应急柴油发电机组容量选择及有关问题.pdf

技龙毫癌 应急柴油发电机组容量选择及有关问题上海电器技术 2 0 0 5N o 3 应急柴油发电机组容量选择及有关问题 陈育敏上海市机电设计研究院有限公司 摘 要 从分析戍急柴油发电机组的负荷性质和发电机组的特性着眼 按照稳态负荷 尖峰负荷和瞬时 电压降三个条件来选择发电机组的容量 同时提出了负载对选择发电机的影响 并引出了一些与此相关的 在设计巾经常要考虑的问题 关键词 应急柴油发电机组容量连续运转功率额定工作条件 T h eC h o i c eo ft h eE m e r g e n c yD i e s e lG e n e r a t o r C a p a c i t y a n di t SR e l a t e dI s s u e s A b s t r a c t T h ea r t i c l ed e a l s w i t h t h ec a p a c i t ys e l e c t i o no f t h ee m e r g e n c yd i e s e lg e n e r a t o r s o n t h e b a s e s o fs t a b l e l o a d s v a l u e p e a kl o a dv a l u ea n di n s t a n tp r e s s u r ed r o p t a k i n gi n t oc o n s i d e r a t i o no ft h el o a d sn a t u r ea n dc h a r a c t e ro ft h e g e n e r a t o r s T h ea r t i c l ea l s od e s c r i b e st h el o a d si m p a c to nt h ec h o i c eo f t h eg e n e r a t o r s p r e s e n t i n gs o m ei m p o r t a n ti s s u e s ob es o l v e d i n m e e n g i n e e r i n g d e s i g n i n g K e y w o r d s e m e r g e n c yd i e s e lg e n e r a t o rc a p a c i t y c o n t i n u o u so p e r a t i o n a lp o w e rr a t e do p e r a t i o n a le o n d l t i o n s 1应急柴油发电机组容量的选择 应急柴油发电机组容量的选择对保t I 火灾时消防 负荷的可靠启动和供电 对平时市电停电时提高保障 负荷供电的可靠性 起着重要作用 要选择发电机组容量 卤 先要确定发电机所带的 负荷 当建筑物不幸发生火灾 按建筑设计防火规范 规定 发电机必须确保消防用电需要 如自动喷淋 泵 消防泵 防排烟和正压风机 消防电梯 事故照 明和消防报警及控制设稀等 其次是当市电断电时 非火灾状态 发电机应满足一 二级负荷用电 如电梯 水泵 重要办公室 会议叶1 心及公共场所的 事故照明 大楼的消防保安及自动化管理系统的用电 需要 一般而论 发电机容量的选择应同时满足以下j 个条件 1 发电机的额定功率连续运行大于或等于负荷 的计算功率 2 发电机的允许过载功率大于或等于负荷的尖 峰功率 3 大容量电动机起动时发电机的瞬时电压降不 大于1 5 2 0 由此可见 合理地选择发电机容量 实质上是使 发电机组与负荷相匹配的问题 只有对负荷进行了正 确的分析 同时又确切掌握发电机的相关技术性能指 标 才可解决好这个问题 下面我们就几种不同场 所 讨论关于发电机组容量的确定 1 1 工业厂房 