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10kv高電壓柴油發(fā)電機(jī)組技術(shù)特征
發(fā)布時(shí)間:2023-01-18 01:30:45  ▏閱讀:

 

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10kv高電壓柴油發(fā)電機(jī)組技術(shù)特征

 

高電壓柴油發(fā)電機(jī)組的構(gòu)成與低壓柴油發(fā)電機(jī)組基本相同,其區(qū)別為高壓發(fā)電機(jī)和高壓配電系統(tǒng)。在柴油發(fā)電機(jī)組工程應(yīng)用中,安裝要求及操作技術(shù)區(qū)別明顯。高電壓柴油發(fā)電機(jī)組的發(fā)展歷程匯集了柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的歷程,是應(yīng)急電源或局域常用電源的一個(gè)分支。但因過(guò)去動(dòng)力系統(tǒng)及控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的不成熟,幾十年來(lái)一直沒(méi)有得到推廣應(yīng)用。

 

康明斯高壓發(fā)電機(jī)組機(jī)房實(shí)圖.png

康明斯高壓發(fā)電機(jī)組機(jī)房實(shí)圖

 

 

一、高電壓柴油發(fā)電機(jī)組概述

 

近幾年,隨著社會(huì)的發(fā)展和人們物質(zhì)水平生活的不斷提高,在很多場(chǎng)所,包括大的數(shù)據(jù)中心(數(shù)據(jù)中心基地功能一般包含許多功能,一般定位為IDC業(yè)務(wù)承載中心、綜合通信機(jī)房、呼叫中心、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、三網(wǎng)融合、物聯(lián)網(wǎng)、游戲、大型救災(zāi)備用數(shù)據(jù)中心等),現(xiàn)代化的高層樓宇,多晶硅的生產(chǎn)工廠、礦山等,電力的需求量越來(lái)越大,常用的低壓400V交流備用柴油發(fā)電機(jī)組輸電線線徑大、線損大、難于敷設(shè)和造價(jià)高等缺陷。在很多情況下難以滿足實(shí)際需求。此時(shí),高壓交流備用發(fā)電機(jī)組就充分體現(xiàn)了它的價(jià)值。

伴隨著機(jī)房的擴(kuò)容,作為備用電源的柴油發(fā)電機(jī)組容量要求越來(lái)越大,需多臺(tái)大功率柴油發(fā)電機(jī)組單機(jī)或并網(wǎng)才能滿足負(fù)載的功率要求,由于發(fā)電機(jī)組數(shù)量的增加需要建設(shè)獨(dú)立的機(jī)房且與實(shí)際使用負(fù)載間距離也越來(lái)越遠(yuǎn),多臺(tái)低壓柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行存在著傳輸上的缺陷,為了能夠更加安全、可靠地運(yùn)行,采用高壓發(fā)電機(jī)組無(wú)疑是一種最佳的選擇。

大功率柴油機(jī)、大容量高壓發(fā)電機(jī)以及發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和完善,使高電壓柴油發(fā)電機(jī)組的優(yōu)勢(shì)逐步顯現(xiàn),市場(chǎng)需求旺盛,成為解決大容量、較遠(yuǎn)距離傳輸、高智能、高可靠性應(yīng)急電源的主要技術(shù)方案。高壓發(fā)電機(jī)組應(yīng)用于通信、冶金、機(jī)場(chǎng)、礦山、碼頭、海島、大型數(shù)據(jù)中心、大型城市綜合體、中大型電廠的黑啟動(dòng)等高端服務(wù)業(yè)和高端制造業(yè)的應(yīng)急備用電源系統(tǒng)。

 

高壓柴油發(fā)電機(jī)組配電系統(tǒng)圖.png

高壓柴油發(fā)電機(jī)組配電系統(tǒng)圖

 

 

二、高電壓發(fā)電機(jī)組主要技術(shù)特征

 

1)電壓等級(jí)高

國(guó)內(nèi)主要電壓等級(jí)有6.6kV、10.5kV等。

2)單機(jī)容量大

一般在1000kW以上,可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行,最多可實(shí)現(xiàn)組與組之間并聯(lián)至256臺(tái)。

