中压柴油发电机组选定计算与容量匹配

　　摘要：中压发电机组的选购通常根据后端负载的整体容量进行排列组合，容量段基础集中在1800～2400kW常载（PRP）功率范围。中压柴油发电机组因其并联的数量可扩展性强，目前的并联技术可持续32台，通过BTB（母线与母线台，给大功率的Power Plant等提供了满足容量的刚性需求。目前，并联均采用分布式，每台柴油发电机组控制系统除了具备各种参数显示、事故报警、自启动-停机及保护作用外，还自带负荷分配、容量管理、CAN通信等，为分布式应急电源提供了亮点的条件。

　　      备用供电系统的运转对电力提供的稳定性要求非常高，发电机需要具备以下稳定性要求：

　　      发电机在运行过程中，输出电压和频率应保持稳定，在额定负荷下波动范围应控制在合理范围内。

　　      发电机应具备较好的负荷适应能力，能够在不一样负荷因素下保持稳定输出。

　　      发电机需要在大电停电后能够迅速起动，以确保备用供电装置的持续供电，自起动智能装置如图1所示。

　　      随着环保意识的增强，备用供电装置发电机也需要具备一定的节能环保要点：

　　      发电机需要具备较低的燃油消耗率，以减小运行成本并减轻对环境的影响。

　　      发电机在运行时会发生噪音，需要选择降噪措施，以减轻对周围环境和人员的影响。

　　      发电机在运行时发生的废气需要经过处理，以减少对大气环境的污染。尾气处理系统工艺过程如图2所示。

　　      根据不同的应用场合采用不一样型号的发电机，详细考虑发电机的关键特点-带载能力康明斯发电机官网。

　　      集中在该容量段区域调速方式分为两种，一种为电子调速，二种为电控（中压共轨电控），差异具体是排放等级的差异。

　　      柴油、燃气和重油等，不同的地区其燃料的储备好处不同。

　　      备用供电装置柴油发电机的技术要求包括稳定性、可靠性、安全性和节能环保性。只有具备这些要点，才能保证备用供电系统在大电事故时能够持续稳定地运转，为各行各业供应有效可靠的参数服务。

　　      在备用后备柴油发电机组电压等级通常分为低压（108～690V）、中压（6.3～15kV），目前行业内发电机的最中压等级为15kV，高出此电压等级的只能采取升压变压器升压后并机的步骤进行选用。康明斯公司极力推荐应采用斯坦福同步无刷发电机，因为其保养简易，采用DVR数字式自动电压调节器，电压稳定，抗干扰性能强，可选永磁励磁发电机，提升非线性负载的承载能力；按照F级绝缘F级温升进行选用；同时发电机实载能力的大小与发电机本身的性能有关外，还与其自身几个关键参数相关，其参数值的大小直接危害带不同负载的实载能力；主要包括直轴瞬间电抗值、直轴超瞬间电抗值、功率因数对外部的谐波（例如3次、5次、7次谐波等）。

　　      Xd是代表发电机磁饱和值，决定发电机运转曲线上的安全区域，当发电机运行在最高的磁通值时，Xd电抗是最低的，其值的大小也反映了发电机性能的优劣。

　　      Xd是代表发电机运行中三相突然短路瞬变的过渡电抗。直轴瞬变电抗是发电机额定速度运转时，定子绕组直轴总磁链产生电压中的交流基波分量在突变时的初始值与同时变化的直轴交流基波电流之比。它也是发电机和整个电力装置的重要数据，对发电机的动态稳定极限及突然加负载时的瞬态电压变化率有很大影响。Xd越小，动态稳定极限越大、瞬态电压变化率越小；但Xd越小，定子铁心要增大，从而使发电缸体积增大、成本增加。Xd的值主要由定子绕组和励磁绕组的漏抗值决定。

