淺析通信備用柴油發(fā)電機(jī)組選用問題-5821.doc

淺析通信備用柴油發(fā)電機(jī)組選用問題中國移動通信有限公司網(wǎng)絡(luò)部北京市西城區(qū)金融大街29號 100032高健通信行業(yè)對供電的可靠性要求是不言而喻的，我們通常形容供電是通信系統(tǒng)的“心臟”。為確保通信樞紐機(jī)房的電力供應(yīng)， “市電供電+柴油發(fā)電機(jī)組備用”的供電系統(tǒng)成為通信行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)配置方案。本文就通信用自動化柴油發(fā)電機(jī)組的性能和通信備用柴油發(fā)電機(jī)組的選用問題做一闡述。一、通信備用柴油發(fā)電機(jī)組的組成和特點(diǎn)機(jī)組由性能完善的柴油機(jī)、三相無刷同步發(fā)電機(jī)、燃油自動補(bǔ)給裝置和自動控制屏組成。自動控制屏采用可編程自動控制器PLC或油機(jī)專用微處理控制器控制。它除了具有自啟動、自切換、自運(yùn)行、自投入和自停機(jī)等功能外，并配有各種故障報(bào)警和自動保護(hù)裝置。更為重要的是，配有RS232或RS485/422通信接口，能夠?qū)崿F(xiàn)與計(jì)算機(jī)聯(lián)接，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)遙控、遙信和遙測，做到全自動、無人值守。二、選用自動化機(jī)組必須考慮的關(guān)鍵性能1、 必須滿足的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(1) GB/T 2820-1997 eqv ISO8528:1993 往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的交流發(fā)電機(jī)組(2) GB/T 4712-1996 自動化柴油發(fā)電機(jī)組分級要求(3) YD/T 502-2000 通信專用柴油發(fā)電機(jī)組技術(shù)要求(4)YD/T 1051-2000通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求2、 技術(shù)性能指標(biāo)2.1柴油機(jī)(1)采用電啟動方式。(2)三缸或三缸以上四沖程柴油機(jī)。(3)額定轉(zhuǎn)速1500rpm。(4)環(huán)境溫度低于5以下，標(biāo)配加裝水套加熱器。2.2發(fā)電機(jī)(1)采用無刷自勵(lì)或無刷永磁勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式。(2)發(fā)電機(jī)安裝阻尼繞組。(3)相對溫度大于85%環(huán)境使用時(shí)，標(biāo)配驅(qū)潮裝置。2.3機(jī)組額定參數(shù)(1)額定電壓:400/230V(2)額定頻率:50Hz(3)額定功率:按GB2820-97標(biāo)稱(4)額定電流: 按GB2820-97標(biāo)稱(5)額定功率因數(shù):0.8(滯后)(6)額定轉(zhuǎn)速:1500rpm(7)機(jī)組在空載額定電壓時(shí)的線電壓波形正弦性畸變率應(yīng)不超過5%。(8)機(jī)組的發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子均采用H級絕緣。(9)機(jī)組在95%-100%額定電壓時(shí)電壓和頻率的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)指標(biāo)（見表1）:表 1性能參數(shù)單位運(yùn)行極限值電壓穩(wěn)態(tài)電壓偏差%1瞬態(tài)電壓偏差100%突減功率%+20突加功率（注1）%-15電壓恢復(fù)時(shí)間s4電壓不平衡度%1（注2）頻率頻率降%3穩(wěn)態(tài)頻率帶%0.5瞬態(tài)頻率偏差100%突減功率%+10突加功率（注1）%-7頻率恢復(fù)時(shí)間s3相對的頻率容差帶%2注：1、額定容量200kW及以下機(jī)組突加工100%負(fù)載，額定容量200kW以上機(jī)組突加工50%負(fù)載。2、機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)該值應(yīng)減為0.5。3、 自動化功能3.1 自動啟動和自動加載(1) 機(jī)組接到自控或遙控的啟動指令自動啟動，啟動成功率大于99%。