大容量发电机组负载特性研究

1、中国移动集团重点中国移动集团重点/ /联合研发项目联合研发项目 结题汇报报告结题汇报报告 项目名称：大容量发电机组负载特性研究项目名称：大容量发电机组负载特性研究 项目编号：项目编号： 第2页 开题计划完成情况开题计划完成情况 目目 录录 二、主要研究成果二、主要研究成果 第3页 1.1 1.1 研究背景及目标研究背景及目标 柴油发电机组在机组铭牌、发动机铭牌、发电机铭牌的标示上同相关国标、行 标对应关系相对模糊，需要理清其中的关系，提出适合通信机房的铭牌标示。 柴油发电机组在不同海拔、不同环境温度下，带不同功率因数、不同谐波含量 的负载时，其实际带载能力没有一个衡量标准。 当机房的设计有功功

2、率、无功功率、谐波电流含量在一定范围内时，如何合理 选择既满足可靠性要求，又不会造成配置浪费的发电机组，是目前迫切需要解 决的问题。 研究背景研究背景 第4页 通过对不同发电机组铭牌功率和相关国家、行业标准的研究，提出通信用发 电机组功率标示建议。 通过对各类通信电源负荷（ups、开关电源、机房空调等）的输入电气特性 和主要几种发电机组带载特性的测试、研究，最终针对典型通信机房的负荷 特性，建立经济、合理配置发电机组的模型。 研究目标研究目标 1.1 1.1 研究背景及目标研究背景及目标 第5页 1.2 1.2 主要研究内容及分工主要研究内容及分工 主要研究内容主要研究内容 测试通信电源、空调

3、设备的主要电气特性： (1) 功率因数、谐波：电源、空调设备在各种不同负荷率下的功率因数、输入 谐波电流等。 (2)不同机房类型总的功率因数、谐波情况。 测试验证常用发电机组在各种负荷下的负载特性： (1)发电机组在规定功率因数范围内的实际带载能力； (2)发电机组在规定总谐波电流范围内的实际带载能力。 对测试情况进行分析，提出现代通信机房发电机组的发动机、电球的匹配建 议。 第6页 1.2 1.2 主要研究内容及分工主要研究内容及分工 单位单位分工内容分工内容输出成果输出成果负责人负责人 集团网络集团网络 部部 1 1、研究目标、框架、研究目标、框架 和研究计划和研究计划 1 1、通信用动力

4、设备、通信用动力设备 的输入电气特性。的输入电气特性。 2 2、不同机房类型总、不同机房类型总 的功率因数、谐波情的功率因数、谐波情 况。况。 3 3、新的通信用大容、新的通信用大容 量发电机组功率标示量发电机组功率标示 方法。方法。 4 4、针对通信机房使、针对通信机房使 用的发电机组配置模用的发电机组配置模 型。型。 浙江公司浙江公司 网络部网络部 1 1、动力设备输入特、动力设备输入特 性测试性测试 2 2、发电机组发动机、发电机组发动机 和电机配置研究和电机配置研究 项目分工项目分工 第7页 1.3 1.3 开题计划完成情况总结开题计划完成情况总结 本项目各参与方顺利完成开题计划安排的

5、各项工作任务，基本取得预期的研 究成果； 开题计划执行情况开题计划执行情况 发电机组在不同海拔、不同环境温度下，带不同功率因数及不同谐波电流负 荷时的实际带载性能数据受实验条件所限，仅参考主流厂家提供的技术参数 及性能数据； 研究中存在的不足研究中存在的不足 第8页 一一. . 开题计划完成情况开题计划完成情况 目目 录录 二、主要研究成果二、主要研究成果 第9页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 2.1.12.1.1功率标定类型功率标定类型 国标gb/t2820.1-2009（同iso8528.1- 2005）： 持续功率（cop） 基本功率（prp） 限时运行功率（

6、ltp） 应急备用功率（esp） 行标yd/t502-2007： 额定功率 企标qb-w-011-2008： 主用机组额定功率 备用机组额定功率 国内品牌发电机组标定功率： 长行功率（prime power） 备用功率（standby power） 国外品牌发电机组标定功率： 备用功率（standby power） 长行功率（prime power） 连续功率（continuous power） 限时运行功率（limited running time power） 第10页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 持续功率（持续功率（copcop） 在商定的运行条件下并按制造