　　备注：直轴瞬态电抗的值详细体现发电机带突加大电流的负荷能力，值越低其带类似发电机负荷的能力越强，具体是带畸变负载。

　　      X”d是代表发电机运转中三相突然短路最初一瞬态的过渡电抗。发电机突然短路时，转子励磁绕组和阻尼绕组为保持磁链不变，感应出对电枢反应磁通起去磁用途的电流，将电枢反应磁通挤到励磁绕组和阻尼绕组的漏磁通的路径上，这个路径的磁阻很大即磁导很小，故其相对应的直轴电抗也很小，这个等效电抗称为直轴超瞬变电抗X”d，也即有阻尼绕组的发电机突然短路时，定子电流的周期分量由X”d来限制。组成上，X”d主要由发电机定子绕组和阻尼绕组的漏抗值决定。对于无阻尼绕组的发电机，则X”d＝Xd康明斯发电机组。

　　      因为X”d的大小影响电力装置突然短路时短路电流的大小，故X”d值的大小也影响到系统中中压输变电装置特别是中压断路器的选择，如动稳定电流等数据。从电气装置选用来说，希望X”d大些，这样短路电流小一些。此值存在矛盾，其值越小，带非线性负载能力越强，但是值越小短路电流又比较大；此值详细反映是带非线性负荷；其关系体现如图3所示。发电机带时间常数的瞬态电抗（Xd）和次瞬态电抗（X”d）（共同值Xg），反应其实载能力一个非常重要的体现。

　　（1）当启动一台发电机，电压下降的百分数将取决于发电机的起动容量（或同时起动的发电机的全部功率的总和）。

　　负载功率因数对发电机组输出功率的影响，功率因数分为超前和滞后两种，容量因数越低，给负载供电时对发电机的容量要点越高。商用三相发电机标称为PF是0.8（滞后）。任何时候用发电机给功率因数为超前的负载供电时应特别注意。      如图4所示中，发电机组的容量在蓝色和红色的区域中（面积大的一块），图4左边是容量因数超前，图4右边是容量因数滞后。

　　（1）当负荷容量因数≥0.8（滞后）时，发电机组实载能力由发电机组额定有功功率确定；当负载功率因数＜0.8（滞后）时，发电机组带载能力由发电机组额定视在容量确定。

　　（2）当负载功率因数≥0.9（超前）时，发电机组带载能力由发电机组额定有功容量确定；当负载功率因数＜0.9（超前）时，发电机组效率下降很快。

　　备注：详细功率因数的选择，首先要考虑负载本身的容量因数后，再综合考虑发电机、发电机的功率匹配，以保证发电机组选取的综合性价比。

　　      励磁步骤对发电机带非线性负荷的能力起着关键性的功用，详细参照励磁程序的对比；发电机的选型也需充分考虑外部谐波对其造成的危害。      非线性负载会向康明斯发电机组反射大量的谐波，其中5次和7次谐波危害最严重，尤其是非线性负荷较大而发电机组容量又较小时这种危害就更明显。根据有关资料探讨表明，发电机组输出侧的负载总谐波电流超过发电机组额定电流的5％时，就可能致使油机振荡、稳定期间延长，并使发电机组输出实际功率减轻10％。除此之外，因为发电机组的内阻相对大电来说大很多，由谐波电流致使的电压畸变就大很多，再加上发电机组本身也会发生谐波，其后果将出现发电机组输出电压严重失真和负载设备误动作，严重时会损坏稳压板和负载装置重庆康明斯。为了处置发电机组自身发生的谐波，目前各服务商通行的做法是采取2/3节距的发电机，可排查3次谐波，但无法解除5次和7次谐波，见表1。

　　      目前，中压发电机除了2/3节距，还有5/6不规则的节距，同样是处于对谐波抑制的规划考虑。要排除发电机组所面临的谐波问题，可从以下两方面着手：

　　      一方面是从解除谐波对发电机组的影响着手，即增强发电机组抗谐波干扰的能力。此时需选取额定功率比正常需求大很多的发电机组，一般发电机组功率为备用电源容量的若干倍再加上其他通常负载，这样可以有效提高发电机组对谐波时的瞬间特性。但这样将大幅度增加投资，可以通过采用一些特殊

　　      因PMG系列发电机的电子自动调压装置电压板独立于发电机的机械装置，容量源从副励磁机电枢绕组取得。在发电机负载和转速突变时，该装置不受发电机机械过渡步骤的影响，将输出电压调节到额定值。因此，PMG系列发电机的动态电压调节率远小于其他励磁发电机，并有较好的动态稳定性，可提升发电机带非线性负荷能力。因为PMG装置提供一个与定子输出电压波形畸变及大小无关的恒定的励磁电源，因而能提供较高的发电机起动承受能力，并对非线性负载产生的主机定子输出电压的波形畸变具有抗干扰性。