一個(gè)啟動循環(huán)包括三次啟動，兩次啟動之間的間歇時(shí)間為10-15秒。(2) 機(jī)組啟動成功后，當(dāng)機(jī)油壓力達(dá)到規(guī)定值時(shí)應(yīng)能自動加載，加載時(shí)間通常為10秒。(3) 機(jī)組三次啟動失敗后不再啟動，并發(fā)出啟動失敗報(bào)警信號；如有備用機(jī)組應(yīng)能將啟動指令傳遞給備用機(jī)組。3.2自動卸載停機(jī)機(jī)組接到自控或遙控停機(jī)指令后，能自動卸載停機(jī)，其停機(jī)方式有正常停機(jī)和緊急停機(jī)兩種。正常停機(jī)步驟：切斷主電路后（斷開空氣開關(guān)或?qū)TS轉(zhuǎn)換至市電側(cè)）；緊急停機(jī)步驟：立即切斷主電路、燃油油路。3.3自動保護(hù)機(jī)組具有機(jī)油壓力低、過電壓、超速、過載、短路、缺相保護(hù)，水冷機(jī)組有高水溫保護(hù)功能，風(fēng)冷機(jī)組有高缸溫保護(hù)功能。4、 遠(yuǎn)程監(jiān)控功能滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控的技術(shù)要求，具有遙測、遙信和遙控功能，能實(shí)時(shí)遠(yuǎn)距離監(jiān)控機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)異常情況或嚴(yán)重故障時(shí)能向監(jiān)控中心自動報(bào)警，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制機(jī)組。能夠提供標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。5、 串、并機(jī)功能(1) 串機(jī)備份功能：可配合ATS實(shí)現(xiàn)市電與柴油發(fā)電機(jī)組的自動切換功能或兩臺柴油發(fā)電機(jī)組之間的雙備用切換功能。(2)并機(jī)擴(kuò)容功能：兩臺或多臺規(guī)格型號完全相同的三相機(jī)組，在額定功率因數(shù)下，滿足在（20-100）%額定功率范圍內(nèi)穩(wěn)定并聯(lián)運(yùn)行。為了提高有功功率和無功功率合理分配精度和運(yùn)行的穩(wěn)定性，要求機(jī)組中柴油機(jī)調(diào)速器具有穩(wěn)態(tài)調(diào)速率在（2-5）%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的裝置。在控制箱（屏）內(nèi)的調(diào)壓裝置可使穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率在5%范圍內(nèi)調(diào)整。6、 其他功能要求(1)具有蓄電池的均充和浮充功能。(2) 具有自動計(jì)時(shí)功能。圖1是自啟動備用柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)備原理示意圖三、選擇機(jī)組容量1、 機(jī)組額定功率1.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定ISO8528-1：1993及GB2820.1-1997對交流發(fā)電機(jī)組的用途、定額和性能作了明確規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)將交流發(fā)電機(jī)組的輸出功率分為三種，即持續(xù)功率（COP）、基本功率（PRP）和限時(shí)運(yùn)行功率（LTP），而該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)也對發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的現(xiàn)場條件做出規(guī)定，一般額定現(xiàn)場條件為：絕對大氣壓力：89.9kPa(或海拔高度1000m)環(huán)境溫度：313K（40）相對濕度：60%1.2通常情況柴油發(fā)電機(jī)組銘牌標(biāo)稱的輸出功率分為備用功率（Standby Power）和長行功率（Prime Power）,其現(xiàn)場條件等同于GB2820.1-1997或ISO8528-1：1993。即海拔高度1000 m，環(huán)境溫度40，相對濕度60%。