柴油发电机组带电动机启动时电压降的计算方法

常见问题解答/设备故障及生产厂家

发布时间：2023-09-08 02:14:30 ▏阅读：次

摘要：在民用建筑工程设计中，大量采用230/400V的柴油发电机作为备用或应急电源。当供电距离较大时，合理配置柴油发电机组和确定供电电压具有重要的经济、技术意义。其中，最大一台电动机启动时，低压配电柜的母线、电动机端压降与最远处电动机启动时的端压降是决定性的。本文系统介绍与电压降计算有关的一些参数和概念，阐述运用阻抗法、功率法计算柴油发电机在电动机启动时的压降，列出参数计算的实用公式和步骤，并进行实例计算分析。

一、与压降计算相关的参数和概念

1. 电压降概念

（1）供电半径：一般设计资料推荐，当供电标称电压为220/380V时，供电半径为200m；当负荷较小时，可扩大到250m。这是基于压降和电能损耗考虑，对主供线路提出的概括性要求，对于备用线路当压降满足要求时是可以超越的。作为备用线路，运行时间很短，电能损耗不是主要因素，如GB 50038-2005《人民防空地下室设计规范》第7.2.13条文解释“低压供电半径范围：220/380V的半径一般取500m左右”。未经计算，笼统地以200～250m供电半径配置柴油发电机组，可能造成浪费及维护工作量的增加。图1为备用线路供电系统图。

（2）负荷矩：当负载沿干线分散时，供电半径不应理解为线路的最远点，而是负荷矩的等效半径，其电路如图2所示。负荷矩 $M = I_{1} L_{1} + \dots + I_{N} L_{N}$ ，令 $M = I \times L = (I_{1} + \dots + I_{N}) \times L$ 。

（3）等效半径： $L = \frac{I_{1} L_{1} + \dots + I_{N} L_{N}}{I_{1} + \dots + I_{N}} = \frac{\sum I_{i} L_{i}}{\sum I_{i}}$ ，其中 $I_{1} \dots I_{N}$ 、 $L_{1} \dots L_{N}$ 分别为负荷电流、与供电电源的距离。等效半径的概念在负载分布不均匀时更为准确地反映了线路的实际压降情况。

柴油发电机供电示意图.png

图1 柴油发电机供电示意图

柴油发电机负荷矩等效电路图.png

图2 柴油发电机负荷矩等效电路图

2. 发电机参数

（1）额定值：电压、电流、功率、频率、功率因数。发电机资料一般给出连续、备用功率。连续功率值较小，计算压降时，宜选用连续功率值，其计算结果较为安全。发电机并车时，其总功率应乘以并车不均匀系数（一般取0.9）修正。并车不均匀系数反映了多台机组并联运行时各机组出力分配的不均衡性，是实际工程中不可忽略的因素。

（2）电压稳定度：发电机通常配电压自动调节器（AVR），稳定度为0.5%～1%。对于已接入的稳定负荷，在额定范围内，电压稳定在精度以内，近似为恒压源。这意味着在稳态运行工况下，发电机的端电压变化很小，电动机启动时的电压降主要由暂态过程中的发电机内部阻抗和线路阻抗引起。

（3）瞬态电抗相对值 $X_{G}^{'}$ ：发电机的瞬态电抗 $X_{G}^{'} = 0.18 \sim 0.24$ 。当无资料时，一般取0.2。发电机内电阻较小，其阻抗近似为 $X_{G}^{'}$ 。绝对值 $X_{G} = X_{G}^{'} \times \frac{U_{r G}^{2}}{S_{r G}}$ ， $U_{r G}$ 、 $S_{r G}$ 分别为发电机额定视在容量和线电压。瞬态电抗是决定电动机启动时发电机端电压跌落程度的关键参数。

（4）超瞬态电抗相对值 $X_{G}^{''}$ ： $X_{G}^{''} \leq 0.1 \sim 0.15$ ，较 $X_{G}^{'}$ 小，用于短路电流计算。超瞬态电抗用于短路电流的初始峰值计算，不用于电压降计算。