3)輸出電流小

可長(zhǎng)距離輸電,在輸配電中線路損耗較小。

4)負(fù)載分配模式靈活

可直接對(duì)高壓負(fù)載供電或通過(guò)變壓器降壓后對(duì)低壓負(fù)載的供電。

5)自動(dòng)化程度等級(jí)高

集電氣系統(tǒng)的保護(hù)、測(cè)量、遙控、遙信、遙測(cè)及信號(hào)為一體,實(shí)現(xiàn)了電氣系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化,具有保護(hù)及報(bào)警信號(hào)功能,并遠(yuǎn)傳至主控室。

 

三、高電壓柴油發(fā)電機(jī)組的組成

 

高電壓柴油發(fā)電機(jī)組與低電壓柴油發(fā)電機(jī)組的組成基本相同,主要區(qū)別就在于相同容量的柴油發(fā)電機(jī)組,400V發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)出口電流比10kV發(fā)電機(jī)組出口電流大25倍以上。從多方面的角度分析對(duì)比高低壓發(fā)電機(jī)組見(jiàn)表1。

表1 高、低電壓發(fā)電機(jī)組技術(shù)特性的比較

特點(diǎn)
低壓發(fā)電機(jī)組
高壓發(fā)電機(jī)組
1
安裝場(chǎng)地選擇
宜設(shè)置在接近負(fù)載中心的位置
可以設(shè)置在機(jī)房樓外,可解決多臺(tái)發(fā)電機(jī)組同時(shí)運(yùn)行時(shí)的震動(dòng)、噪聲和發(fā)電機(jī)房的進(jìn)、排風(fēng)等問(wèn)題,可遠(yuǎn)離負(fù)載中心
2
容量
單機(jī)容量基本在2000kW及以下,可單機(jī)或多臺(tái)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行,但并機(jī)容量過(guò)大時(shí)受輸出電源的限制
單機(jī)容量基本在2000kW及以上,可單臺(tái)或多臺(tái)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行,機(jī)房可集中建設(shè)
3
輸送距離
可短距離輸電,長(zhǎng)距離輸送不經(jīng)濟(jì),電壓壓降大
可長(zhǎng)距離輸電
(在15~20km時(shí)采用10kV,有的則用6.6kV,輸電電壓在110kV以上的線路,稱為超高壓輸電線路)
4
損耗
在輸配電中線路損耗較大
在輸配電中線路損耗較小,不存在輸送發(fā)熱問(wèn)題,高壓輸電電流相當(dāng)于低壓的1/25
5
儲(chǔ)油及供油管路
地下油罐分散設(shè)置在各機(jī)房的備用發(fā)電站附近,如集中設(shè)置地下油罐,機(jī)房?jī)?nèi)外管線交叉處較多
在備用發(fā)電站建筑物附近區(qū)域集中設(shè)置地下油罐,避免在區(qū)域內(nèi)與其余管線(電纜、水管等)的交叉,外網(wǎng)相對(duì)簡(jiǎn)單
6
操作維護(hù)
操作使用較為簡(jiǎn)單,對(duì)操作使用人員要求較低
操作使用較為復(fù)雜,對(duì)操作使用人員要求較高,必須具有相應(yīng)的高壓操作證等資格,才能操作和維護(hù)
7
配置
配置較為簡(jiǎn)單,輸配電基本為標(biāo)準(zhǔn)低壓柜等
配置較為復(fù)雜,尤其在發(fā)電機(jī)及輸出配電柜全部為高壓設(shè)備
8
并機(jī)運(yùn)行
受低壓配電設(shè)備電流限制,并機(jī)容量小,受非線性負(fù)載影響大
方便實(shí)現(xiàn)大功率發(fā)電機(jī)組并聯(lián)成大容量系統(tǒng),受非線性負(fù)載影響小
9
安全
安全性能較高,技術(shù)較為成熟,技術(shù)門檻較低
安全性能較高,技術(shù)較為成熟,技術(shù)門檻較高
10
發(fā)展趨勢(shì)
小功率段保持傳統(tǒng)市場(chǎng),大功率段有被高壓系統(tǒng)替代的趨勢(shì)
大功率段采用高壓系統(tǒng)為應(yīng)用趨勢(shì),需求逐漸增大
11
與市電切換
采用ATS,電流大、ATS數(shù)量多,占地面積大,成本高
可在10kV母線處通過(guò)綜保控制開關(guān)集中切換,占地面積小,成本低
 

