淺析通信備用柴油發(fā)電機組選用問題

1、淺析通信備用柴油發(fā)電機組選用問題中國移動通信#網(wǎng)絡部市西城區(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。為確保通信樞紐機房的電力供給， “市電供電+柴油發(fā)電機組備用的供電系統(tǒng)成為通信行業(yè)的標準配置方案。 本文就通信用自動化柴油發(fā)電機組的性能和通信備用柴油發(fā)電機組的選用問題做一闡述。一、通信備用柴油發(fā)電機組的組成和特點機組由性能完善的柴油機、 三相無刷同步發(fā)電機、 燃油自動補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或油機專用微處理控制器控制。它除了具有自啟動、自切換、自運行、自投入和自停機等功能外， 并配有

2、各種故障報警和自動保護裝置。更為重要的是，配有RS232或RS485/422通信接口，能夠實現(xiàn)與計算機聯(lián)接，進展遠程監(jiān)控，實現(xiàn)遙控、遙信和遙測，做到全自動、無人值守。二、選用自動化機組必須考慮的關鍵性能必須滿足的技術標準GB/T 2820-1997 eqv ISO8528:1993 往復式內(nèi)燃機驅動的交流發(fā)電機組GB/T 4712-1996自動化柴油發(fā)電機組分級要求YD/T 502-2000通信專用柴油發(fā)電機組技術要求(4)YD/T 1051-2000 通信局站電源系統(tǒng)總技術要求技術性能指標柴油機采用電啟動方式。三缸或三缸以上四沖程柴油機。額定轉速 1500rpm。環(huán)境溫度低于5 以下，標配加

3、裝水套加熱器。發(fā)電機采用無刷自勵或無刷永磁勵磁機勵磁方式。發(fā)電機安裝阻尼繞組。(3)相對溫度大于85癡境使用時，標配驅潮裝置。機組額定參數(shù)額定電壓：400/230V(2)額定頻率：50Hz額定功率：按GB2820-97標稱額定電流：按GB2820-97標稱(5)額定功率因數(shù):0.8(滯后)(6)額定轉速：1500rpm(7)機組在空載額定電壓時的線電壓波形正弦性畸變率應不超過5%(8)機組的發(fā)電機定子和轉子均采用H級絕緣。(9)機組在95%-100碗定電壓時電壓和頻率的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)指標見表 1：表1性能參數(shù)單位運行極限值電壓穩(wěn)態(tài)電壓偏差%瞬態(tài)電壓偏差100嗾減功率%+20突加功率注1%-15電壓

4、恢復時間s4電壓/、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嗾減功率%+10突加功率注1%-7頻率恢復時間s3相對的頻率容差帶%2注：1、額定容量200kW與以下機組突加工 100唾載，額定容量200kW以上機組突加工 50%負載。2、機組并聯(lián)運行時該值應減為0.5。3、自動化功能自動啟動和自動加載(1)機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% 一個啟動循環(huán)包括三次啟動，兩次啟動之間的間歇時間為10-15秒。(2)機組啟動成功后，當機油壓力達到規(guī)定值時應能自動加載，加載時間通常為10秒。(3)機組三次啟動失敗后不再啟動，并發(fā)出啟動失敗報警信號； 如有

5、備用機組應能將啟動指令傳遞給備用機組。自動卸載停機機組接到自控或遙控停機指令后，能自動卸載停機，其停機方式有正常停機和緊急停機兩種。正常停機步驟：切斷主電路后斷開空氣開關或將ATS轉換至市電側；緊急停機步驟：立即切斷主電路、燃油油路。自動保護機組具有機油壓力低、過電壓、超速、過載、短路、缺相保護，水冷機組有高水溫保護 功能，風冷機組有高缸溫保護功能。4、遠程監(jiān)控功能滿足遠程監(jiān)控的技術要求，具有遙測、遙信和遙控功能， 能實時遠距離監(jiān)控機組的運行參數(shù)、運行狀態(tài)，當機組出現(xiàn)異常情況或嚴重故障時能向監(jiān)控中心自動報警，并能實現(xiàn)遠程控制機組。能夠提供標準的通信協(xié)議。5、串、并機功能(1)串機備份功能：可配