（5）发电机计算瞬态电势 $e_{G}^{'}$ ： $e_{G}^{'} = 1 + X_{G}^{'} \times \frac{Q_{f h}}{S_{r G}}$ ，式中 $X_{G}^{'} \times \frac{Q_{f h}}{S_{r G}}$ 即为内阻压降；当 $Q_{f h} = 0$ 时 $e_{G}^{'}$ 可取1.05，其中 $S_{r G}$ 为发电机额定视在功率， $Q_{f h}$ 为已接负荷的无功功率。瞬态电势是电动机启动瞬间发电机的内部电动势，其值随已接负荷无功功率的增大而升高，反映了发电机在带载状态下的励磁水平。

3. 线路电抗、电阻

（1）电抗：架空线较电缆大。电缆的绝缘层较薄，导体间距小，单位长度电感较小，故电抗值小于架空线。

（2）电缆、架空线的电抗值受截面影响很小。理论上，导体单位长度的电感 $L = \frac{μ}{4 π}$ 与导线导磁率成正比，而与截面无关。《工业与民用配电设计手册》（第3版）上的数据为：全塑4芯电缆线芯4～185mm²， $X_{o} = 0.1 \sim 0.076$ mΩ/m；架空线线芯10～185mm²， $X_{o} = 0.34 \sim 0.21$ mΩ/m。

（3）铜导体电阻温度系数为 $3.93 \times 10^{- 3} / ℃$ ，很小。手册上查的是20℃的值，计算压降时不用修正；但电缆的电阻值较大，计算电压降需要计入。对于大截面电缆，电阻不可忽略。

（4）线路阻抗 $Z_{L} = R_{L} + j X_{L}$ 。

4. 电动机参数

（1）鼠笼电动机启动时功率因数 $\cos φ_{s t} = 0.3 \sim 0.5$ 。计算时，一般取0.35， $\sin φ_{s t} = 0.94$ 。启动容量 $S_{s t M} = S_{s t M}$ ，启动功率 $P_{s t M} = S_{s t M} \times \cos φ_{s t} = k \times S_{r M} \times \cos φ_{s t} = k \times \frac{P_{r M}}{\cos φ_{r}} \times \cos φ_{s t}$ 。其中 $S_{r M}$ 、 $P_{r M}$ 、 $\cos φ_{r}$ 、 $k$ 分别为电动机额定视在容量、额定有功功率、功率因数和启动电流倍数。电动机启动时阻抗 $Z_{s t M} = \frac{U_{r M}^{2}}{k \times S_{r M}}$ ， $X_{s t M} = Z_{s t M} \times \sin φ_{s t}$ ， $R_{s t M} = Z_{s t M} \times \cos φ_{s t}$ ， $Z_{s t M} = R_{s t M} + j X_{s t M}$ 。

（2）电动机运行时，阻抗 $Z_{m} = \frac{U_{r M}^{2}}{S_{r M}}$ ，其中 $X_{m} = Z_{m} \times \sin φ$ ， $R_{m} = Z_{m} \times \cos φ$ ， $Z_{m} = R_{m} + j X_{m}$ 。其中 $S_{r M}$ 、 $\cos φ 分别为电动机额定视在容量、功率因数。运行阻抗远大于启动阻抗，因此正常运行时的线路压降远小于启动时的压降。$

5. 负载参数

负载 $Z_{f h} = \frac{U_{r}^{2}}{S_{f h}}$ ， $X_{f h} = Z_{f h} \times \sin φ_{f h}$ ， $R_{f h} = Z_{f h} \times \cos φ_{f h}$ ， $Z_{f h} = R_{f h} + j X_{f h}$ 。其中： $U_{r}$ 、 $S_{f h}$ 和 $\cos φ_{f h}$ 分别为负载额定电压、额定视在容量和功率因数。