1.節(jié)能性能強(qiáng)

從表1中可知,高電壓柴油發(fā)電機(jī)組在技術(shù)性能上與低電壓柴油發(fā)電機(jī)組差別并不大,但是由于前者發(fā)電機(jī)組出線電壓等級(jí)提高,在電纜配置方面節(jié)省成本優(yōu)勢(shì)較為明顯。同時(shí)從節(jié)能減排角度,高電壓發(fā)電機(jī)組傳輸電流小,發(fā)熱量小,能量損耗小,輸配電效率高,所以高壓發(fā)電機(jī)組比低壓發(fā)電機(jī)組更節(jié)能。

2.帶載性能好

非線性負(fù)載對(duì)油機(jī)帶載能力有較大影響。低壓柴油發(fā)電機(jī)組通過(guò)ATS與市電切換直接帶載,受非線性負(fù)載影響大,同時(shí)也受到功率因數(shù)影響;而高壓發(fā)電機(jī)組可在10kV母線處通過(guò)綜保控制開關(guān)集中切換,一般通過(guò)變壓器帶載,變壓器可部分消除非線性負(fù)載對(duì)發(fā)電機(jī)組影響,同時(shí)方便功率因數(shù)調(diào)整,避免功率因數(shù)過(guò)低影響發(fā)電機(jī)組的功率輸出,可見(jiàn)高壓發(fā)電機(jī)組比低壓發(fā)電機(jī)組帶載性能更好。

3.控制技術(shù)完善

高壓發(fā)電機(jī)組輸出為交流高壓10kV,配電系統(tǒng)的區(qū)別見(jiàn)表2。

表2 高壓發(fā)電機(jī)組組成部分

 

序號(hào)
名稱
備注
1
高電壓柴油發(fā)電機(jī)組
6.3kV\10kV等
2
控制系統(tǒng)
單機(jī)或多臺(tái)并機(jī)系統(tǒng)
3
輸出開關(guān)柜
630A、1250A、1600A...
4
饋線開關(guān)柜
630A、1250A、1600A
5
PT柜
并機(jī)系統(tǒng)母線PT
6
DC直流屏
開關(guān)柜的操作電源
7
接地電阻柜
可以單臺(tái)配套一個(gè)接地電阻,也可以幾臺(tái)共用一個(gè)接地電阻
8
低壓配電柜
提供設(shè)備及機(jī)房應(yīng)急照明等
9
集控系統(tǒng)
多臺(tái)發(fā)電機(jī)組并機(jī)集中控制系統(tǒng)
10
供油系統(tǒng)
消防規(guī)定基本室內(nèi)的采用1000L日用油箱
 

1)高壓發(fā)電機(jī)組

發(fā)電機(jī)為高壓發(fā)電機(jī),輸出電壓可以根據(jù)負(fù)載或變配電一次市電端電壓進(jìn)行選型。

2)控制系統(tǒng)

高低壓控制系統(tǒng)選型基本一致,主要區(qū)別在于控制器無(wú)法直接檢測(cè)中高壓,只能接受低壓檢測(cè),分為單機(jī)控制系統(tǒng)、并機(jī)控制系統(tǒng)。

3)輸出開關(guān)柜

即發(fā)電機(jī)組配套的輸出斷路器,中高壓發(fā)電機(jī)組配套的開關(guān)柜根據(jù)電壓等級(jí)進(jìn)行選型,主要分為12kV、17.5kV、24kV等,由于國(guó)家電網(wǎng)工頻電源進(jìn)線端基本為10kV,故12kV的額定電壓選型較多,需要配置綜合保護(hù)(分自帶差動(dòng)保護(hù)和不帶差動(dòng)保護(hù)選型)及其余保護(hù)等,殼架電流最小為630A,選型需要注意,根據(jù)發(fā)電機(jī)組的功率范圍基本集中在630A。