根据工艺要求确定的一级负荷设备容量再加上全 厂 其他重要负荷 如计算机控制中心 的设备容量 计算出计算容量巧 则发电机组功率按下式计算 P K P 式中 P 一自备柴油发电机组的功率 k W 1 7 万方数据 上海电器技术f 2 0 0 5N o 3 1应急柴油发电机组容量选择及有关问题 技市专睫 只一负荷设备的计算容量 k w 卜可靠系数 一般取1 1 旷发电机运行效率系数 一般取0 9 1 2 高层建筑 高层建筑中的一 二类建筑物消防用电的负荷等 级 按照 高层民用建筑设计防火规范 G B 5 0 0 4 5 9 5 2 0 0 1 年版 规定 一类建筑为一级负荷 二类建筑 为二级负荷 由 供配电系统设计规范 G B 5 0 0 5 2 9 5 得知 一级负荷要求有两个电源供电 二级负荷宜由 两回线路供电 为了确保智能化大楼供电的安全 可 靠 自各柴油发电机的设备是必不可少的 智能型高层建筑用电负荷分为三类 第一类为保 安型负荷 即保证大楼人身安全及大楼内智能化设备 安全 可靠运行的负荷 如消防水采 消防电梯 防 排 烟设备 戍急照明 大楼设备的管理计算机监控 系统设备 通讯系统设备 从事业务用的计算机及相 关设备等 第二类为保障型负荷 即保障正常运行的 基本设备负荷 如工作区域的照明 部分电梯 通道 照明等 第三类为一般负荷 除上述负荷外的其他负 荷 如舒适用的空调 水泵及其他一般照明 电力设 各等 计算自备发电机容量时 第一类负荷必须考虑在 内 菪将第二类负荷考虑进去 两者相叠加 选择发 电机容量时必将引起偏大 现实生活中 当城市电网 停电时 大楼并未发生火灾 消防负荷设备不会起 动 而发生火灾时 保障型负荷均需切除 只要有保 安型负荷即可 因此 柴油发电机容量选择是取保安 型负荷 保障型负荷两者设备总容量中择其大者 再 根据实际情况选择需要系数 一般取0 8 0 9 计 算H 计算容量P i 再按P K 只 q 式计算出自备柴 油发电机的功率 一般而占 高层民用建筑中作为应急电源用的发 电机组 其容量通常为该大楼电力变压器容量的 1 0 2 0 1 3 人防工程 防空地d 卜室内部电源一般按平 战结合设置 因 1 8 一 此人防柴油发电机组的容量一般应满足平时和战时的 需要 一般高层建筑电源是由电力系统引来两路电源或 电力系统引来一路电源和自设柴油发电机组 人防柴 油发电机组容量选择在战时应满足上程t 一 二级负 荷的用电 在平时应满足本上程一级负荷中的特别霞 要负荷的用电 即平时一级负荷中的特别重要负荷的 应急电源 在确定发电机容量时应选择其1 1 I 较大 者 人防的应急照明 通信报警设备属战时一级负 荷 通风机和人防发电机的进 排风为战时二级负荷 均应计入计算 给排水负荷中隔绝防护时用采将水箱 的水打入洗消问的用电和人防发电机冷却水的用电属 战时二级负荷亦应计入 2用大功率电动机的起动来校验自备柴油 发电机的功率 由于电动机起动时 会在发电机端子处引起很大 电压降 根据电气规范的要求 此时发电机母线电压 不应低于额定电压的7 5 8 0 否则会造成继电器 和接触器欠电压跳闸 电动机不能起动 当发电机母 线电压过低时 其保护开关动作 会造成发电机起动 失败 显然 检验负荷中最大电动机起动时柴油发电 机母线上的电压降是选择发电机容景必不口J 少的一个 环节 一般来讲 电动机功率越大 选择自备柴油发 电机组的容量也要越大 为了降低囚电动机功率大而 造成的电压降 应首先采用降压起动的方法 表1 为 在不同起动方式 卜 发电机功率为被起动电动机功率 的最小倍数 3发电机特性分析 这里讨论的发电机特性 仅限于选择发电机容量 时需要考虑的发电机起动发稳定运行的特性 本文仅 以几种常用的符合国际标准的进u 机组为例 作一些 分析 3 1 发电机组的连续运转功率 一 万方数据 技疵虿题 应急柴油发电机组容量选择及有关问题上海电器技术f 2 