6. 对其它负荷的影响

电动机启动时电压相对值 $u_{s t}^{'} = \frac{U_{s t}}{U_{n}} \times 100 %$ 。当电动机不频繁启动时母线电压相对值 $u_{s t}^{'}$ 不宜低于标称电压的85%；当电动机频繁启动时要求 $u_{s t}^{'}$ 不低于系统标称电压的90%；电压降相对值 $Δ u_{s t}^{'} = \frac{U - U_{s t}}{U_{n}} \times 100 %$ 。其中， $U$ 为启动前电压， $U_{s t}$ 为启动时电压， $U_{n}$ 为基准值，是系统标称电压，如380/220V。

7. 电路上器件的电压降

$Δ U \approx I \times R \times \cos φ + I \times X \times \sin φ$ 。对发电机而言， $R \times \cos φ ≪ X \times \sin φ$ ， $Δ U \approx I \times X \times \sin φ$ 。这意味着发电机内部压降主要由电抗和无功电流决定，有功分量的影响很小。

8. 电动机可否启动

降压启动时电动机端子电压应能保证传动机械要求的启动转矩，即电机端电压相对值 $u_{s t M}^{'} \geq \sqrt{\frac{1.1 \times M_{j}}{M_{s t M}}}$ 。其中， $M_{s t M}$ 为电机启动力矩相对值， $M_{j}$ 为电机的静阻力矩相对值。 $M_{s t M}$ 、 $M_{j}$ 的基准值为电动机的额定力矩 $M_{r M}$ ，一般电机为1.8～2，起重用电机为2.5，电梯制造标准规定电梯电机 $M_{s t M} \geq 2.2$ 。

如水泵 $M_{j} = 0.3$ ， $M_{s t M} = 2$ ，则 $u_{s t M}^{'} = \sqrt{\frac{1.1 \times 0.3}{2}} = 0.41 。电机Y/△启动，假设电动机端电压$ $u_{s t}^{'} = 85 %$ ，则 $u_{s t M}^{'} = 85 % \times \frac{1}{\sqrt{3}} = 0.49$ ， $> 0.41 ，可启动。说明对于水泵类风机类负载，即使电动机端电压降至约50%，仍可满足启动转矩要求。$

9. 电梯启动

电梯可能为供电线路最远点，是压降校验的关注点。在设计手册上列出皮带运输机静力矩为1.4～1.5，但未列出电梯值，无法直接计算出电梯的允许值 $u_{s t M}^{'}$ 。电梯有配重，减小了静阻力矩，其值比皮带机应小些。假设 $u_{s t M}^{'} = 80 %$ ，而制造标准要求电梯额定力矩 $M_{s t M} \geq 2.2$ ，可计算出启动力矩大于等于1.4，接近1.4～1.5，康明斯发电机公司认为是安全的。

二、电动机启动时的电压降计算

按计算式参量的物理意义不同，康明斯发电机公司将计算方法分为阻抗法、功率法。

1. 阻抗法

由早期设计手册提出的压降计算法，发电机端电压相对值 $u_{s t G}^{'}$ 和电动机端电压相对值 $u_{s t M}^{'}$ 分别为：

$u_{s t G}^{'} = \frac{e_{G}^{'} \times Z_{s t M}}{Z_{G} + Z_{L} + Z_{s t M}} （公式1）$

$u_{s t M}^{'} = \frac{e_{G}^{'} \times Z_{s t M}}{Z_{G} + Z_{L} + Z_{s t M}} \times \frac{Z_{s t M}}{Z_{L} + Z_{s t M}} （公式2）$

简化为：

$u_{s t G}^{'} = \frac{e_{G}^{'}}{1 + X_{q}^{'} / Z_{s t M}}$

其中， $Z_{L}$ 为线路阻抗， $Z_{s t M}$ 为电动机启动时的阻抗， $Z_{G}$ 为发电机电抗， $Z_{G} \approx X_{G}$ 。 $X_{q}^{'}$ 为发电机外部等值启动相对电抗， $e_{G}^{'}$ 为发电机瞬态电势相对值，取1.05，基准值为发电机额定电压 $U_{r G}$ 。康明斯发电机公司认为，现代发电机均配带电压自动调节器， $e_{G}^{'}$ 应按参考文献取值，考虑已接负荷影响， $e_{G}^{'} = 1 + X_{G}^{'} \times \frac{Q_{f h}}{S_{r G}}$ 。