　　      以提升发电机组带非线性负荷的能力。通常柴油发电机和发电机的功率匹配关系是柴油发电机净输出机械容量略大于发电机容量，发电机组的输出有功功率大小取决于柴油发电机的功率，而视在容量则详细取决于发电机的功率，发电机组在带备用电源负载时，只要加大发电机的功率，其瞬态特征就会大大的提升，而发电机组的输出有功容量其实并未增加，因而采取这种所谓“小马拉大车”的程序来解决非线性负载的问题。即柴油发电机的容量按照所有负荷有功功率之和略大来选取，发电机容量则按照上面所说的举措来配置。该策略可以在满足使用要求的前提下，大幅度减少投资，同时也避免柴油发电机发生长时间低负载运转的几率，增强其使用可靠性。

　　      另一方面是从排查负荷谐波着手。通过谐波治理来达到解决系统谐波的目的，从而解除其对发电机组的危害。

　　     中压柴油发电机组自启动工作步骤动态图如图5所示。

　　      现有的通信机房中除了备用电源外，一般还有空调、开关电源等设备，根据实际操作情形和发电机组的相关参数，可选择如下策略来确定发电机组容量的大小：

　　      由前可知，以典型通信机房的容量因数均大于0.9为例，当发电机组的输出有功容量满载时，视在容量还存在富余量。因此，从功率因数的角度来看，目前发电机组中发电机的功率得不到全面利用。发电机组0.8的额定输出容量因数过低，应该提升。

　　      另外，发电机由于老化会引起性能下降，即发电机可输出的有功功率会随之下降。而发电机的性能一般比较稳定，即发电机组可输出的视在功率比较稳定。随着时间的推移，发电机容量的富余量会越来越大。但从谐波的角度看，由于通信机房内谐波的存在，特别是5次、7次谐波的存在，要点发电机组具有较强的瞬间响应特征，以避免谐波对发电机组的正常运转造成危害。如此一来，又要求发电机的配置相对发电机来说越大越好。另外，从发电机组经济性上阐述，发电机组的具体成本在发电机部分，发电机是相对而言比较经济的部分，用较经济的成本换取发电机组更好的瞬间响应特征。

　　      综合以上的几点条件，现有柴油发电机组选择0.8的额定功率因数是合理的。

　　      备用供电装置作为关键基础设施，对电力提供的可靠性要点非常高，康明斯发电机组需要具备以下可靠性要点：

　　（1）故障自恢复能力：柴油发电机组应具备故障自恢复能力，能够在产生损坏后自动转换到备载机组，并及时通知运维人员进行修理。

　　（2）平稳转换能力：柴油发电机组需要能够与电力公司的市电平稳切换，以避免发生大电恢复后的电压冲击，对备用供电装置的电力装置造成故障。

　　（3）长时间连续运转能力：康明斯发电机组需要具备长时间持续运转的能力，以满足应急供电系统在大电故障时的长时间供电需求。

　　      应急供电系统是承载大量敏感信息的场所，为了保障数据安全，柴油发电机组需要具备以下安全性要点：

　　（1）防火安全：柴油发电机组应采取防火材料进行封装，避免因发生火灾而对应急供电装置造成安全隐患。

　　（2） 排放安全：柴油发电机组在运转时会发生废气，需要采取相应的排气系统，将废气安全排放到室外，预防对人员健康和环境造成危害。

　　（3）监控安全：康明斯发电机组需要配备完善的监控系统，能够实时监测各种数据，如温度、压力等，及时发现损坏并采用相应的方法。

　　      中压柴油发电机供电系统由柴油发电机、发电机控制屏、交流发电机、发电机出口开关柜、接地电阻柜、PT柜及出线柜等组成。每个供电装置的柴油发电机的数量根据“N+1”原则（N台的总容量满足负载需求，另1台作为备用）确定，保证用电负载正常运转。需要注意的是，因柴油发电机是参数中心的后备电源，而且价格较为昂贵，故而通过电气保护措施保证其安全运转是电气布置中的一项重要作业。