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柴油發(fā)電機組選型原則、設(shè)置要求和容量計算
發(fā)布時間:2024-03-07 01:39:26  ▏閱讀:

 

新聞主題

柴油發(fā)電機組選型原則、設(shè)置要求和容量計算

 

摘要∶柴油發(fā)電機組的功率選擇一直是困擾發(fā)電設(shè)備購買者的難題,買大了經(jīng)濟不劃算造成了資金浪費,買小了帶不起負載更是得不償失。因此,如何抉擇適合自己用電需求的供電裝置成了購置前必須研究的課題。特別是對于第一次購買發(fā)電機組的用戶,在選購發(fā)電機組上有什么標(biāo)準(zhǔn)或者說基礎(chǔ)配置是不清楚的,現(xiàn)在我們就拿柴油發(fā)電機組來說,它的選購標(biāo)準(zhǔn)包含了外觀要求、絕緣電阻和絕緣強度、相序要求、柴油發(fā)電機維持準(zhǔn)備運行狀態(tài)要求、自動啟動供電和自動停機的可靠性檢查、自動啟動成功率等方面的標(biāo)準(zhǔn)??得魉构就ㄟ^分析數(shù)據(jù)中心用電負荷的特點及柴油發(fā)電機組功率特性以及相關(guān)規(guī)范的研究,提出了數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機組選型原則、功率確定方法以及計算公式。

 

一、柴發(fā)的容量確定

 

      針對數(shù)據(jù)中心的柴油發(fā)電機組應(yīng)用特點,康明斯公司可以從設(shè)計階段開始,就做出針對性的安排,以在經(jīng)濟合理的前提下,最大程度地提高其可靠性。圖1是數(shù)據(jù)中心室內(nèi)機型應(yīng)用案例,圖2是數(shù)據(jù)中心室外靜音機型應(yīng)用案例。

1、柴發(fā)額定容量的選確定

(1)綜合考慮因素

      在選購柴油發(fā)電機組時應(yīng)充分考慮柴油發(fā)電機組的綜合性能和經(jīng)濟指標(biāo),供應(yīng)商的敬業(yè)精神、地理位置和實際專業(yè)程度,供應(yīng)商是否具備售后服務(wù)手段,如搶修車、專用機具等。然后再考慮所選發(fā)電機組功率與用電負荷功率是否匹配。

(2)向供應(yīng)商咨詢

      一般以柴油發(fā)電機組額定功率x0.8=用電設(shè)備功率來選定發(fā)電機組功率為好。若有大中型電動機則還需考慮 2~5倍的起動電流。若發(fā)電機組主要用于對UPS充電,則必須根據(jù)UPS的實際情況作一次專業(yè)咨詢,然后再決定發(fā)電機額定功率。

(3)按實際用電需求

      按柴油發(fā)電機組長期持續(xù)運行輸出功率能滿足全工程大計算負荷選擇,并應(yīng)根據(jù)負荷的重要性確定發(fā)電機組備用發(fā)電機組容量。柴油機持續(xù)進行的輸出功率,一般為標(biāo)定功率的0.9倍。

(4)功率不夠數(shù)量來湊

      常用柴油發(fā)電機組臺數(shù)的設(shè)置通常為2臺以上,以保證供電的連續(xù)性及適應(yīng)用電負荷曲線的變化。發(fā)電機組臺數(shù)多,才可以根據(jù)用電負荷的變化確定投入發(fā)電機組的進行臺數(shù),使柴油機經(jīng)常是在經(jīng)濟負荷下運行,以減少燃油消耗率,降低發(fā)電成本。柴油機的佳經(jīng)濟運行狀態(tài)是在標(biāo)定功率的75%-90%之間。為保證供電的連續(xù)性,常用發(fā)電機組本身應(yīng)考慮設(shè)置備用發(fā)電機組,當(dāng)進行發(fā)電機組故障檢修或停機檢查時,使發(fā)電機組仍然能夠滿足對重要用電負荷不間斷地持續(xù)供電。