阻抗法是最基本的计算方法，通过复数运算精确反映各阻抗元件的电压分配关系。但由于涉及复数计算，在工程应用中较为繁琐，现已较少采用。阻抗曲线如图3所示，阻抗电路如如4所示。

发电机交流阻抗曲线图.png

图3 发电机交流阻抗曲线图

发电机电压降阻抗计算法.png

图4 发电机电压降阻抗计算法

2. 功率法

（1）电压为0.23/0.4kV电力系统，计算电路之一对应于《工业与民用配电设计手册》表6-17的接线方式1，如图5所示。

$S_{s t G} = Q_{f h} + S_{s t}$

$S_{s t} \approx \frac{1}{(1 / S_{s t M}) + (X_{1} / U_{r G}^{2})}$

$u_{s t G}^{'} = e_{G}^{'} \times \frac{S_{k m}^{'}}{S_{k m}^{'} + S_{s t G}} （公式3）$

$u_{s t M}^{'} = u_{s t G}^{'} \times \frac{S_{s t}}{S_{s t M}} = α \times u_{s t G}^{'} （公式4）$

（2）计算电路之二，对应于表6-17的接线方式2，如图6所示。

$S_{s t G} \approx \frac{Q_{f h} + S_{s t M}}{1 + (Q_{f h} + S_{s t M}) \times (X_{1} / U_{r G}^{2})}$

$u_{s t G}^{'} = e_{G}^{'} \times \frac{S_{k m}^{'}}{S_{k m}^{'} + S_{s t G}} （公式5）$

$u_{s t M}^{'} = u_{s t G}^{'} \times \frac{S_{s t G}}{Q_{f h} + S_{s t M}} = α \times u_{s t M}^{'} （公式6）$

式中：

$S_{s t G}$ ——发电机启动时发电机母线上的启动负荷，MVA；

$S_{k m}^{'}$ ——发电机母线上的瞬变短路容量，MVA，其值为 $S_{r G} / X_{G}^{'}$ ；

$S_{r G}$ ——发电机额定容量，MVA；

$X_{G}^{'}$ ——发电机瞬态电抗，无实际数据时，柴油发电机一般取0.2；

$e_{G}^{'}$ ——发电机的瞬态电势相对值， $e_{G}^{'} = 1 + X_{G}^{'} \times \frac{Q_{f h}}{S_{r G}}$ ；

$u_{s t G}^{'}$ ——电动机启动时，发电机母线上初始瞬态电压相对值，等于 $U_{s t G} / U_{r G}$ ；

$u_{s t M}^{'}$ ——电动机启动时，端子上的初始瞬态电压相对值，等于 $U_{s t M} / U_{r G}$ ；

$U_{r G}$ ——发电机的额定电压，kV，其值为线路标称电压的1.05倍；

$S_{r M}$ ——电动机的额定容量，MVA；

$S_{s t M}$ ——电动机的额定启动容量，MVA；

$X_{1}$ ——线路电抗，Ω，对于额定电压小于等于10kV的聚乙烯电缆计入电阻因素时， $X_{1} = (0.08 + \frac{6.1}{S}) \times L$ ，其中S(mm²)、L(km)分别为电缆截面、长度，用于10kV交联电缆时，0.08改为0.09。

功率法为阻抗法的另一种表现形式，功率法已简化为标量计算，同时考虑了稳定负荷对 $e_{G}^{'}$ 的作用，被现行的设计手册采用。

发电机电压降功率计算法（1）.png

图5 发电机电压降功率计算法（1）

发电机电压降功率计算法（2）.png

图6 发电机电压降功率计算法（2）

三、计算步骤

电压降计算的工程实施应遵循系统化的步骤，以确保计算结果的准确性和可靠性。以下为完整的计算流程。

1. 原始参数的收集与确认

（1）收集发电机参数：额定容量 $S_{r G}$ （MVA）、额定电压 $U_{r G}$ （kV）、瞬态电抗 $X_{G}^{'}$ （无资料时取0.2）、已接负荷无功功率 $Q_{f h}$ （Mvar）。若为多台发电机并车运行，总容量应乘以并车不均匀系数0.9进行修正。