7、商规 定的维修间隔和方法实施维护保养， 发电机组每年运行时间不受限制地 为恒定负载持续供电的最大功率。 一般适用于作为电站或与市电并网 使用等负载变化极小的连续运行工 况。 国标国标gb/t2820.1-2009gb/t2820.1-2009功率标定功率标定 第11页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 基本功率（基本功率（prpprp） 在商定的运行条件下并按制造商规定 的维修间隔和方法实施维护保养，发 电机组能每年运行时间不受限制地为 可变负载持续供电的最大功率。在24h 运行周期内允许的平均功率输出（ppp） 应不超过prp的70，除非与ric发动 机制造商另有商定

8、。 国标国标gb/t2820.1-2009gb/t2820.1-2009功率标定功率标定 在确定某一可变功率序列的实际平均功 率输出（ppa）时，功率小于30prp 时按30计，停机时间不包括在内。 在要求允许的平均功率输出ppp较规定 值高的应用场合，应使用持续功率cop。 第12页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 限时运行功率（限时运行功率（ltpltp） 在商定的运行条件下并按制造商规定 的维修间隔和方法实施维护保养，发 电机组每年供电达500h的最大功率。 国标国标gb/t2820.1-2009gb/t2820.1-2009功率标定功率标定 按100限时运行功

9、率每年运行的最长 时间为500h。 新版标准没有连续运行时间规定，而 gb/t2820.1-1997中ltp规定按100限 时运行功率每次可以连续运行300h。 第13页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 应急备用功率（应急备用功率（espesp） 在商定的运行条件下并按制造商规定 的维修间隔和方法实施维护保养，在 市电一旦中断或在试验条件下，发电 机组每年运行达200h的某一可变功率 系列中的最大功率。在24h运行周期内 允许的平均功率输出（ppp）应不超过 esp的70，除非与ric发动机制造商 另有商定。 国标国标gb/t2820.1-2009gb/t2820.1

10、-2009功率标定功率标定 在确定某一可变功率序列的实际平均功 率输出（ppa）时，功率小于30esp 时按30计，停机时间不包括在内。 gb/t2820.1-1997中没有该功率定义。 第14页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 额定功率额定功率 发电机组在规定的基准条件下应能按 照额定功率连续运行12h（其中包括 过载10%运行1h）；该机组超出12h连 续运行时（在按使用说明书规定进行 保养的条件下）其输出功率不低于机 组额定功率的90%。 行标行标yd/t502-2007yd/t502-2007功率标定功率标定 基本同国标持续功率（cop)对应。 与cop不同点

11、1：可过载10%运行(1h/12h）。 与cop不同点2：连续运行超12h时功率输出 允许降容10%。 基准条件： 海拔高度：不超过1000m； 环境温度：-540； 空气相对湿度：90%（25）。 第15页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 主用机组额定功率主用机组额定功率 发电机组在额定工况条件下，在厂家 规定保养周期内，应能按额定功率连 续运行，且每12h内应能过载10%运行 1h。 企标企标qb-w-011-2008qb-w-011-2008功率标定功率标定 基本同国标持续功率（cop)对应。 与cop不同点：可过载10%运行(1h/12h）。 额定工况条件：

12、海拔高度：不超过1000m； 环境温度：-540； 空气相对湿度：90%（25）。 第16页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 备用机组额定功率备用机组额定功率 发电机组在额定工况条件下，在厂家 规定保养周期内，应能按额定功率连 续运行24h；连续运行超过24h时，其 输出功率不低于机组额定功率的90%。 备用机组每年允许的累计运行时间应 不低于500h。 企标企标qb-w-011-2008qb-w-011-2008功率标定功率标定 基本同国标限时运行功率（ltp）对应。 与ltp不同点：对连续运行时间有明确规定， 而新版国标ltp对连续运行时间无规定。 额定工况条件：

13、 海拔高度：不超过1000m； 环境温度：-540； 空气相对湿度：90%（25）。 第17页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 长行功率（长行功率（prime powerprime power） 在商定的运行条件下并按制造商的规 定进行维护保养，发电机组以可变负 荷持续运行，且每年运行时数不受限 制的最大功率。24h运行周期内允许 的平均功率输出（ppp）应不超过prp 的70，除非与ric发动机制造商另 有商定 科泰柴油发电机组功率标定科泰柴油发电机组功率标定 等同于国标基本功率（prp）。 备用功率（备用功率（standby powerstandby power）

