柴油发电机组容量选择探讨_梁文军

梁文军 1 高宁芳 2 1 江苏省电力设计院 江苏 南京2 1 0 0 2 4 2 南京供电公司 江苏 南京2 1 0 0 0 8 柴油发电机组容量选择探讨 J i a n g s u E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g2 0 0 8 年 3 月 江苏电机工程 第2 7卷 第2期 摘要 介绍了相关标准中柴油发电机组功率的定义 论述了火力发电厂保安负荷的确定原则和保安负荷的特性 并对 D L T 5 1 5 3 2 0 0 2 火力发电厂厂用电设计技术规定 中柴油发电机组容量选择的方法在工程实际应用中碰到的一些问 题进行了探讨 提出了解决的思路 关键词 柴油发电机组 保安负荷 容量选择 中图分类号 T K 4 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 9 0 6 6 5 2 0 0 8 0 2 0 0 7 0 0 3 采用往复活塞式内燃 R I C 发动机作为动力的 柴油发电机组目前在各种需要连续可靠供电的场合 得到了广泛的应用 近十多年来 绝大多数2 0 0 MW 及以上火力发电机组均采用了快速自启动柴油发电 机组作为保安电源 在配置柴油发电机组时 最重 要的就是机组额定功率的确定 即容量的选择 过大 的功率会造成运输 安装的困难和不必要的浪费 增 加维护工作量 过小的功率又会使发电机组负荷过 重 降低机组可靠性和寿命 甚至在关键时刻超载停 机 造成事故 因此 要根据柴油发电机组的使用条 件和供电负荷大小和种类合理选择机组的容量 1柴油发电机组功率定义 1 1柴油发电机组的用途 柴油发电机组按用途分为主用机组和备用机 组 主用机组常在没有条件从电网取得电源的场合 作为独立电源 例如 列车电源站 船舰电源站 海 岛 山林电源站 野外施工用电等 而备用机组是在 电网 市电 停电时提供紧急供电 例如对供电有持 续性要求的工厂 公用设施 商业和民用建筑等 火 力发电厂作为保安电源的柴油发电机组的供电对象 是事故保安负荷 D L T 5 1 5 3 2 0 0 2 火力发电厂厂 用电设计技术规定 对事故保安负荷的定义是 在发 生全厂停电或单元机组失去厂用电时 为了保证机 炉的安全停运 过后能很快地重新启动 或者为了防 止危及人身安全等原因 需要在停电时继续进行供 电的负荷 由此看来 火力发电厂的柴油发电机组 属于备用机组 其每年运行的时间是极为短暂的 1 2有关标准对柴油发电机组功率的定义 柴油发电机组主要是由柴油发动机和交流同步 发动机两大部分组成的 发动机在单位时间内通过曲 轴输出机械能的能力称为发动机功率 同样发电机 在单位时间内输出电能的能力就称为发电机功率 G B T 2 8 2 0 1 1 9 9 7 往复式内燃机驱动的交 流 发 电 机 组 第1部 分 等 效 采 用I S O8 5 2 8 1 1 9 9 3 用途 定额和性能第1 3条 功率定额的定义 规定如下 1 持续功率 C O P C O P是指发电机组在规 定的维修周期之间和规定的环境条件下 每年的持 续供电时数不受限制的功率 其维修按制造厂的规 定进行 C O P图解见图1 2 基本功率 P R P P R P是指在规定的维修 周期内和规定的环境条件下每年可能运行的时数不 受限制的某一可变功率序列内存在的最大功率 其 维修按制造厂的规定进行 P R P图解见图2 3 限时运行功率 L T P L T P是指发电机组在 规定的维修周期内和规定的环境条件下能够连续运 行3 0 0 h 每年供电达5 0 0 h的最大功率 其维修按 R I C发电机制造厂的规定进行 按该定额运行对机 组寿命的影响是允许的 L T P图解见图3 收稿日期 2 0 0 7 1 2 2 2 修回日期 2 0 0 8 0 2 0 2 图1C O P图解 图2P R P图解 7 0 对于以上每一种功率定义 发电机组都必须能 够提供一个附加功率 以供负载突变时调速用 其值 通常为额定功率的1 0 附加功率不得用于向电气 耗电装置供电 每一台发电机组都可能存在这3种 不同意义的额定功率 其基本功率和限时运行功率 一般大于持续功率 但是 一台发电机组往往是为 特定的应用而设计的 