1.2.1長行功率（Prime Power）為在規(guī)定的維修周期之間和規(guī)定的環(huán)境條件下，每年可能運(yùn)行的時(shí)數(shù)不受限制的某一可變功率序列內(nèi)存在的最大功率，等同于國標(biāo)和ISO標(biāo)準(zhǔn)中的基本功率（PRP）。1.2.2備用功率（Standby Power）為發(fā)電機(jī)組在規(guī)定的維修周期之間和規(guī)定的環(huán)境條件下能夠連續(xù)運(yùn)行300h,每年最多500h工作小時(shí)的最大功率。等同于國標(biāo)和ISO標(biāo)準(zhǔn)中的限時(shí)運(yùn)行功率（LTP）。1.3通信備用柴油發(fā)電機(jī)組一般情況，通信樞紐樓有市電供應(yīng)，當(dāng)市電停電時(shí)柴油發(fā)電機(jī)組給負(fù)載供電，保證供電的可靠性，柴油發(fā)電機(jī)組使用時(shí)間短，按備用容量來選擇。2、 在非額定現(xiàn)場條件下，必須考慮功率冗余度2.1高溫環(huán)境當(dāng)環(huán)境溫度過高時(shí)，空氣密度降低，柴油發(fā)動機(jī)燃燒時(shí)氧氣量減少，燃燒效率減低，因而會減低柴油機(jī)的機(jī)械輸出功率；同時(shí)發(fā)電機(jī)工作時(shí)需要冷空氣對繞組進(jìn)行冷卻，在環(huán)境溫度過高時(shí)，冷卻效果降低，發(fā)電機(jī)繞組內(nèi)部溫度升高，為保證發(fā)電機(jī)的繞組溫度在允許范圍內(nèi)也必須降低發(fā)電機(jī)的輸出功率。不同品牌的柴油發(fā)電機(jī)組因選用的柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)不同，功率定義所參照的標(biāo)準(zhǔn)也不同，因而選型時(shí)要參考廠家的功率修正曲線來計(jì)算降容后的實(shí)際功率。通常可按照環(huán)境溫度超過40時(shí)每升高5,輸出功率下降 3-4%來進(jìn)行功率損失的計(jì)算，但要注意的是有些廠家的機(jī)組標(biāo)稱功率是基于環(huán)境溫度27時(shí)的輸出功率。因此，選用機(jī)組時(shí)必須根據(jù)溫度情況，針對性核算功率冗余。2.2海拔高度當(dāng)海拔高度升高時(shí)空氣密度也會降低，同樣影響柴油發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)的輸出功率。不同品牌的柴油發(fā)電機(jī)組要參考廠家的功率修正曲線來計(jì)算降容后的實(shí)際功率，通?？砂凑蘸０胃叨瘸^1000m 時(shí)每升高500m輸出功率下降4-5%來進(jìn)行功率損失的計(jì)算，但要注意的是有些廠家的機(jī)組標(biāo)稱功率是基于海拔高度300m時(shí)的輸出功率。因此，選用機(jī)組時(shí)必須根據(jù)海拔高度，針對性核算功率冗余。3、 考慮機(jī)房空調(diào)電動機(jī)起動問題3.1定頻空調(diào)（感性負(fù)載）因感應(yīng)電動機(jī)直接起動時(shí)起動電流為正常電流的6-7倍，而且功率因數(shù)很低，電動機(jī)起動瞬間發(fā)電機(jī)的端電壓會下降到低于正常值80%以下，從而影響其他負(fù)載的供電，需要考慮加大機(jī)組容量才能滿足要求，通常是選擇PMG勵(lì)磁方式的發(fā)電機(jī)。3.2變頻空調(diào)（非線性負(fù)載）應(yīng)用變頻電動機(jī)和軟啟動調(diào)速控制電路的空調(diào)，請參考以下的有關(guān)非線性負(fù)載的討論。四、選擇適合非線性負(fù)載的機(jī)組1、 UPS等非線性負(fù)載對機(jī)組的影響非線性負(fù)載會向柴油發(fā)電機(jī)組反射大量的高次諧波，其中以5次和7次諧波危害最嚴(yán)重，尤其是非線性負(fù)載較大而發(fā)電機(jī)組容量又較小時(shí)這種危害就更明顯，機(jī)組帶UPS時(shí)主要表現(xiàn)在以下幾種現(xiàn)象：(1)發(fā)電機(jī)組的輸出電壓突然增高到440V以上，其后果是造成UPS損壞。(2)發(fā)電機(jī)組輸出頻率到5060Hz，致使UPS保護(hù)動作。(3)發(fā)電機(jī)組在出現(xiàn)頻率或電壓異常的同時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重的機(jī)械共振現(xiàn)象，柴油機(jī)出現(xiàn)有節(jié)奏的搖擺和聲音起伏，嚴(yán)重時(shí)還出現(xiàn)損壞發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路和AVR（自動電壓調(diào)節(jié)器）。