6、合 ATS實現(xiàn)市電與柴油發(fā)電機組的自動切換功能或兩臺柴油發(fā) 電機組之間的雙備用切換功能。(2)并機擴容功能：兩臺或多臺規(guī)格型號完全一樣的三相機組，在額定功率因數(shù)下，滿足在 20-100初定功率X圍內(nèi)穩(wěn)定并聯(lián)運行。為了提高有功功率和無功功率合理分配精度和運行的穩(wěn)定性，要求機組中柴油機調(diào)速器具有穩(wěn)態(tài)調(diào)速率在2-5XS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%X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)具有自動計時功能。圖1是自啟動備用柴油發(fā)電機組的設備原理示意圖怩冷蜩,弒嵋 一聯(lián)動融翻硬獻女觸鞋靴制譚比，菱軸&穌*fcPM疑醐狀同步赳5L政通亂附琳濟匕妮也

7、 場機*手的筆目迪耕宜.B機糖瑁虹g蛇冷保久”春韓獻舒躺油由跺旗漳臨蚓浦；：一”酸甚三.曲:：， 心阿鎮(zhèn)R求磯蚓關東史療，電。陌電上磔火機三、選擇機組容量1、機組額定功率標準規(guī)定ISO8528-1 : 1993與GB2820.1-1997對交流發(fā)電機組的用途、定額和性能作了明確規(guī)定，該標準將交流發(fā)電機組的輸出功率分為三種，即持續(xù)功率COP、根本功率PRPP和限時運行功率LTP，而該標準同時也對發(fā)電機組運行的現(xiàn)場條件做出規(guī)定，一般額定現(xiàn)場條件為：一絕對大氣壓力：89.9kPa(或海拔高度1000m)一環(huán)境溫度：313K40C一相對濕度：60%通常情況柴油發(fā)電機組銘牌標稱的輸出功率分為備用功率St

8、andby Power和長行功率PrimePower，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%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， 每年可能運行的時數(shù)不受限制的某一可變功率序列內(nèi)存在的最大功率，等同于國標和ISO標準中的根本功率PRp。備用功率 Standby Power 為發(fā)電機組在規(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)運行300h, 每年最多500h 工作小時的最大功率。等同于國標和ISO 標準中的限時運行功率LTP 。通信備用柴油發(fā)電機組一般情況，

9、 通信樞紐樓有市電供給， 當市電停電時柴油發(fā)電機組給負載供電， 保證供電的可靠性，柴油發(fā)電機組使用時間短，按備用容量來選擇。在非額定現(xiàn)場條件下，必須考慮功率冗余度高溫環(huán)境當環(huán)境溫度過高時， 空氣密度降低， 柴油發(fā)動機燃燒時氧氣量減少，燃燒效率減低，因而會減低柴油機的機械輸出功率； 同時發(fā)電機工作時需要冷空氣對繞組進展冷卻， 在環(huán)境溫度過高時，冷卻效果降低，發(fā)電機繞組內(nèi)部溫度升高，為保證發(fā)電機的繞組溫度在允許X圍內(nèi)也必須降低發(fā)電機的輸出功率。不同品牌的柴油發(fā)電機組因選用的柴油機、 發(fā)電機不同， 功率定義所參照的標準也不同，因而選型時要參考廠家的功率修正曲線來計算降容后的實際功率。 通常可按照環(huán)境

10、溫度超過40時每升高5 , 輸出功率下降3-4%來進展功率損失的計算， 但要注意的是有些廠家的機組標稱功率是基于環(huán)境溫度27 時的輸出功率。因此，選用機組時必須根據(jù)溫度情況，針對性核算功率冗余。海拔高度當海拔高度升高時空氣密度也會降低， 同樣影響柴油發(fā)動機和發(fā)電機的輸出功率。 不同品牌的柴油發(fā)電機組要參考廠家的功率修正曲線來計算降容后的實際功率， 通常可按照海拔高度超過1000m時每升高500m輸出功率下降4-5%來進展功率損失的計算，但要注意的是有些廠家的機組標稱功率是基于海拔高度300m 時的輸出功率。因此，選用機組時必須根據(jù)海拔高度，針對性核算功率冗余?？紤]機房空調(diào)電動機起動問題定頻空調(diào)

