
负荷自动分配和功率因数的控制功能，以及
发电机组保护功能。 它是一个综合的发电机组管理模块。用 于管理发电机组如同步检定、有功和无功均 衡、保护发电机过/欠电压、超/低频率、逆 功、减功率以及过载等。
二、发电机组控制柜主要技术指标及特色 • 调速器输出信号为:0-200mA、正向;
• • • • • • • • • • • 转速范围:1500r/m-6000r/m 频率稳定度（稳态）:≤0.5% 频率降（稳态）：≤3% 瞬态频率差：≤10% 频率恢复时间：≤2S 调压器励磁电压输出为:DC 0-130V 调压器励磁电流输出为:DC 0-30A 电压稳定度（稳态）:≤1% 瞬态电压差：≤15% 电压恢复时间：≤2.5S 无功均衡为机组额定的≤±3%
常见问题解析
常见问题解析
• • • • • • • • • 1.1 发电机组的并网操作 欲将处在空载运行状态的机组并入交流母线上运行，按如下操作。 (1)“发电机主开关”Q1的显示已储能状态，且开关处于分闸位置，参考下图。 (2) 操作“运行开关”S1至“并网”位置。 (3) 等待“电源管理器”发出合闸指令，Q1自动闭合，柜门上并网指示灯H4亮。 警告：禁止在“发电机主开关”Q1上直接操作合闸按钮，直接合闸将导致系统运行不稳定，或者可能造成 机组设备的损坏。 1.1 发电机组的解列停机操作 需停掉一台机组时。操作“运行开关”S1由并网旋至满速，主开关将自动分闸，待电压降至40V左右然后使 运行开关旋至怠速，等待机组冷却后运行开关旋至停机位置。打开柜门关掉UPS电源开关。 注意:当发电机组停机时，务必将发电机组控制柜上的“运行开关”旋至“停机”位置，关掉UPS电源以保证 蓄电池不放电。特别是存储运输过程中必须保证“运行开关”处在“停机”位置，否则蓄电池的电能将被耗 尽。
提供稳定的直流电源，有效克服进线电源的电
压波动及谐波干扰。
• 电源监视器
多功能电力监视仪表，实时在线监视电源三
相电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功 率因数等等；通信配有RS—485标准接口，远程 异地显示电源参数；各种故障报警：相序亦转、 过/低电压、过/低电流、过/低频率、有功/无功 功率过输出、三相电压/电流不平衡率、电压/电 流谐波等。其结构简单、安装方便，是一个功能