为后备功率而设计的发电机 组并不一定适用于常载供电 因为机组各零部件的 机械 电气特性的要求可能存在一定的差异 持续功率适用于对电力质量要求较高或因市 电昂贵而选择柴油发电的单位来代替市电 又称为 主用功率或常用功率 基本功率适用于在电网 市 电 中断时提供应急后备电力功率 因此又称为备 用功率或后备功率 这种情况下 发电机组在2 4h 内允许的平均输出功率应不大于其基本功率的某 一百分数 通常为8 0 基本功率 1 3部分制造厂资料提供的功率数据 大部分进口柴油发电机组制造厂提供的柴油 发电机组的技术数据中 每种机组型号都给出了主 用功率 有的制造厂称为常用功率 长行功率 和备 用功率 通常的备用功率与持续功率之比大致在 0 9 这也与J B T1 0 3 0 3 2 0 0 1中2种工作方式下机 组的输出功率的关系相吻合 例如康明斯柴油机组 5 0 0 k W 主用功率 以上的产品额定功率见表1 值得注意的是 不同的制造商对发电机组额定 功率可能有着不同的理解 比如某品牌柴油发电机 组的技术数据表的备注中说明 对于按备用功率配 置的柴油发电机组的发电机已被调至最高许用功 率 因而不允许过载运行 2火力发电厂保安负荷 2 1火力发电厂保安负荷的确定 火力发电厂用于保安电源的柴油发电机组的供 电对象是保安负荷 保安负荷的统计结果是选择柴 油发电机组容量的依据 D L T 5 1 5 3 2 0 0 2的附录B 常用厂用负荷特性表 对常规火力发电厂的负荷供 电类别进行了分类 对于一些表1中未明确的负荷 应该根据前面对保安负荷的定义来确定是否属于保 安负荷 例如表1中规定2 0 0 MW及以上机组的辅 机交流润滑油泵为保安负荷 但是根据工艺系统或 设备运行的实际需要 有些辅机的交流润滑油泵在 辅机失电停机时不需要继续运行 则可以不作为保 安负荷统计 另外 有表1中未列出的负荷符合保 安负荷定义的 则需要增加到保安负荷的统计中 这 项工作需要在工艺系统设备采购时向辅机制造厂索 要资料进行落实 这样才能够保证保安负荷统计的 准确性 2 2火力发电厂保安负荷的特性 在火力发电厂机组发生厂用电失电需要停机停 炉时 并不需要所有的保安负荷都立刻同时投入 而 是按照一定的时间序列分批投入 在保安负荷统计 时 对于在时间上能错开的保安负荷不应全部计算 可以分阶段统计同时运行的保安负荷 取其大者作 为计算功率 制造厂保证的柴油发电机组启动完成 后首次加载能力不低于额定功率的5 0 根据工程 经验 往往柴油发电机组容量选择的决定因素就是 首次加载能力 因此合理地确定首次加载负荷对柴 油发电机组容量选择也是比较重要的 顶轴油泵和汽机盘车装置都是等机组惰走转速 下降到一定值时才需要投入运行 盘车装置投入的 时间在2 0 6 0 m i n 大机组汽轮机润滑油泵 氢密封油泵都有交流 直流2套 在交流厂用电失去后 直流油泵可以短时 间运行 因此交流润滑油泵和氢密封油泵也不需要 立即投入 回转式空气预热器盘车装置及其润滑油泵 只 允许短时停电 一般要立即投入 各辅机的交流润滑油泵 一般都应按制造厂要 求尽快投入保安电源 以免造成轴瓦磨损 蓄电池浮充电装置 由于蓄电池在额定负荷下 的正常放电时间一般为1 h 一般也不需立即投入 交流不停电电源 U P S 在交流失电时自动切换到直 流系统供电 可稍后切换至保安电源 图3L T P图解 功率 用于调速的 附加功率 功率限值限 时运行功率 1 0 0 时间 0 3 0 Q S T G 16 2 05 6 05 0 T A G 18 8 08 0 0 3 0 Q S T G 27 0 56 3 05 0 T A G 31 1 0 0 1 0 0 0 3 8 T A G 16 2 05 6 05 0 T A G 8 1 1 2 0 0 1 1 0 0 3 8 T A G 26 6 06 0 05 0 T A G 8 2 1 2 9 0 1 1 0 0 3 8 T A G 38 0 07 2 5 机组型号 2 8 T A G 5 备用 功率 5 5 0 主用 功率 5 0 0 机组型号 3 8 T A G 5 备用 功率 8 8 0 主用 功率 8 0 0 表1康明斯柴油机组5 0 0k W 主用功率 以上的产品额定功率k W 梁文军 等 柴油发电机组容量选择探讨 