0 0 5N o 3 表1 发电机功率为被起动电动机功率的最小倍数 自藕变脒器延边二角形软启动 起动方式全压起动Y 起动 06 5 U e08 U e 0 7 8 U e 07 1 U e06 6 U e 0 3 U e 08 U e 2 0 55 19 2 4 36253438l44 4 母线允许 1 5 702 3 3 0 451652 电压降 1 0 7 82 633503447391 862 注 u 为电动机额定电压 发电机组的连续运转功率指在额定工作条件下可 以在此输出功率下妊期运行而不过热 通常指在此输 出功率下连续运行1 2h 而不过热 所谓额定J 作条 件 即指海拔高度为10 0 0 1 1 以下和环境温度为4 0 以下的工作条件 当海拔高度每超过额定值5 0 0m 容量要相应降低3 5 环境温度每超过额定值 5 时 容嚣要相应降低l 2 5 具体数字随制造 厂有所不同 当发电机组安装在室内时 环境温度是指发电机 在额定状态运行下的发电机室温度 它和发电机室的 进 山风口设计 排气管的走向及进 出风口的朝向 有密切关系 倘若进风口的面积太小 进风量不够 或者出风L J 面积过小 山风量不够 都会使室温增 高 超过额定工作条件的温度 将导致发电机组相应 温升过高而被迫降低容量运行 此外 倘若排气 烟 管太长 弯头多 管径不够大 就会造成机组 排气背H 过高 致使发电机出力显著下降 因此 设 计时需特别注意发电机室的进 排风设计 力求布置 合理 流通面积符合机组额定功率下散热要求 根据 经验 一般出风r j 宜靠近且正对柴油机散热器 面积 是机组散热器面积的1 5 倍 进风口而积是出风口面 积的1 5 倍 3 2 发电机组的过负荷特性 按照国际标准 应急柴油发电机在每1 2 t l 的额定 状态运行中 町以允许1 h 的1 0 过负荷状态运行 这个功率称为备用运行功率 R f 有些厂产品说明 还进一步规定了可能耐受1 5 0 c2 5 r a i n 的过负荷能 力 3 3 电动机起动时发电机的瞬时电压降 鉴于电动机起动电流引起发电机瞬时电压降很大 时 会造成继电器和接触器欠电压跳闸的危险 国外 一般推荐瞬时电压降应不大于2 0 3 0 U e 国内为 1 5 2 0 发电机的瞬时电压降和发电机自身的瞬态电抗及 电动机起动方式有关 详见图1 表2 蛙 础 口 留 榭 盛 赛 脚 描 0 51 ol520 塞塾查 墨 生 发电机额定容量 s d k V A 图1 瞬时电压降特性曲线 表2 瞬时电压降对应的起动容量比值 瞬时电压降 152 02 53 0 起动容量s 以V A 0B1 11519 发电机额定容量P f k W 起动容量剐k V A 0 6 408 8l2 15 发电机额定视在容量 I k v A 注 奉表只对应某个发电机瞬态电抗值0 2 9 鼠笼式电动机 起动时的情况 1 9 万方数据 上海电器技术 2 0 0 5N o 3 应急柴油发电机组容量选择及有关问题 技瘫专置 4负载对发电机选择的影响 负载的特性和大小是选择发电机最关键的因数 当发电机组负载有非线性负载如品闸管整流器 U P S 高频开关电源时 我们要深入分析负载的人小 对机组的影响程度 综所周知 晶闸管在触发导通瞬间使电压波形产 生阶跃式的畸变 其中包含了大量的高次谐波产生 谐波电流流入电力系统 经发电机定子绕组线圈 将 使电压波形产生一定畸变 它将损及到其它已接在发 电机上的其它负荷 通常交流用电由市电供给时 电网容量大大超过 整流器的负载容量 因此非线性负载相对电网容量来 说 影响是很小的 引起的电压畸变不明显 采用柴 油发电机组供电时 当非线性负载所占电源容量达到 3 0 以上时 就会产生如晶闸管生成的高次谐波电流 流过同步发电机定子绕组 电压波形产生严重畸变 从而使谐波电流造成电机过热 加速电机的绝缘老 化 另一方面将引起同步发电机不稳定运行和机械振 