2、功率計算方式

      最基本的方法就是計算全部應(yīng)急負荷的容量,公式如下:

SYJ=√(PSZ/ηSZ+∑PM/ηM×K)2+(PSZ/ηSZ×tgφSZ+∑PM/ηM×tgφM×K)2

式中:SYJ——按所供全部應(yīng)急負荷計算的發(fā)電機容量,kVA;

PSZ——事故照明負荷,kW;

ηSZ——事故照明負荷的效率;

tgφSZ——事故照明負荷功率因數(shù)角的正切值;

PM——電動機的額定容量,kW;

ηM——.電動機的額定效率,通??梢匀?.8~0.9,或由產(chǎn)品樣本中查得;

tgφM——電動機功率因數(shù)角的正切值;

K——需要系數(shù),在數(shù)據(jù)中心機房應(yīng)急情況下取1。

 

室內(nèi)柴油發(fā)電機組機房安裝應(yīng)用圖.png

圖1  數(shù)據(jù)中心室內(nèi)機型應(yīng)用案例

數(shù)據(jù)中心室外集裝箱柴油發(fā)電機組應(yīng)用案例.png

圖2  數(shù)據(jù)中心室外靜音機型應(yīng)用案例

 

二、諧波和容性負載對柴發(fā)的影響

 

      柴油發(fā)電機組所帶負載中,如果非線性負載小于其額定功率的25%時,可以不必特別考慮其影響。而內(nèi)以數(shù)據(jù)中心內(nèi)以UPS為主的非線性負載,已經(jīng)占到了發(fā)電機組額定功率的40%甚至更高,因此在設(shè)計柴油發(fā)電機組時,必須充分考慮UPS的因素。UPS對柴油發(fā)電機組的影響主要體現(xiàn)在兩方面∶

1、諧波

      盡管現(xiàn)在的UPS在引入了輸入濾波器后,已經(jīng)很大程度上控制了諧波電流,但是在發(fā)電機組供電時,因其容量遠小于市電,相對而言存在比較大的內(nèi)阻,當(dāng)UPS整流器的諧波電流注入到同步發(fā)電機定于繞組中時,會使交流輸出電壓產(chǎn)生畸變。這種畸變嚴重時就可能影響發(fā)電機組本身,如調(diào)壓系統(tǒng)和/或控制系統(tǒng)的正常工作、定子線圈的過熱等,也可能影響其后續(xù)設(shè)備如UPS的正常工作。解決方案除了選用輸入諧波電流小的UPS(如12脈沖整流或高頻整流)外,在發(fā)電機組的選擇上,可采取的相應(yīng)措施包括∶

① 勵磁系統(tǒng)選用

      發(fā)電機勵磁系統(tǒng)采用永磁勵磁,以保證調(diào)壓器供電的穩(wěn)定。采用永磁勵磁,保證了調(diào)壓器的電源與發(fā)電機負載無關(guān),可以有效地避免因諧波電流對主磁場的擾動而對調(diào)壓器的電源供應(yīng)產(chǎn)生的不利影響。

② 調(diào)壓器選用

      調(diào)壓器必須采用三相均方根(RMS)檢測輸出電壓,必要時檢測回路加隔離變壓器或低通濾波器。由于諧波電流的存在,很顯然單相檢測可能導(dǎo)致調(diào)壓器誤調(diào)節(jié)。均方根(RMS)值也叫有效值,采用RMS檢測,能有效地反應(yīng)出總電流的發(fā)熱能力,比其他檢測方式如平均值等檢測,能更準(zhǔn)確地體現(xiàn)實際電流的效果。

③ 增大發(fā)電機容量

      這是一種目前廣泛采用的行之有效的解決發(fā)電機組與UPS兼容問題的方法。增大容量的實質(zhì),是通過降低發(fā)電機的內(nèi)阻,從而弱化諧波電流的不利影響。注意由于負載的有功功率并不增大,因此柴柴發(fā)功率并不需要放大,而僅選用較大容量的發(fā)電機,即俗稱的“小馬拉大車”方式。

