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应急发电机组厂家推荐的选型方案 |
摘要：柴油发电机组是大部分企业采用主要应急类型电源的方式，负责在紧急情况或事故造成市电临时停电，在尽可能短的时间内通过应急电源迅速恢复并延长一段供电时间。这类用电负荷也称为一级负荷。因此，对断电时间有严格要求的用电负载，必须配备发电机组，从而有效防止或制止灾难事故的发生，保证在紧急时刻不能停工或影响复产。本文从应急机组的国产化成套出发，在分析相关标准和规范的基础上，归纳总结了发电机组用柴油机应达到的关键技术要求，给出了应急和常用发电机组用柴油机的选型方法，对柴油发电机组的国产化成套具有一定的指导意义。
一、结构比较和工作特点
柴油发电机组由原动机、发电机、控制系统三部分组成。柴油机作为柴油发电机组的原动机，其选型的科学与否直接决定着柴油发电机组的配置成本和性能状况。目前，国内1600KW 以上的柴油发电机组主要依赖进口，1600KW以下的柴油发电机组则主要是进行国产化成套。室内机型案例如图1所示，室外机型如图2所示。
1、柴油机结构比较
柴油机按工作循环的冲程数分为四冲程柴油机和二冲程柴油机；按气缸的排列方式可分为直列式、V型、W型柴油机：按进气方式的不同分为增压和非增压柴油机。
目前，国内生产的500kW以下柴油机主要以直列式柴油机为主，500kW以上柴油机除了直列式柴油机以外，还包括V型柴油机。同二冲程柴油机相比，四冲程柴油机具有作功间隔短，运转平稳，飞轮转动惯量小，启动时间短，且燃油效率低等优点；而涡轮增压可有效提高柴油机的功率和经济性：受结构影响，大功率V型柴油机可有效节省安装空间。
因此，从购置成本、运行经济性、节省安装空间等方面出发，在柴油发电机组成套时， 500kW以下应急发电用柴油机推荐使用四冲程、涡轮增压、直列式柴油机，500kW以上应急发电用柴油机推荐使用四冲程、涡轮增压、V型柴油机。
2、工作特点
（1）作应急用
通常柴油发电机组连续工作的时间不长，一般只需要持续运行几小时（≤12h）；
（2）作备用
柴油发电机组平时处于停机等待状态，只有当主用电源全部故障断电后，应怠发电机组才起动运行供给紧急用电负荷，当主用电源恢复正常后，随即切换停机。
（3）作常用
常载是指柴油发电机长时间内持续工作，一般用于提供持续稳定的电力。常载状态下，发电机的负载率一般在50%-75%之间，这样可以保证发电机的寿命和效率。常载还需要考虑到发电机的温度和振动等因素，以保证发电机的安全运行。
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图1 室内型柴油发电机组实际工程案例 |
图2 户外型柴油发电机组实际工程案例 |
二、应急柴油发电机组的选择
应急发电机组主要用于重要场所，在紧急情况、事故停电或瞬间停电，通过应急发电机组迅速恢复并延长一段供电时间，这类用电负载为一级负载。对断电时间有严格要求的设备、仪表以及计算机系统，除配备发电机组外，还应配备蓄电池或UPS电源。应急发电机组的工作有两个特点：一是作应急用，连续工作的时间不长，一般只需要运行几小时（小于12h）；二是作备用，应急发电机组平时是处于停机等待状态，只有当主用电源全部故障断电后，应急发电机组才启动运行，并为紧急用电负载供电，当主用电源恢复后，随即切换停机。
1、应急发电机组容量的确定
应急柴油发电机组的额定容量为经大气修正以后的12h额定容量，其容量应能满足紧急用电的计算总负载，并按发电机容量能满足一级负载中单台最大容量电动机启动的要求进行校验。应急发电机一般选用三相无刷交流同步发电机，其额定输出电压为400V。
2、应急柴油发电机组台数的确定
根据应急负载容量一般只设置1台应急柴油发电机组，也可以选用2台以上发电机组并联运行供电。由于并机技术的进步，目前数据中心应急备用电源已有20台以上柴油发电机组并联应用实例，详见第7章内容。当选用多台柴油发电机组时，发电机组应尽量选用型号、容量相同，调压、调速特性相近的成套设备，所用的燃料性质应一致，以便运行维修保养及共用备件，当应急备用的发电机组有2台时，自启动装置应使2台发电机组能互为备用，即市电电源故障停电经过延时确认以后，发出自启动指令，如果第1台发电机组连续3次自启动失败，应发出报警信号，并自动启动第2台发电机组。
3、应急柴油发电机组的选择
应急发电机组宜选用高速、增压、油耗低、高可靠性、同容量的柴油发电机组。高速、增压柴油机单机容量较大，占地空间较小，柴油机选配电子调速装置，调速性能较好，发电机宜选配无刷励磁的同步发电机。
4、应急柴油发电机组的控制