动 甚至当非线性负载不能在自动稳压条件下稳定运 行时 产生自激振荡 导致系统瘫痪 这可以通过在 发电机转子表面加装笼型阻尼绕组或增大整流器整流 相数等方法解决 在实际工作中 可以采用适当扩大 发电机组容量 使非线性负载占发电机容量百分比下 降 从而达到降低谐波的影响程度 在工程中 对发电机组负载选择时还应考虑是否 有对电压 频率要求特别高的负载 如电脑 电讯设 各 需 J H U P S 不间断电源装置 是否有变化频率固定 的负载 如发射机 是否有含产生再生功率的负载 如吊车 电梯 需增加再生功率的容量 5选择发电机组应注意的问题 5 1 尺寸大小 宜选用机组外型尺寸小 重量轻 辅助设备少 特别是排烟少 耗油量少和需要通风量少的产品 5 2 冷却方式 柴油发电机组冷却方式分为水冷和风冷两种 风 冷机组适用于高山和严寒地区使用 机组对进 出风 要求较高 而对于气侯条什与上海相仿的地区本人认 为宜选用水冷机组 5 3 环境影响 注意机组的排烟 排热风 噪声 震动等对环境 影响 选用卜述性能优越的产品 5 4 励磁方式 发电机的励磁方式宜选用无刷相复励励磁方式 这种方式具有故障少 维护简单等优点 5 5 增压机组 选用增压式机组 增压式起动机组比原先的机组 具有起动快 带负荷快等优点 它可以大大缩短由发 电机向负荷供电的时间 但增压式机组起动供电初期 只能带机组容量的7 5 负荷 故在低压供电系统中应 采取错开起动时问的措施以保证机组J E a N 起动 5 6 调压形式 选用电 调压的机组 以适应突然增减负荷或大 容最电动机起动的冲击 减少电压波动 5 7 中速机组 作为应急供电的机组 可选用发电机转速为 1 5 0 0 r r a i n 的中速柴油发电机组 5 8 油料匹配 若选用进口机组应注意机组是否适用我国牛产的 柴油和机油 柴油发电机的输出电压和频率应符合我 国标准 s 9 起动发式 柴油发电机的起动宜选用直流2 4 V 蓄电池组电起 动方式 5 1 0 台数选择 当需要容量小于1 5 0 0 k V A 时 宜选用单台机组 当需要容量为1 5 0 0 2 0 0 k V A 时 宜选用两台机组 5 1 1 起动时间 由柴油发电机组供应商配套提供电源自动切换柜 时 需保证在市电断开后1 5 s 内起动并供电 只有3 次自起动功能 其总计时问不火于3 0 s 市电恢复后 下转第3 2 页 万方数据 上海电器技术f 2 0 晒 渤从电路和磁路角度来分析新型耐高温磁力联轴器 麓戎粤一 l s H l a 气隙磁感应强度随时间变化曲线 b 基波和各次谐波幅值图 图6磁极对数为1 4 时磁感应强度曲线及频谱分析图 参考文献 f 1 1 唐任远 现代永磁电机理论与设计 北京 机械工业出版杜 1 9 9 7 2 l 张榴晨等 有限元法在电磁计算中的应用 北京 中国铁道 出版社 19 9 6 3 A N S Y S 电磁场分析指南 4 1 王正茂等 电机学 西安I 西安变通大学出版社 2 0 0 0 上接第2 0 页 延时自动停机 6 发电机组设备饨较 目前 各供应商的发屯机组设备比较见表3 参考文献 I 朱雄业 电信工程设计手册 第1 7 分册通信电源 北京 人民 邮电出版杜 1 9 9 l 2 1 中华人民共和嗣公安部 商屡民用建筑设计舫火规范 O B 5 0 0 4 5 9 5 北京 中国计划出版社 2 0 0 1 3 l 建设部工程质量安全监督与行业发展司 中国建筑标准设计 研究所 全国民用建筑工程设计技术措施 北京 中国计划 出版社 2 0 0 3 表3 发电机组设备供应比较一览表 序号 供应商发电机组品牌 发动机发电机 总成 法国西部电力 1 北京康福英格尔智能电气技术有限公司 M T U 法国利荣森玛S D M O S D M o 2 利基行机械 上海 有限公司 美国卡特彼 美国C a t 美国C a t受陶C a t C a t e r