2、容性輸入特性

      隨著輸入濾波器的應(yīng)用,UPS輸入功率因數(shù)提高,輸入諧波電流失真度(THDI)降低,這是一個很好的改進。但是,這種UPS在空載或輕載的時候,輸入特性呈容性,且功率因數(shù)非常低,甚至接近于理想的容性負載,此時發(fā)電機組的運行可能會產(chǎn)生問題。

      盡管這種因UPS空載或低載時的容性特性而產(chǎn)生的問題并不必然發(fā)生,在設(shè)計時仍應(yīng)盡可能的避免這種情況的發(fā)生。首先是在UPS的容量及使用方式選擇上,應(yīng)盡量避免使其工作在空載或低載狀態(tài);其次,在發(fā)電機組投入使用時,應(yīng)考慮優(yōu)先投入感性負載,如空調(diào)等,由于UPS可由蓄電池維持一段時間,這一點并不難做到。

 

三、柴發(fā)選型要求和原則

 

1、基本功能性要求

(1)接自控或遙控的啟動指令后,柴油發(fā)電應(yīng)能自動啟動

(2)發(fā)電機組自動啟動后第3次失敗時,應(yīng)發(fā)出啟動失敗信號,設(shè)有備用發(fā)電機組時,程序啟動系統(tǒng)應(yīng)能自動地將啟動指令傳遞給另一臺備用發(fā)電機組。

(3)從自動啟動指令發(fā)出至向負載供電的時間應(yīng)不超過3min。

(4)柴油發(fā)電機自動啟動成功后,首次加載量應(yīng)不低于50%標(biāo)定負載。

(5)接自控或遙控的停機指令后,發(fā)電機組應(yīng)自動停機,對于市電電網(wǎng)并用的備用發(fā)電機組,當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)正常后,柴油發(fā)電機應(yīng)能自動切換或自動停機,其停機方式停機延遲時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定。

2、選型原則

(1)安裝現(xiàn)場的環(huán)境溫度、濕度和海拔高度,當(dāng)使用環(huán)境的溫濕度和海拔高度超過發(fā)電機的額定值時,發(fā)電機需要降容使用;

(2)柴油發(fā)電機供電負荷總?cè)萘?。需要所有柴油發(fā)電機供電負荷的容量,包括裝機容量,負荷系數(shù),功率因數(shù)。電動機負荷還要給出臺數(shù)、效率、起動電流倍數(shù)等參數(shù);

(3)起動順序:

 按照負荷的重要性分出起動的先后順序;

 按照負荷大小及起動電流大小,同樣重要的電動機容量大、起動電流大的優(yōu)先。

3、可選件的配置

      柴油發(fā)電機的配套件除供應(yīng)商所提供的外,還有一些是選購件,如燃油箱、市電充電器、燃油輸油管等。懂得如何去選購這些附加件是十分必要的。

(1)發(fā)電機組燃油箱的儲油量應(yīng)能提供發(fā)電機組滿負荷連續(xù)運行8小時以上,盡量避免在發(fā)電機組運行時往油箱里加油。

(2)市電充電器應(yīng)選用帶浮充的專用充電器,以保證電瓶隨時可帶動發(fā)電機組運行。

(3)冷卻液盡量選用防銹、防凍、防沸液。

(4)必須使用CD級以上的柴油機專用機油。

(5)市電切換開關(guān)分手動和自動(簡稱ATS)兩種。若你的柴油發(fā)電機作為備有電源使用,則必須在電源的輸入點裝置市電切換開關(guān)。嚴禁依靠臨時接線的辦法及記憶操作的辦法向負荷輸入自備電源。因為一旦發(fā)生自備電源擅自并網(wǎng)(簡稱倒送電),則會造成人員傷亡、設(shè)備毀壞的嚴重后果。切換開關(guān)的安裝正確與否,要得到當(dāng)?shù)毓╇姴块T的檢查認可,方可投入使用。