(4)UPS因檢測到過電壓或過頻率而自動關(guān)斷整流器，由后備電池組向負(fù)載放電或從旁路直接向負(fù)載供電。2、 非線性負(fù)載帶載解決方案2.1采用無刷永磁式勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)永磁勵(lì)磁系統(tǒng)由五部分組成：發(fā)電機(jī)主勵(lì)磁繞組（轉(zhuǎn)子），永磁發(fā)電機(jī)（PMG），自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR），勵(lì)磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)二極管。圖2是無刷永磁式勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)的工作原理圖，在這個(gè)系統(tǒng)中有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）由于PMG系統(tǒng)提供一個(gè)與定子輸出電壓波形畸變及大小無關(guān)的恒定的勵(lì)磁電源，因而能提供較高的電動機(jī)起動承受能力，并對非線性負(fù)載產(chǎn)生的主機(jī)定子輸出電壓的波形畸變具有抗干擾性，可提高發(fā)電機(jī)帶非線性負(fù)載能力。（2）AVR檢測三相輸出電壓（三相方均根檢測），具有精度極高的穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率（通?？蛇_(dá)0.5%）。（3）更強(qiáng)的抗無線電干擾能力。（4）更強(qiáng)的承受短路電流能力（通?？蛇_(dá)3倍額定電流，持續(xù)10S）。2.2采用“小馬拉大車”方式，選用大容量發(fā)電機(jī)在不增加柴油機(jī)功率的條件下配置一臺較大容量的發(fā)電機(jī)，以提高機(jī)組帶非線性負(fù)載的能力。通常柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)的功率匹配關(guān)系是柴油機(jī)凈輸出機(jī)械功率略大于發(fā)電機(jī)功率，但是這里發(fā)電機(jī)輸出功率一般可以按照表3的參考值進(jìn)行選擇：表3發(fā)電機(jī)和UPS功率匹配關(guān)系UPS整流技術(shù)功率匹配關(guān)系采用6脈沖整流技術(shù)Sg=3-3.5Su采用12脈沖整流技術(shù) Sg=2.5-3Su采用單相整流技術(shù)Sg=4-5Su采用高頻脈寬調(diào)制技術(shù)Sg=2-3Su注：（1）Sg表示發(fā)電機(jī)的標(biāo)稱功率（kVA），Su表示UPS的標(biāo)稱功率（kVA）：（2）發(fā)電機(jī)采用永磁他勵(lì)式（PMG）發(fā)電機(jī)、AVR三相電壓檢測并采取隔離變壓器將發(fā)電機(jī)組輸出電壓經(jīng)過隔離后再輸送到AVR。從上面的匹配關(guān)系來看，柴油發(fā)電機(jī)組的容量會比UPS大許多（2倍以上）。但是請注意，從上面提出的是“發(fā)電機(jī)容量”而并非機(jī)組的容量，而機(jī)組的輸出有功功率大小取決于柴油機(jī)的出力，而視在功率則主要取決于發(fā)電機(jī)的容量，發(fā)電機(jī)組在帶UPS負(fù)載時(shí)，只要加大發(fā)電機(jī)的容量，其瞬態(tài)特性就會大大的增強(qiáng)，而機(jī)組的輸出有功功率其實(shí)并未增加，因而采用這種所謂“小馬拉大車”的方式來解決非線性負(fù)載的問題。即柴油機(jī)的功率按照所有負(fù)載有功功率之和略大來選擇，發(fā)電機(jī)功率則按照上面所說的方法來配置。五、選用主要配套設(shè)備1、 選擇控制系統(tǒng)各品牌機(jī)組均有手動控制系統(tǒng)、自啟動控制系統(tǒng)和三遙控制系統(tǒng)，需要說明的是為了便于使用和維護(hù)，優(yōu)先選用具有中文操作界面、人性化的控制系統(tǒng)。 2、 選擇ATS作為備用柴油發(fā)電機(jī)組，通常要考慮備用機(jī)組與市電的自動切換問題，即選擇一套ATS。當(dāng)然,也許市電和油機(jī)的雙電源切換是在低壓配電系統(tǒng)中已考慮實(shí)現(xiàn),則在柴油發(fā)電機(jī)組選型時(shí)無需另外配置。