（2）收集电动机参数：额定容量 $S_{r M}$ （MVA）、额定电压 $U_{r M}$ （kV）、功率因数 $\cos φ_{r}$ 、启动电流倍数 $k （一般为5～7倍，Y/△启动时为3～4倍）、启动时功率因数$ $\cos φ_{s t}$ （无资料时取0.35，对应 $\sin φ_{s t} = 0.94 ）。$

（3）收集线路参数：电缆或架空线的单位长度电抗 $X_{o}$ （mΩ/m）、电阻 $R_{o}$ （mΩ/m）、线路长度 $L （km）、电缆截面$ $S （mm²）。对于聚乙烯电缆，电抗可按$ $X_{1} = (0.08 + 6.1 / S) \times L$ 估算。

2. 电动机启动容量与启动阻抗的计算

（1）计算电动机额定视在容量： $S_{r M} = P_{r M} / \cos φ_{r}$ （MVA）。

（2）计算电动机启动容量： $S_{s t M} = k \times S_{r M}$ （MVA）。对于Y/△启动，启动电流倍数 $k$ 约为直接启动的1/3，应按实际启动方式取值。

（3）计算电动机启动阻抗： $Z_{s t M} = \frac{U_{r M}^{2}}{k \times S_{r M}}$ （Ω），其中 $U_{r M}$ 为电动机额定线电压（kV）。进一步分解为电阻和电抗： $R_{s t M} = Z_{s t M} \times \cos φ_{s t}$ ， $X_{s t M} = Z_{s t M} \times \sin φ_{s t 。}$

3. 线路阻抗的计算

（1）计算线路电抗： $X_{L} = X_{o} \times L$ （Ω），其中 $X_{o}$ 为电缆或架空线的单位长度电抗（mΩ/m）， $L$ 为线路长度（m）。对于多根并联电缆，电抗值应按并联关系折算。

（2）计算线路电阻： $R_{L} = R_{o} \times L$ （Ω），其中 $R_{o}$ 为电缆或架空线的单位长度电阻（mΩ/m）。电缆的电阻值受温度影响较小，计算压降时通常取20℃时的电阻值，无需进行温度修正。

（3）线路总阻抗： $Z_{L} = R_{L} + j X_{L}$ （Ω）。

4. 发电机瞬态电势的计算

按公式 $e_{G}^{'} = 1 + X_{G}^{'} \times \frac{Q_{f h}}{S_{r G}}$ 计算瞬态电势相对值。当已接负荷的无功功率 $Q_{f h} = 0$ 时， $e_{G}^{'}$ 取1.05。 $Q_{f h}$ 为启动前发电机已带负荷的无功功率，可按已接负荷的视在功率和功率因数计算： $Q_{f h} = S_{f h} \times \sin φ_{f h}$ 。

5. 压降计算方法的选用与实施

（1）阻抗法（精确计算）：按公式 $u_{s t G}^{'} = \frac{e_{G}^{'} \times Z_{s t M}}{Z_{G} + Z_{L} + Z_{s t M}}$ 和 $u_{s t M}^{'} = u_{s t G}^{'} \times \frac{Z_{s t M}}{Z_{L} + Z_{s t M}}$ 计算。其中 $Z_{G} \approx j X_{G ，}$ $X_{G} = X_{G}^{'} \times \frac{U_{r G}^{2}}{S_{r G}}$ 。此方法需进行复数运算，计算精度最高，适用于压降接近限值时的精确校验。

（2）功率法（推荐方法）：按公式 $S_{s t G} = Q_{f h} + S_{s t}$ （接线方式1）或 $S_{s t G} \approx \frac{Q_{f h} + S_{s t M}}{1 + (Q_{f h} + S_{s t M}) \times (X_{1} / U_{r G}^{2})}$ （接线方式2）计算发电机母线上的启动负荷，然后按公式 $u_{s t G}^{'} = e_{G}^{'} \times \frac{S_{k m}^{'}}{S_{k m}^{'} + S_{s t G}}$ 和 $u_{s t M}^{'} = u_{s t G}^{'} \times \frac{S_{s t}}{S_{s t M}}$ 计算端电压相对值。