14、 在商定的运行下并按制造商规定的维 修间隔和方法实施维护保养，发电机 组每年供电达500h的最大功率。 等同于国标限时运行功率（ltp）。 第18页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 长行功率（长行功率（prime powerprime power） 在规定的维修周期之间和规定的环境 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，且总的负载因素不超过70% ， 每运行12小时允许超载10%运行1小时。 卡特柴油发电机组功率标定卡特柴油发电机组功率标定 基本同国标基本功率（prp）对应。 与prp不同点：可过载10%运行(1h/12h） 。 备

15、用功率（备用功率（standby powerstandby power） 在商定的运行下并按制造商规定的维 修间隔和方法实施维护保养，发电机 组每年供电达500h的最大功率。 等同于国标限时运行功率（ltp）。 连续功率（连续功率（continuous powercontinuous power） 在规定的维修周期之间和规定的环境 条件下，每年可能运行的时数不受限 制的某一恒定功率序列内存在的最大 功率。 等同于国标持续功率（cop）。 第19页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 备用功率（备用功率（standby powerstandby power） 发电机组在规定

16、的维修周期之间和规 定的环境条件下, 发电机组每年运行 达200h的某一可变功率系列中的最大 功率。实际平均功率输出（ppa）应 不超过备用功率的x。x%取值视不 同发动机品牌从60%至90%不等。计算 实际平均功率输出（ppa）时不考虑 停机时间。 科勒柴油发电机组功率标定科勒柴油发电机组功率标定 基本同国标应急备用功率（esp）对应。 与esp不同点：负载功率因数x%可变 。 第20页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 长行功率（长行功率（prime powerprime power） 在规定的维修周期之间和规定的环境 条件下，每年可能运行的时数不受限 制的某一可变

17、功率序列内存在的最大 功率。实际平均功率输出（ppa）应 不超过备用功率的x。x%取值视不 同发动机品牌从50%至90%不等。计算 实际平均功率输出（ppa）时功率不 足30%ppp时按30%计，不考虑停机时 间。 科勒柴油发电机组功率标定科勒柴油发电机组功率标定 基本同国标基本功率（prp）对应。 与prp不同点1：负载功率因数x%可变 。 与prp不同点2：可过载10%运行(1h/12h） 。 且总超载时间一年之内不能超过400小时。 第21页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 限时运行功率（限时运行功率（limited limited running time p

18、owerrunning time power） 在规定的维修周期之间和规定的环境 条件下，每年可能运行的时数最大达 700h的某一恒定功率序列内存在的最 大功率。 科勒柴油发电机组功率标定科勒柴油发电机组功率标定 基本同国标限时运行功率（ltp）对应。 与ltp不同点：最大运行时数700h 。 第22页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 连续功率（连续功率（continuous powercontinuous power） 在规定的维修周期之间和规定的环境 条件下，每年可能运行的时数不受限 制的某一恒定功率序列内存在的最大 功率。 科勒柴油发电机组功率标定科勒柴油发电机

19、组功率标定 等同于国标持续功率（cop）。 第23页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 长行功率（长行功率（prime powerprime power） 在商定的运行条件下并按制造商规定 的维修间隔和方法实施维护保养，发 电机组能每年运行时间不受限制地为 可变负载持续供电的最大功率。 威尔信柴油发电机组功率标定威尔信柴油发电机组功率标定 等同于国标基本功率（prp）。 备用功率（备用功率（standby powerstandby power） 在商定的运行条件下并按制造商规定 的维修间隔和方法实施维护保养，当 公共电网出现故障或在试验的条件下， 发电机组每年运行达20

20、0小时的某一 可变功率系列中的最大功率 等同于国标限时运行功率（esp）。 连续功率（连续功率（continuous powercontinuous power） 在商定的运行条件下并按制造商规定 的维修间隔和方法实施维护保养，发 电机组每年运行时间不受限制地为恒 定负载持续供电的最大功率。 等同于国标持续功率（cop）。 第24页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 长行功率（长行功率（prime powerprime power） 在商定的运行条件下并按制造商的规 定进行维护保养，发电机组以可变负 荷持续运行，且每年运行时数不受限 制的最大功率。24h运行周期内允许

21、的平均功率输出（ppp）应不超过prp 的70，除非与ric发动机制造商另 有商定 康明斯柴油发电机组功率标定康明斯柴油发电机组功率标定 等同于国标基本功率（prp）。 备用功率（备用功率（standby powerstandby power） 在商定的运行下并按制造商规定的维 修间隔和方法实施维护保养，发电机 组每年供电达500h的最大功率。 等同于国标限时运行功率（ltp）。 第25页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 功率标定功率标定功率类型功率类型负载类型负载类型供电时限供电时限(h)负载因素负载因素(%)超载性能超载性能与国标对应关系与国标对应关系 国标 持续