11、感性負載因感應電動機直接起動時起動電流為正常電流的 6-7 倍， 而且功率因數(shù)很低， 電動機起動瞬間發(fā)電機的端電壓會下降到低于正常值80%以下，從而影響其他負載的供電，需要考慮加大機組容量才能滿足要求，通常是選擇PMGB磁方式的發(fā)電機。變頻空調(diào)非線性負載應用變頻電動機和軟啟動調(diào)速控制電路的空調(diào)，請參考以下的有關非線性負載的討論。四、選擇適合非線性負載的機組1、UPS等非線性負載對機組的影響非線性負載會向柴油發(fā)電機組反射大量的高次諧波，其中以 5 次和 7 次諧波危害最嚴重，尤其是非線性負載較大而發(fā)電機組容量又較小時這種危害就更明顯，機組帶UPS時主要表現(xiàn)在以下幾種現(xiàn)象：(1)發(fā)電機組的輸出電壓

12、突然增高到440V以上，其后果是造成UPS損壞。(2)發(fā)電機組輸出頻率到5060Hz,致使UPS呆護動作。發(fā)電機組在出現(xiàn)頻率或電壓異常的同時出現(xiàn)嚴重的機械共振現(xiàn)象，柴油機出現(xiàn)有節(jié)奏的搖擺和聲音起伏，嚴重時還出現(xiàn)損壞發(fā)電機的勵磁回路和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斷整流器， 由后備電池組向負載放電或從旁路直接向負載供電。非線性負載帶載解決方案采用無刷永磁式勵磁交流發(fā)電機永磁勵磁系統(tǒng)由五局部組成：發(fā)電機主勵磁繞組轉子 ，永磁發(fā)電機PMG ，自動電壓調(diào)節(jié)器 AVR ， 勵磁機和旋轉二極管。 圖 2 是無刷永磁式勵磁交流發(fā)電機的工作原理圖，在這個系統(tǒng)中有以下幾個特點

13、：1由于PMG!(統(tǒng)提供一個與定子輸出電壓波形畸變與大小無關的恒定的勵磁電源，因而能提供較高的電動機起動承受能力， 并對非線性負載產(chǎn)生的主機定子輸出電壓的波形畸變具有抗干擾性，可提高發(fā)電機帶非線性負載能力。2AVR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_0.5%。永磁機勵磁AVR電源輸入3更強的抗無線電干擾能力。4更強的承受短路電流能力通常可達 3倍額定電流，持續(xù)10S。采用“小馬拉大車方式，選用大容量發(fā)電機在不增加柴油機功率的條件下配置一臺較大容量的發(fā)電機，以提高機組帶非線性負載 的能力。通常柴油機和發(fā)電機的功率匹配關系是柴油機凈輸出機械功率略大于發(fā)電機功率，

14、但是這里發(fā)電機輸出功率一般可以按照表3的參考值進展選擇：表3 發(fā)電機和UP勤率匹配關系UPS整流技術功率匹配關系米用6脈沖整流技術Sg=3-3.5Su采用12脈沖整流技術Sg=2.5-3Su米用單相整流技術Sg=4-5Su米用tWj頻脈如調(diào)制技術Sg=2-3Su注：1Sg表示發(fā)電機的標稱功率kVA，Su表示UPS的標稱功率kVA：2發(fā)電機采用永磁他勵式PMG發(fā)電機、AVR三相電壓檢測并采取隔離變壓器將發(fā)電機組輸出電壓經(jīng)過隔離后再輸送到AVR從上面的匹配關系來看，柴油發(fā)電機組的容量會比 UPS大許多2倍以上。但是請注意，從上面提出的是“發(fā)電機容量而并非機組的容量，而機組的輸出有功功率大小取決于柴