4)饋線開關(guān)柜及假負(fù)載測(cè)試柜

即發(fā)電機(jī)組并機(jī)輸出配套的輸出斷路器,根據(jù)發(fā)電機(jī)組的功率區(qū)段基本集中在630A、1250A、1600A、2000A,主要根據(jù)并機(jī)發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)、分支負(fù)載的容量進(jìn)行選型區(qū)分。

5)PT柜

PT柜為母線PT,主要是并機(jī)時(shí)用到,因上述控制系統(tǒng)無(wú)法直接檢測(cè)高壓信號(hào),需要通過(guò)PT柜變送后,二次側(cè)的信號(hào)作為檢測(cè)信號(hào),在每個(gè)發(fā)電機(jī)組進(jìn)線柜進(jìn)線端均有一個(gè)小母線PT,作為發(fā)電機(jī)輸出端的電壓檢測(cè)。

6)DC直流屏

因中高壓輸出斷路器的操作電源基本選擇DC 110V/DC220V,選擇DC直流電源,作為控制輸出斷路器的自動(dòng)合分閘電操機(jī)構(gòu)的電源,選擇DC直流屏的容量需要根據(jù)開關(guān)柜、PT柜的數(shù)量決定其容量大小。

7)接地電阻柜

中高壓發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)需要通過(guò)電阻接地,選型根據(jù)發(fā)電機(jī)組的用途、柜子排放的空間位置進(jìn)行選型,可以多臺(tái)發(fā)電機(jī)組共用一臺(tái)接地電阻,通過(guò)真空接觸器進(jìn)行切換;亦可以采用單臺(tái)發(fā)電機(jī)組點(diǎn)對(duì)點(diǎn)選型接地電阻柜,主要是控制邏輯需要遵循同一并機(jī)系統(tǒng)只允許1臺(tái)發(fā)電機(jī)組的接地電阻柜投入為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

表3 常用中性點(diǎn)接地方式綜合比較

 

指標(biāo)
不接地
消弧圈接地
電阻器接地
直接接地
單相接地電流
100~1000 A(低電阻)
5~20 A(高電阻)
一相接地時(shí)非故障相電壓升高
≥1.732Ux
≥1.732Ux
(0.8~1.732)Ux
<0.8Ux
弧光接地過(guò)電壓
(1.732-3.5)Ux
≤3.2Ux
≤2.5Ux
最低
重復(fù)故障可能性
較小
最小
對(duì)通信的干擾
大(低電阻)
最大
小(高電阻)
運(yùn)行維護(hù)
簡(jiǎn)單
復(fù)雜
相對(duì)簡(jiǎn)單
簡(jiǎn)單
供電可靠性
較高
較高
人身設(shè)備安全
一般(低電阻)
一般
較好(高電阻)
綜合費(fèi)用
較高

 

高壓柴油發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)接地電阻系統(tǒng).png

高壓柴油發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)接地電阻系統(tǒng)

 

8)低壓配電柜

主要用于發(fā)電機(jī)組本地的低壓負(fù)載種類及容量進(jìn)行選擇。

9)集控系統(tǒng)

主要用于多臺(tái)發(fā)電機(jī)組集中監(jiān)控,可以個(gè)性化地根據(jù)用戶的要求進(jìn)行設(shè)計(jì),主要通過(guò)(Monitor and Control Generated System,MCGS)組態(tài)軟件進(jìn)行個(gè)性化的編程,方便用戶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每臺(tái)發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)。

10)供油系統(tǒng)

因消防要求,基本選用1000L日用油箱進(jìn)行設(shè)計(jì),配置大容量的日用油罐滿足每臺(tái)發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的要求,主要在供油系統(tǒng)需要針對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì),與低壓油機(jī)的供油系統(tǒng)沒(méi)有太大的區(qū)別。

 

 


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