（3）简化法（快速估算）：按步骤6中的简化公式进行快速计算，适用于方案设计阶段的初步评估。

6. 简化法快速计算

（1）计算分压系数 $α$ （如图7所示）：先计算 $S_{s t M}^{'} = S_{s t M} + Q_{f h}$ ， $S_{s t} = \frac{1}{(1 / S_{s t M}^{'}) + (X_{1} / U_{r G}^{2})}$ ，然后 $α = S_{s t} / S_{s t M}^{'}$ 。

（2）计算电动机在额定电压下启动容量相对值： $S_{r s t M}^{'} = S_{s t M} / S_{r G}$ 。

（3）计算发电机端电压相对值（如图8所示）： $u_{s t G}^{'} = \frac{1}{1 + X_{G}^{'} \times α \times S_{r s t M}^{'}}$ （取 $X_{G}^{'} = 0.2$ 时， $u_{s t G}^{'} = \frac{1}{1 + 0.21 \times α \times S_{r s t M}^{'}}$ ）。

（4）计算电动机端电压相对值： $u_{s t M}^{'} = α \times u_{s t G}^{'}$ 。

7. 计算结果的校核

（1）检查电动机端电压相对值 $u_{s t M}^{'}$ 是否满足启动转矩要求：对于不频繁启动的电动机， $u_{s t M}^{'} \geq 85 %$ ；对于频繁启动的电动机， $u_{s t M}^{'} \geq 90 % 。若不满足，应增大发电机容量、缩短供电距离或采用降压启动方式。$

（2）检查发电机母线电压相对值 $u_{s t G}^{'}$ 是否影响其他负荷的正常运行：一般要求 $u_{s t G}^{'} \geq 85 %$ ，以保证已接负荷在启动过程中能正常工作。

（3）对于特殊负载（如电梯、水泵等），应按启动转矩要求校核： $u_{s t M}^{'} \geq \sqrt{\frac{1.1 \times M_{j}}{M_{s t M}}}$ 。若计算电压值低于允许值，应采取措施改善启动条件。

8. 计算结果的验证与参数调整

（1）当计算结果接近限值时，应采用阻抗法进行复核，确保计算精度。阻抗法考虑了各阻抗元件的复数运算，精度高于功率法。

（2）比较三种方法的计算结果，若偏差较大（超过5%），应检查参数取值是否合理，特别是发电机瞬态电抗 $X_{G}^{'}$ 、电动机启动电流倍数 $k$ 和线路电抗 $X_{L}$ 的取值。

（3）根据计算结果调整设计参数（如增大发电机容量、缩短电缆长度、增大电缆截面或采用降压启动方式），重新计算直至满足要求。

9. 计算报告的编制

（1）记录所有计算参数和计算结果，包括发电机参数、电动机参数、线路参数及各计算步骤的中间值。

（2）给出最终结论，明确当前配置是否满足电动机启动时的电压降要求，若满足，列出备用裕量；若不满足，提出改进建议。

（3）计算报告应作为设计文件的一部分归档保存，便于日后复核和审查。

发电机电压降a计算法.png

图7 发电机电压降a计算法

发电机电压产生原理图.png

图8 发电机电压产生原理

四、工程建议

（1）为了对比，进行了10个实例在满载、半载、空载三种情况下的计算。计算结果汇总如表1所示。从表中数据可以看出，无论采用何种计算方法，电动机启动时的电压降主要集中在发电机内部，线路压降所占比例相对较小。例如，在实例①中，100m电缆时发电机端电压为97.4%，电动机端电压为95.9%；200m电缆时发电机端电压仍为97.4%，电动机端电压为95.9%，线路引起的附加压降仅约1.5%。