应急柴油发电机组的控制应具有快速自启动及自动投入装置。当主用电源故障断电后，应急发电机组应能快速自启动并恢复供电，一级负载的允许断电时间从十几秒至几十秒，应根据具体情况确定。当重要工程的主用电源断电以后，首先要有3～5s的确认时间，应避开瞬时电压降低及电网合闸或备用电源自动投入的时间，然后，再发出启动应急发电机组的指令。从指令发出，发电机组开始启动、升速到能带全负载需要一段时间。一般大、中型柴油机还需要预润滑及暖机过程，使紧急加载时的机油压力、机油温度、冷却水温度符合产品技术条件的规定：预润滑及暖机过程可以根据不同情况预先进行。使发电机组随时处于预润滑及暖机状态，以便随时快速启动，尽量缩短故障断电时间。
应急柴油发电机组投入运行以后，为了减少突加负载时的机械和电流冲击，在满足供电要求的情况下，紧急负载最好按时间间隔分级增加。自动化柴油发电机组自启动成功后的首次允许加载量为：对于额定功率小于250kW的发电机组，首次允许加载量不小于50％的额定负载：对于额定功率大于250kW的发电机组，按产品技术条件规定。如果对瞬时电压降及过度过程要求不严格时，一般发电机组突加负载或突卸负载的负荷量不宜超过发电机组额定容量的70％。
三、常用柴油发电机组的选择
某些柴油发电机组在某段时间或经常需要长时间连续地运行，作为用电负载的常用供电电源，这类发电机组称为常用发电机组。常用发电机组可作为常用发电机组和备用发电机组。远离大电网的乡镇、海岛、林场、矿山、油田等地区或者工矿企业，为了供给当地居民生产及生活用电，需要安装柴油发电机组，这类发电机组平时应不间断的运行。国防工程、通信枢纽、广播电台、微波接力站等重要设施，应具有备用柴油发电机组。这些单位的设施用电平时由市电电网供给。但是，由于地震、台风、战争等其他自然灾害或人为因素，使电网遭受破坏而停电以后，已设置好的柴油发电机组应能迅速地启动，并能长期不间断的运行，以保证这些重要单位用电负载的连续供电，这种备用发电机组也属于常用发电机组类型。常用发电机组持续工作时间较长、负载曲线变化较大、柴油发电机组容量、台数、型式的选择及发电机组的运行控制方式与应急发电机组不同。
1、常用柴油发电机组容量的确定
按发电机组长期持续运行输出功率能满足全工程最大计算负载的选择，并根据负载的重要性确定备用组容量。柴油发电机组持续运行的输出功率，一般为额定功率的0.9倍。发电机输出额定电压的确定与应急发电机组相同，一般为400V，个别用电量大，输电线路远的工程可选用高压发电机组。
2、常用柴油发电机组台数的确定
常用柴油发电机组台数的设置通常为2台以上，以保证供电的连续性及适应用电负载曲线的变化。发电机组台数多，才可以根据用电负载的变化确定投入发电机组的运行台数，使柴油机长期在经济负载下运行，以减少燃油消耗率，降低发电成本。柴油机的最佳经济运行状态是在额定功率的75％～90％之间。为保证供电的连续性，常用柴油发电机组本身应考虑设置备用发电机组，当运行发电机组发生故障和停机维修时，使发电机组仍然能够满足对重要用电负载不间断地持续供电。
3、常用柴油发电机组的控制
常用柴油发电机组一般应该考虑能并联运行，以简化配电主线路接线，使发电机组启动停机轮换运行时，通过并车、转移负载、切换发电机组而不致中断供电。发电机组应安装有柴油发电机组的测量及控制装置，发电机组的调速及励磁调节装置应适用于并联运行的要求。对重要负载供电的备用发电机组，宜选用自动化柴油发电机组，当外电源故障断电后，能够自动、迅速地启动，恢复对重要负载的供电。柴油机在运行时，机房噪声很大，自动化发电机组便于改造为隔室操作，自动监控的发电机组。当发电机组正常运行时，操作人员不必进入柴油发电机组机房，在控制室便可对柴油发电机组进行监控。
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图3 开架式柴油发电机组模型简化图 |
图4 静音箱式柴油发电机组模型简化图 |
总结：
康明斯电力技术有限公司生产的柴油发电机组有着良好的性能和可靠的质量保证。但是，在选择发电机组时仍然需要注意许多方面的细节，以使发电机组发挥最佳的运行性能和取得较佳的经济效应。柴油发电机组按用途分为长行发电机组和备用发电机组两种。选择发电机组时，应首先明确该发电机组是做何种用途。在长期缺电甚至无市电供应的地区，需要发电机组无限时运行时，应选用长行发电机组。若发电机组只是用来在市电发生故障时，才启动运行来供应负载所需电力时，则使用备用发电机组。长行发电机组和备用发电机组由于使用额定功率限制的不同，使用频率和周期时间也不同，应根据需要来选用。
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