15、油機的出力，而視在功率那么主要取決于發(fā)電機的容量，發(fā)電機組在帶UPS負載時，只要加大發(fā)電機的容量，其瞬態(tài)特性就會大大的增強，而機組的輸出有功功率其實并未增加，因而采用這種所謂“小馬拉大車的方式來解決非線性負載的問題。即柴油機的功率按照所有負載有功功率之和略大來選擇，發(fā)電機功率那么按照上面所說的方法來配置。五、選用主要配套設備1、選擇控制系統(tǒng)各品牌機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，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)電機組， 通常要考慮備用機組與市電的自動切換問題，即選擇一套ATS當然，也許市電和油機的雙電源切

16、換是在低壓配電系統(tǒng)中已考慮實現(xiàn)，那么在柴油發(fā)電機組選型時無需另外配置。ATS選型時主要考慮如下幾個方面：(1) 主切換開關的結構類型ATS的主要元件一一主切換開關的類型不外乎接觸器、空氣斷路器和雙路電源轉換開關，這三種類型的主開關性能對照如下：aim-接觸器型塑殼開關型空氣斷路器型雙路電源轉換開關型投入方式常時激磁馬達儲能帶動連桿馬達儲能帶動連桿瞬時激磁馬達驅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)鎖有有有有有機械聯(lián)鎖可外加可外加可外加有有負荷電流遮斷能力差好好好好故障電流遮斷與投入能力差好好局部較好局部較好開關容量1000A以下1250A以下大大大耗電大小小小小機械壽命次500-10

17、00萬10000-2500020000-350005000-500003000-10000電氣壽命次50-100 萬10000-250002000-100003000-100003000-10000造價低較局高適中適中體積小大大小小(2)三極或四極切換問題從電源開關的極數(shù)來看，每個廠家都提供三極和四極開關。根據(jù)配電系統(tǒng)運行的安全性來說，四極開關更可靠，故 ATS應采用四極結構。(3) 額定電流通常主開關的額定電流按通過ATS的負載額定電流進展選擇，而要防止直接根據(jù)備用柴油發(fā)電機組的額定容量來進展選擇。3、選擇機組的其他附件如果柴油質量不高應增配油水別離器。油水別離器可保護發(fā)動機的精細部件免受灰

18、塵、銹蝕、菌藻、 瀝青、清漆與燃油中普遍 存在的水分的侵害。為取得最優(yōu)的除污效果，特別注意將油水別離器安裝在油泵真空側。加裝電子調(diào)速器通常大局部廠家機組功率在 100kW以下時均采用機械調(diào)速柴油機，如果對機組頻率有很 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%寸，要將標準配置為機械調(diào)速器改 裝為電子調(diào)速器。加裝水套加熱器。對于機房固定安裝作為市電備用電源的水冷柴油發(fā)電機組來說，這是一種簡便有效地解決機組冷起動問題的方法，通常當?shù)貧鉁乜赡艿陀?C,那么標配水套加熱器。一般來說，在外部裝有加熱器的發(fā)動機的冷卻水循環(huán)模式為：冷卻水從發(fā)動機的低部流入加熱器，在加熱器內(nèi)加熱后，從發(fā)動機后面的頂

19、端重新流進發(fā)動機機體。注意不要在加熱器已經(jīng)通電后再運行發(fā)動機。加熱器的電源通常取單相220V或三相380V,直列式柴油機安裝一個加熱器，V型柴油機對稱安裝兩個一樣功率的加熱器。根據(jù)柴油機的功率和環(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加熱器功率與機組功率對照參考表機組功率加熱器功率-20 C 5 C加熱器功率-20 C以下200kW以下500W1000W200-400kW1000W1500W400-600kW1500W2000W600-1500kW2000W3000-4000W1500kW以上4000W4000-6000W(4)防潮加熱器機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，尤其是備用機組運行時間相對較短，發(fā)電機的絕緣性能下降，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、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組日用油箱的容量按8小時滿載運行的燃油量來進展選配。根據(jù)消防規(guī)定，機房內(nèi)日用油箱容量不超過 1000L,因而如果超過1000L油箱時要設置單獨的油箱間，并按