7 1 交流事故照明 在电厂发生停电事故时 事故照 明是现场人身安全的重要保障 应立即投入供电 机炉的自动化热工电动阀门在事故停机过程中 动作的数量很多 一般需要立即投入供电 但大部分 电动门的动作持续时间都很短 在3 0 4 0 s后已结 束动作 因此在计算保安负荷时 应将这个条件考虑 进去 另外其他保安负荷均根据在厂用电失电后是否 需要尽快投入来确定是否在柴油发电机组具备首次 加载条件时立即投入供电 3柴油发电机机组容量选择 3 1发电机容量选择 D L T 5 1 5 3 2 0 0 2附录D 柴油发电机组的选 择 中对发电机容量选择规定为 发电机连续输出容 量应大于最大计算负荷 即S e n Sc 并注明Se为发 电机的额定容量 火力发电厂的柴油发电机组是属 于备用机组 因此此处S e应该是备用功率对应的额 定容量 按标准J B T1 0 3 0 3 2 0 0 1中规定 机组超 过1 2 h连续运行时 在按使用说明书规定进行保 养的条件下 其输出功率按发动机规定功率的9 0 修正后折算的电功率 但此时电功率最大不得超过 发电机的额定功率 由于这里的S c为最大计算负 荷 它仅会在电厂机炉事故停机过程中的一段时间内 出现 且持续时间不会很长 在此之后的时间内 只 有部分负荷需要持续供电 其值不会超过最大计算 负荷的9 0 因此即使发生严重的电网停电事故 电 网供电不能很快恢复时需柴油发电机组连续运行超 过1 2 h时 也不会超出柴油发电机组的承受能力 3 2发电机带负荷起动一台最大容量的电动机时 短时过负荷能力校验 D L T 5 1 5 3 2 0 0 2附录D规定发电机在热状态 下 能承受1 5 0 S e 时间为1 5 s S e n Sc 1 2 5 Kq K P Dm 1 5 1 式中 P Dm为最大电动机的额定功率 k W K q为最大 电动机的起动电流倍数 目前许多制造厂提供的柴油发电机组1 5s过 负荷能力已经超过1 5倍 在校验时再使用式 1 就 不能将提高的过负荷能力反映进去 根据公式的实 际意义 分母上的1 5就是过负荷倍数 因此在计算 时应该用制造厂提供的过负荷倍数代入分母 这样 不会浪费柴油发电机组提高的过负荷能力 3 3柴油机输出功率的复核 在柴油机输出功率的复核的规定中采用了P r 即标准使用条件 海拔高度0 m 空气温度2 0 下 的输出功率 此处也要相应的采用备用功率 在持续1h运行状态下输出功率校验时 考虑 了全厂停电1h内 柴油发电机组要有承担最大保 安负荷的能力 柴油机1 h允许承受能力为1 1 P x Px 为折算到实际使用地点的柴油机输出功率 但是 有一些厂家提供的按备用功率选择的柴 油发电机组不具备1 h过载运行能力 因此 此处的 输出功率校验不能按照1 1P x来校验 应该改为按 P x校验 即柴油机不考虑过载能力的情况下也能承 担最大保安负荷 根据若干工程的计算结果 1 h过 载运行能力校验不是柴油发电机组容量的制约因 素 在满足带负荷起动一台最大容量的电动机时短时 过负荷能力校验和首次加载能力校验时的柴油机输 出功率已经有较大裕量 因而不会造成柴油发电机 功率的增加 D L T 5 1 5 3 2 0 0 2附录D中柴油机首次加载能 力校验规定 制造厂保证的柴油发电机组首次加载 能力 不低于额定功率的5 0 为此 要求柴油机的 实际输出功率 不小于2倍初始投入的启动有功功率 P x 2 5 KQ P e Dc o s Q 2 式中 P e D为初始投入的保安负荷额定功率之 和 k W KQ为启动负荷的电流倍数 宜取 5 c o s Q 为启动负荷的功率因数 宜取0 4 式 2 使用时有个问题 它只适用于旋转负荷 而首次加载的保安负荷内还包括静止负荷 如果一 起计入 P e D 再用该公式校验 会使得计算结果偏 大 因此 在实际工程应用中 应将首次加载的保安 负荷分为旋转负荷和静止负荷两类 对于静止负荷 取启动负荷的电流倍数为1 功率因数取0 8进行计 算 再根据两类负荷的启动有功功率的总和确定P x 是否满足要求 另外 有的制造厂能保证柴油发电机组首次加 载能力超过5 0 可以按照制造厂承诺的数值对公 式中的系数进行调整 4结束语 柴油发电机组在火力发电厂为保安负荷提供电 源是作为备用机组使用的 在容量选择时应采用机 