ATS選型時(shí)主要考慮如下幾個(gè)方面：（1） 主切換開關(guān)的結(jié)構(gòu)類型ATS的主要元件主切換開關(guān)的類型不外乎接觸器、空氣斷路器和雙路電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，這三種類型的主開關(guān)性能對照如下：項(xiàng)目類型接觸器型塑殼開關(guān)型空氣斷路器型雙路電源轉(zhuǎn)換開關(guān)型投入方式常時(shí)激磁馬達(dá)儲能帶動連桿馬達(dá)儲能帶動連桿瞬時(shí)激磁馬達(dá)驅(qū)動耐壓特性差較好較好好好電路隔離差差差好好電氣聯(lián)鎖有有有有有機(jī)械聯(lián)鎖可外加可外加可外加有有負(fù)荷電流遮斷能力差好好好好故障電流遮斷及投入能力差好好部分較好部分較好開關(guān)容量1000A以下1250A以下大大大耗電大小小小小機(jī)械壽命（次）500-1000萬10000-2500020000-350005000-500003000-10000電氣壽命（次）50-100萬10000-250002000-100003000-100003000-10000造價(jià)低較高高適中適中體積小大大小?。?） 三極或四極切換問題從電源開關(guān)的極數(shù)來看，每個(gè)廠家都提供三極和四極開關(guān)。根據(jù)配電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性來說，四極開關(guān)更可靠，故ATS應(yīng)采用四極結(jié)構(gòu)。（3） 額定電流 通常主開關(guān)的額定電流按通過ATS的負(fù)載額定電流進(jìn)行選擇，而要避免直接根據(jù)備用柴油發(fā)電機(jī)組的額定容量來進(jìn)行選擇。3、 選擇機(jī)組的其他附件（1） 如果柴油質(zhì)量不高應(yīng)增配油水分離器。油水分離器可保護(hù)發(fā)動機(jī)的精密部件免受灰塵、銹蝕、菌藻、瀝青、清漆及燃油中普遍存在的水分的侵害。為取得最優(yōu)的除污效果，特別注意將油水分離器安裝在油泵（真空）側(cè)。（2） 加裝電子調(diào)速器通常大部分廠家機(jī)組功率在100kW以下時(shí)均采用機(jī)械調(diào)速柴油機(jī)，如果對機(jī)組頻率有很高的要求（穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)整率小于1%，頻率波動率小于1%時(shí)），要將標(biāo)準(zhǔn)配置為機(jī)械調(diào)速器改裝為電子調(diào)速器。（3） 加裝水套加熱器。對于機(jī)房固定安裝作為市電備用電源的水冷柴油發(fā)電機(jī)組來說，這是一種簡便有效地解決機(jī)組冷起動問題的方法，通常當(dāng)?shù)貧鉁乜赡艿陀?，則標(biāo)配水套加熱器。一般來說，在外部裝有加熱器的發(fā)動機(jī)的冷卻水循環(huán)模式為:冷卻水從發(fā)動機(jī)的低部流入加熱器，在加熱器內(nèi)加熱后，從發(fā)動機(jī)后面的頂端重新流進(jìn)發(fā)動機(jī)機(jī)體。注意不要在加熱器已經(jīng)通電后再運(yùn)行發(fā)動機(jī)。加熱器的電源通常取單相220V或三相380V，直列式柴油機(jī)安裝一個(gè)加熱器，V型柴油機(jī)對稱安裝兩個(gè)相同功率的加熱器。根據(jù)柴油機(jī)的功率和環(huán)境溫度不同選用不同功率的加熱器，通常建議加熱器的功率見表2。表2 加熱器功率與機(jī)組功率對照參考表機(jī)組功率加熱器功率（-205）加熱器功率（-20以下）200kW以下500W1000W200-400kW1000W1500W400-600kW1500W2000W600-1500kW2000W3000-4000W1500kW以上4000W4000-6000W（4） 防潮加熱器機(jī)組長期停放在空氣相對濕度較大的場所（如地下室、沿海地區(qū)、遂道等），尤其是備用機(jī)組運(yùn)行時(shí)間相對較短，發(fā)電機(jī)的絕緣性能下降，控制系統(tǒng)的電器元件也因受潮而易于損壞，因而需要采取一定的措施，防止發(fā)電機(jī)、控制元器件等長期處在相對濕度較大的環(huán)境中。 通?？梢酝ㄟ^加裝發(fā)電機(jī)防潮加熱器和控制屏防潮加熱器來解決。（5） 日用油箱一般要求機(jī)組日用油箱的容量按8小時(shí)滿載運(yùn)行的燃油量來進(jìn)行選配。根據(jù)消防規(guī)定,機(jī)房內(nèi)日用油箱容量不超過1000L，因而如果超過1000L油箱時(shí)要設(shè)置單獨(dú)的