表 1 计算结果汇总表

计算实例

发电机功率1×1000kW，
电动机3×50kW，
2台运行时，1台Y/△启动。
电缆：VV-3×150+1×70
S_st_G/S_rG=0.11

发电机功率1×1000kW，
电动机3×150kW，
2台运行时，1台Y/A启动。
电缆：3(VV-3×120+1×70)
S_st_G/S_rG=0.33

发电机功率2×300kW，
电动机3×90kW，
2台运行时，1台Y/A启动。
电缆：2(VV-3×120+1×70)
S_st_G/S_rG=0.367

发电机功率1×300 kW，
电动机3×50 kW，
2台运行时，1台Y/△启动。
电缆：VV-3×150+1×70
S_st_G/S_rG=0.38

发电机功率1×300kW，
电动机3×30kW，
2台运行时，1台全压启动。
电缆：VV-3×120+1×70
S_st_G/S_rG=0.73

实例编号

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

⑧

⑨

⑩

最大电机至发电机距离

100m

200m

100m

200m

100m

200m

100m

200m

100m

200m

端电压

u'_stG

u'_stM

u'_stG

u'_stM

u'_stG

u'_stM

u'_stG

u'_stM

u'_stG

u'_stM

u'_stG

u'_stM

u'_stG

u'_stM

u'_stG

u'_stM

u'_stG

u'_stM

u'_stG

u'_stM

计

算

值

功

率

法

/
简

化

法

S_fh=

S_rG-S_rm

97.4
/
97.7

95.9
/
96.2

97.5
/
97.8

94.6
/
94.9

93.5
/
93.7

92.4
/
92.6

93.7
/
93.7

90.9
/
90.9

93.0
/
93.0

91.7
/
91.7

93.1
/
93.1

90.8
/
90.8

92.9
/
92.9

91.5
/
91.5

93.0
/
93.0

90.2
/
90.0

87.2
/
87.5

85.2
/
85.5

87.5
/
87.7

83.5
/
83.7

S_fh=½S_rG

97.8
/
97.7

96.3
/
96.2

97.9
/
97.5

94.6
/
94.6

93.9
/
93.7

92.8
/
92.6

94.0
/
93.7

91.3
/
90.9

93.3
/
93.0

91.9
/
91.7

93.4
/
93.1

91.1
/
90.8

93.3
/
93.2

91.9
/
92.3

93.4
/
93.3

90.6
/
91.3

88.6
/
88.1

86.6
/
86.4

88.8
/
88.3

84.7
/
84.6

S_fh=0

97.8
/
97.8

96.7
/
96.1

97.9
/
97.8

95.8
/
95.6

93.9
/
93.6

93.0
/
92.7

94.0
/
93.7

91.9
/
91.6

93.3
/
92.9

92.9
/
91.8

93.4
/
93.0

91.5
/
91.1

93.2
/
92.7

92.3
/
91.8

93.3
/
92.8

91.3
/
90.9

88.1
/
87.4

86.4
/
85.4

88.3
/
87.7

84.6
/
83.7

阻

抗

法

S_fh=

S_rG-S_rm

96.0

92.8

96.7

89.4

89.7

88.5

90.6

88.3

89.1

87.8

91.3

86.2

89.7

87.2

90.0

86.7

85.9

84.3

86.1

83.0

（2）阻抗法为压降计算的基础。用原型公式计算，并考虑已接负荷对发电机瞬态电势的影响，以 $e_{G}^{'} = 1 + X_{G}^{'} \times \frac{Q_{f h}}{S_{r G}}$ 取值时，计算结果较其他方式准确，但计算为复数较繁复，故参考文献简化为电抗的标量近似计算，综合误差不大于5%，现在较少采用此法计算。

（3）功率法是由阻抗法演变以功率为参量的计算法，仅进行功率的标量计算较简便，是现在设计手册采用的方法，但计算精度不如原型的阻抗法高。

（4）通过对功率法的分析、推算得到简化法，计算更为简化。对照30种情况的计算结果，与功率法对比，简化法的结果偏差更小，在0～1%之间，能够满足工程计算的要求。简化法适用于方案设计阶段的快速评估。