22、功率(cop)恒定不限- 基本功率(prp)可变不限70- 限时运行功率(ltp)恒定500- 应急备用功率(esp)可变20070- 行标额定功率恒定不限-1h/12h持续功率(cop) 企标 主用功率恒定不限-1h/12h持续功率(cop) 备用功率恒定500-限时运行功率(ltp) 科泰 长行功率(prime power)可变不限70-基本功率(prp) 备用功率(standby power)恒定500-限时运行功率(ltp) 卡特 备用功率(standby power)恒定500-限时运行功率(ltp) 长行功率(prime power)可变不限701h/12h基本功率(prp) 连续

23、功率(continuous power)恒定不限-持续功率(cop) 科勒 备用功率(standby power)可变2006090不能应急备用功率(esp) 长行功率(prime power)可变不限50901h/12h基本功率(prp) 限时运行功率(ltp)恒定700-限时运行功率(ltp) 连续功率(continuous power)恒定不限-持续功率(cop) 威尔信 连续功率(continuous power)恒定不限-持续功率(cop) 长行功率(prime power)可变不限70-基本功率(prp) 备用功率(standby power)可变20070-应急备用功率(esp)

24、 康明斯 长行功率(prime power)可变不限70-基本功率(prp) 备用功率(standby power)恒定500-限时运行功率(ltp) 第26页 2.12.1柴油发电机组的标定功率柴油发电机组的标定功率 通信行业标准中的额定功率基本同国标中的持续功率（cop）对应。 企标中的主用功率、进口机组的连续功率（continuous power）基本同国 标中的持续功率（cop）对应。 企标中的备用功率基本同国标中的限时运行功率（ltp）对应，企标要求更 高。 国内外品牌机组的长行功率（prime power）基本同国标中的基本功率 （prp）对应。 大部分发电机组的备用功率（stan

25、dby power）同国标中的限时运行功率 (ltp)对应，但科勒和威尔信的备用功率（standby power）同国标中的应 急备用功率(esp)对应。 对于通信机房而言，建议采用限时运行功率（ltp）作为机组招标时的标定 功率，即要求厂商的技术承诺书必须达到国标限时运行功率（ltp）的要求。 同时，发电机组还需满足连续运行的条件，即按额定功率可连续运行24h， 连续运行超过24h时输出功率不低于机组额定功率的90%，以符合企标对发 电机组的要求。 第27页 2.22.2柴油发电机组的选用柴油发电机组的选用 2.2.12.2.1海拔高度对油机功率选择的影响海拔高度对油机功率选择的影响 海拔高

26、度升高时空气密度会降低，柴油机燃烧时氧气量减少，燃烧效率减 低，因而会减低柴油机的机械输出功率。 发电机工作时需要冷空气对绕组进行冷却，空气密度降低时，冷却效果也 降低，为保证发电机的绕组温度在允许范围内也必须降低发电机的输出功 率。 第28页 2.22.2柴油发电机组的选用柴油发电机组的选用 卡特柴油发电机组的海拔修正系数卡特柴油发电机组的海拔修正系数 环境温度40，卡特柴油发电机组在海拔超过1000m时每升高500m约有 6%的功率降。 机组型号3412-720kw3516-1600kw3516bhd-2000kw 环境温度404040 海拔（m）功率值（kw）功率降功率值（kw）功率降功

27、率值（kw）功率降 0784-1710-2145- 3007840.0%17100.0%21450.0% 5007840.0%17100.0%21091.7% 10007840.0%16593.0%19855.9% 15007612.9%15615.9%18675.9% 20007165.9%14676.0%17565.9% 25006726.1%13796.0%16506.0% 30006316.1%12946.2%15496.1% 3200-12622.5%15102.5% 35005926.2%- 第29页 2.22.2柴油发电机组的选用柴油发电机组的选用 科勒柴油发电机组的海拔修正系数

28、科勒柴油发电机组的海拔修正系数 序号序号机组型号机组型号海拔高度（海拔高度（m） 海拔每升高（海拔每升高（m） 输出功率降（输出功率降（%） 1reozm系列（三菱引擎） 15001001 12001001 40005004 10003002.5 15253004 40005004 40104 4052 40-无降低 第37页 2.22.2柴油发电机组的选用柴油发电机组的选用 威尔信柴油发电机组的温度修正系数威尔信柴油发电机组的温度修正系数 威尔信柴油发电机组在在环境温度超过40时每升高10约有3%的功率 降。 海拔高度海拔高度 （m） 环境温度（环境温度（） 40 45 5055 0-100