 

四、柴發(fā)設(shè)計的注意事項

 

1、集裝箱式柴發(fā)的注意事項

      集裝箱柴油發(fā)電機組基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。在確定了柴油發(fā)電機組容量、數(shù)量、運行方式、技術(shù)要求等因素后,在設(shè)計階段,還應(yīng)注意以下幾個問題。

(1)集裝箱式數(shù)據(jù)中心一般采用靜音箱式柴發(fā),應(yīng)考慮采用靜音箱對柴發(fā)運行容量的影響,一般要求不得超過柴發(fā)額定容量的5%

(2)發(fā)電機組應(yīng)能實現(xiàn)全自動運行,即市電故障后自動起動,自動投入,市電恢復(fù)后自動退出。發(fā)電機組的控制器應(yīng)具備RS232/485通訊接口,并采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊協(xié)議,以便實現(xiàn)第三方集中監(jiān)控。

(3)電池的充電器應(yīng)為全自動均充/浮充充電器,并具備故障報警功能,以方便遠程監(jiān)控。在寒冷的地區(qū),通常都應(yīng)配備自動溫控冷卻液加熱器,以使發(fā)電機組始終保持在適宜的溫度,保證隨時順利起動。

2、開架式柴發(fā)的注意事項

      開架式柴油發(fā)電機組基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。在柴油發(fā)電機組使用前,應(yīng)進行安裝與聯(lián)接。柴油發(fā)電機組安裝時,應(yīng)注意以下事項:

(1)安裝地點需通風(fēng)良好,發(fā)電機端應(yīng)有足夠的進風(fēng)口,柴油機端應(yīng)有良好的出風(fēng)口。出風(fēng)口面積應(yīng)大于水箱面積1.5倍以上。

(2)安裝地的周圍應(yīng)保持清潔,避免在附近放置能產(chǎn)生酸性、堿性等腐蝕性氣體和蒸汽的物品。有條件的應(yīng)配置滅火裝置。

(3)若在室內(nèi)使用,必須將排煙管道通到室外,管徑必須≥消音器的出煙管直徑,所接之管路的彎頭不宜超過3個,以保證排煙暢通,并應(yīng)將管子向下傾斜5--10度,避免雨水注入;若排氣管是垂直向上安裝的,則必須加裝防雨罩.

(4)基礎(chǔ)采用混凝土?xí)r,在安裝時須用水平尺測其水平度,使發(fā)電機組固定于水平的基礎(chǔ)上。發(fā)電機組與基礎(chǔ)之間應(yīng)有專用防震墊或用底腳螺栓。

(5)發(fā)電機組外殼必須有可靠的保護接地,對需要有中性點直接接地的發(fā)電機,則必須由專業(yè)人員進行中性點接地,并配備防雷裝置,嚴禁利用市電的接地裝置進行中性點直接接地。

(6)發(fā)電機與市電的雙向開關(guān)必須十分可靠,以防倒送電。雙向開關(guān)的接線可靠性需經(jīng)過當(dāng)?shù)毓╇姴块T的檢驗認可。

(7)起動電瓶的接線必須牢固。

 

集裝箱式柴油發(fā)電機組主要構(gòu)成要素.png

圖3  集裝箱式柴油發(fā)電機組主要構(gòu)成要素

柴油發(fā)電機組主件構(gòu)成圖.png

圖4  柴油發(fā)電機組主件構(gòu)成圖

 

總結(jié):

     對于數(shù)據(jù)中心的用戶,柴油發(fā)電機選型的關(guān)鍵在于柴油發(fā)電機與UPS負載的容量匹配。UPS與柴油發(fā)電機容量較為接近時,兩者間匹配問題十分突出,需從UPS的運行工況、整流方式和柴油發(fā)電機組的工作方式、勵磁方式、額定功率等方面對柴油發(fā)電機組和UPS進行合理選型,實現(xiàn)兩者間有效的匹配工作,以保證平臺電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠、連續(xù)運行。


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