（5）用功率法计算时，发电机空载电势康明斯发电机公司仍按 $e_{G}^{'} = 1 + X_{G}^{'} \times \frac{Q_{f h}}{S_{r G}}$ 计算， $e_{G}^{'} = 1$ 。这样计算 $u_{s t G}^{'}$ 、 $u_{s t M}^{'}$ 与物理概念较相符。当按参考文献要求 $e_{G}^{'} = 1.05$ 计算，则出现 $u_{s t G}^{'}$ 、 $u_{s t M}^{'} \geq 1$ 的结果，值得商榷。因为瞬态电势在带载情况下会高于空载电势，但不应超过1.05倍额定电压，采用 $e_{G}^{'} = 1 + X_{G}^{'} \times \frac{Q_{f h}}{S_{r G}}$ 的公式更符合物理实际。

（6）康明斯发电机公司认为在方案设计阶段可用简化法做计算。在初设、施工图设计阶段用功率法，简化法计算相互验证；当电压降接近限值时，用阻抗法的原型公式校验。三种方法相互印证，可确保计算结果的可靠性。

（7）三种方法计算结果表明电动机启动时，电压降主要在发电机内部，即使200m电缆压降仍相对较小。这一结论具有重要的工程意义——在多数情况下，限制供电距离的主要因素不是线路压降，而是发电机容量和电动机启动容量之间的关系。

（8）各种计算方法都作了简化，且发电机瞬动电抗也是取0.2，故压降计算很难做到很准确；工程设计宜根据计算结果和经验判断采取适合的措施，应留有一定的安全度。建议电动机端电压相对值不宜低于80%，对于重要负荷或频繁启动的电动机，不宜低于85%。

（9）电压是柴油发电机组稳定运行的影响因素之一，电压波动过大可能影响柴油发电机组的使用寿命，甚至直接损坏机器。电力系统负荷的变动是正常的，因此，为了柴油发电机组安全稳定运行，应当保证电压的变动处于允许的范围内。柴油发电机组正常运行时，电压的变动范围是在额定电压±5%以内，此时发电机的额定容量可保持不变。即当电压降低5%时，定子电流可升高5%；而当电压升高5%时，定子电流应降低5%。

结语

柴油发电机组在电动机启动时的电压降计算是备用电源系统设计的关键环节。本文系统介绍了与压降计算相关的参数和概念，包括供电半径、负荷矩、等效半径、发电机瞬态电抗、电动机启动阻抗、线路电抗等核心参数的定义和取值方法。在此基础上，阐述了阻抗法、功率法和简化法三种计算方法的基本原理和计算公式。阻抗法是最精确的复数计算方法，但计算繁琐；功率法是目前设计手册采用的主流方法，计算简便；简化法是功率法的进一步优化，偏差在0～1%之间，适用于工程快速评估。通过10个实例在三种负载情况下的计算对比，验证了三种方法的适用性和精度。计算结果还表明，电动机启动时的电压降主要集中在发电机内部（约占压降的80%～90%），即使供电距离达200m，线路压降仍相对较小，这为备用电源系统的供电半径设计提供了理论依据。在工程实践中，建议在方案设计阶段采用简化法进行初步评估，在初步设计和施工图设计阶段采用功率法进行详细计算，当电压降接近限值（电动机端电压接近80%）时，采用阻抗法进行精确校验，确保柴油发电机组供电系统的可靠性和经济性。电压降计算是柴油发电机组选型和供电系统设计的重要依据，对保障供电质量和设备安全运行具有重要的工程意义。

----------------
以上信息来源于互联网行业新闻，特此声明！
若有违反相关法律或者侵犯版权，请通知我们！
温馨提示：未经我方许可，请勿随意转载信息！
如果希望了解更多有关柴油发电机组技术数据与产品资料，请电话联系销售宣传部门或访问我们官网：https://www.11fdj.com

上一篇：柴油发电机消声器的内部构造与消音原理
下一篇：柴油发电机选型与负荷计算公式

重康动力（深圳）有限公司