组的备用功率 但为了避免因制造厂对备用功率的 理解不同而导致柴油发电机组负载能力不足 在进 行柴油机输出功率的复核时 要求柴油机不考虑过 载能力的情况下也能承担最大保安负荷 在机组采 购时再用制造厂提供的数据进行复核 在保证火力 发电厂保安电源的安全可靠性的前提下 准确地统 计保安负荷 根据柴油发电机组的用途 运行时间 供电对象 保安负荷 的特性经济合理地选择柴油发 电机组的容量 并且在机组采购的过程中将要求切 江苏电机工程7 2 实地落实到制造厂的产品上是追求的目标 本文谨 以作者对柴油发电机组功率及火力发电厂保安负 荷的认识和理解进行探讨 希望能给有关人员起到 一点借鉴作用 参考文献 1 尧军奇 徐云 现代柴油发电机组原理 使用与维修 M 北京 电子工业出版社 1 9 9 2 2 钱亢木 大型火力发电厂厂用电系统 M 北京 中国电力出 版社 1 9 9 5 作者简介 梁文军 1 9 7 4 男 江苏南京人 工程师 主要从事发电厂电气 系统设计工作 高宁芳 1 9 7 4 女 江苏南京人 助理工程师 主要从事变电运 行管理工作 D i s c u s s i o no nC a p a c i t yS e l e c t i o no f D i e s e l G e n e r a t i n gS e t s L I A N GWe n j u n 1 G A ON i n g f a n g 2 1 J i a n g s u E l e c t r i c P o w e r D e s i g n I n s t i t u t e N a n j i n g 2 1 0 0 2 4 C h i n a 2 N a n j i n g P o w e r S u p p l y C o m p a n y N a n j i n g 2 1 0 0 0 8 C h i n a A b s t r a c t T h ed e f i n i t i o no f d i e s e l g e n e r a t i n gs e t sp o w e r b a s e do nr e l a t e ds t a n d a r d sa n dt h ed a t ap r o v i d e db ys o m e m a n u f a c t o r i e s a r e i n t r o d u c e d T h e c o n f i r m a t i o n p r i n c i p l e a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f s e c u r i t y l o a d i n f o s s i l f u e l p o w e r p l a n t s a r e d i s c u s s e d S e v e r a l p r o b l e m s i np r a c t i c a l a p p l i c a t i o no f t h em e t h o dp r o v i d e db yD L T 5 1 5 3 2 0 0 2 T e c h n i c a l r u l e s f o r d e s i g n i n g a u x i l i a r y p o w e r s y s t e mo f f o s s i l f u e l p o w e r p l a n t s a r e d i s c u s s e d a n d t h e s o l u t i o n s u g g e s t i o n s a r e g i v e n K e yw o r d s d i e s e l g e n e r a t i n g s e t s s e c u r i t y l o a d c a p a c i t y s e l e c t i o n 陆玉军 李澄 李群 江苏省电力试验研究院有限公司 江苏 南京2 1 0 0 3 6 电厂侧 A V C调控的实现方法 J i a n g s u E l e c t r i c a l E n g i n e e r