29、01.0 0.97 0.940.91 1000-15000.97 0.94 0.910.88 1500-20000.94 0.91 0.880.86 2000-25000.91 0.88 0.860.83 2500-30000.87 0.84 0.820.79 第38页 2.22.2柴油发电机组的选用柴油发电机组的选用 康明斯柴油发电机组的温度修正系数康明斯柴油发电机组的温度修正系数 发电机组修正系数以柴油机和发电机的修正功率下降较大者为准。 名称名称品牌品牌型号型号温升（温升（）输出功率降（输出功率降（%） 柴油机柴油机cummins qsk60-g81010.9 kta38-g91010

30、发电机发电机stamford各型号53 第39页 2.22.2柴油发电机组的选用柴油发电机组的选用 科泰柴油发电机组的温度修正系数科泰柴油发电机组的温度修正系数 发电机组修正系数以柴油机和发电机的修正功率下降较大者为准。 名称名称品牌品牌型号型号温升（温升（）输出功率降（输出功率降（%） 柴油机柴油机 mitsubishi s12h-pta s16r-pta2 52 cumminsqsk60-g13112 发电机发电机stamford各型号53 第40页 2.22.2柴油发电机组的选用柴油发电机组的选用 柴油发电机组柴油发电机组环境环境修正系数小结修正系数小结 各品牌柴油机和发电机的输出功率修

31、正系数各不相同，实际操作中应参考 具体厂家的功率修正曲线，注意额定功率所规定的环境温度。 在对发电机组输出功率进行温度修正时在考虑环境温度修正时应同时考虑 发动机和发电机的功率修正，先到为准。 通常可按照环境温度超过40时每升高5,输出功率下降 3-4%来进行功 率损失的计算。 第41页 2.22.2柴油发电机组的选用柴油发电机组的选用 2.2.32.2.3负载功率因数对机组输出功率的影响负载功率因数对机组输出功率的影响 负载功率因数0.8（滞后）时，机组带载能力由发电机组额定有功功率确定。 负荷功率因数0.9，发电机组0.8的额定 输出功率因数应该提高。 发动机由于老化会导致输出功率下降。而

32、发电机的性能一般比较稳定，随着 时间的推移，发电机容量的富余量会越来越大。 从谐波的角度看，由于通信机房内谐波的存在，要求机组具有较强的瞬态响 应特性，以避免谐波对发电机组的正常运行造成影响。如此一来，要求发电 机的配置相对发动机来说越大越好。 从发电机组经济性上分析，发电机组的主要成本在发动机部分，发电机是相 对而言比较经济的部分，用较经济的成本换取机组更好的瞬态响应特性，是 可以接受的。 综合以上的几点因素，现有柴油发电机组采用0.8的额定功率因数是合理的。 第51页 2.32.3项目总结项目总结 本研究项目主要完成了两个方面的内容，一是完成了国标、企标、国产机组、 进口机组有关标定功率的

33、定义及相互间的对应关系。二是选择发电机组应该考虑 的一些因素，比如海拔、环境温度、负载功率因数、谐波、发动机和发电机容量 匹配关系等等。得出基本结论如下： 国标中的限时运行功率（ltp）比较契合大容量发电机组的应用场合，建议 采用该指标来进行发电机组招标。同时，厂商技术承诺书还应保证发电机组 按额定功率功率可连续运行24h，连续运行超过24h时输出功率不低于机组 额定功率的90%，以符合企标对发电机组的要求。 发电机组功率输出受海拔高度影响，一般超过1000m 时每升高500m带载能 力大约下降4-5%，实际操作中应参考具体厂家的功率修正曲线，选择合适额 定功率的发电机组。 发电机组功率输出受环境温度影响，一般环境温度超过40时每升高5， 带载能力大约下降3-4%，实际操作中应参考具体厂家的功率修正曲线，选择 合适额定功率的发电机组。当机房环境过高时宜采用合适的散热措施。 当负载功率因数0.8（滞后）时，机组带载能力由发电机组额定有功功率确 定；当负荷功率因数0.8（滞后）时，机组带载能力由发电机组额定视在功 率确定。 第52页 2.32.3项目总结项目总结 在没有进行谐波治理的情