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新闻主题 |
预制舱式柴油发电机组组成与参数要求 |
摘要：柴油发电机组预制舱是智能发电站应用的新技术、新材料、新设备的一个重要体现，康明斯公司由此引入预制舱理念，将发电机组分为2个独立模块，每个模块独立成套。它是由柴油发电机组、预制舱体、二次设备屏柜（或机架）、舱体辅助设施等组成，在工厂内完成制作、组装、配线、调试等工作，并作为一个整体运输至工程现场，就位于安装基础上。一次舱整个架构由厂家集成，实现工厂化加工，减少现场二次接线，减少设计、施工、调试、工作量，简化检修维护工作，缩短建设周期，有效支撑了柴油发电机组供电系统的快速投入工作。
一、 预制舱电站设计
1、预制舱发电机组的设计理念
预制舱在疫情中大放光彩，我们一起看到了战神山、雷神山医院基本建设的效率，看到了我国基建狂魔的整体实力，另外也看到了预制舱在迅速基本建设层面的优点，实际上发电机组也可以有预制舱——预制舱式发电机组。
预制舱式发电机组是基于“标准配送式”这一理念的基础上，推出了户外智能发电机组，预制舱舱体结构的采用成为智能变电站建设二次设备载体的重要措施。预制舱式发电机组是预制舱理念在发电机组领域的扩展与延展，是将发电机组中的主要设备，包括主发电机、柴油机、机组控制柜、PT柜、高压柜等在工厂内完成制做、拼装、布线、调节等相关工作，然后将各设备作为一个整体装入预制舱，运输至现场进行拼装。预制舱及其内部的二次设备实现整套二次设备由厂家集成，实现工厂化加工，减少现场二次接线，减少设计、施工、调试、工作量，简化检修维护工作，缩短建设周期。预制舱式变电站是我国电力设施发展的新科技，金属焊接结构（集装箱预制舱箱变）的预制舱体成了电力发展的重要组成部分。舱体安全防护等级高，配备火灾报警系统，安防监控系统，接地系统，环控系统等完善各系统。
2、预制舱发电机组的设计布置
预制舱式发电机组为一种1000kW～4500kW大功率预制舱式柴油发电机组，依照设备尺寸与功能要求将其分为2个预制舱：机组预制舱和控制预制舱，预制舱各舱体尺寸则由设备大小决定。两个预制舱按一字形排列，舱体之间采用钢丝编织软管与快换接头连接。图1为机组预制舱模块的内部设备布置图，图2为控制预制舱模块的内部设备布置图。
机组预制舱内部设备包括主发电机、柴油机、公共安装底架、弹性联轴节、橡胶隔振器、进气消声空滤器、排气消声器、机组冷却水系统、机组机油系统、机组燃油系统、机旁控制柜、电池柜、接地电阻柜、轴流风机等。排气管路安装在预制舱顶，其余安装在预制舱内。
控制预制舱内部设备包括进线柜、PT柜、出线柜、高压柜、直流屏、电脑操作台、空调、风扇散热器、燃油箱等。控制预制舱内沿长度方向依次设有电气控制室、值班室、燃油间，舱顶安装风扇散热器。
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图1 预制舱柴油发电机组内部布置图
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图2 预制舱柴油发电机组控制系统布置图. |
3、预制舱发电机组的设计优化
（1）预制舱结构优化
预制舱是预制舱式发电机组的核心设备，外形类似集装箱，但不同于集装箱。集装箱本质是货物容器，多为标准产品，结构稳定性低。本预制舱基于成熟的户外箱式产品制造技术，按照内部设备的大小及排列方式进行定制化设计，体积小巧，结构紧凑，图案美观、外形大方。主骨架采用型钢一体式焊装结构，有足够的机械强度和刚度，抗冲击能力强，防盗、防破坏能力强。预制舱双层钢板内部填充防火材料，保证内部或者外部着火时耐火3小时以上。舱体内配备火灾报警系统，安防监控系统，接地系统，防尘排风系统，确保舱内安全。
（2）降噪优化
预制舱式发电机组多建在城市中心区域，需重点考虑市区人口密集，建成的预制舱发电机组应低噪音运行。预制舱内加装消声棉，预制舱顶设有消声百页进排气通风口，排气管路设有2个降噪25～35dB的排气消音器，确保机组噪声不少过80dB。
预制舱内发电机组的声压为108.6dB，舱内加装消声棉，集装箱的透射声压为73.1dB，降噪过程见下表1。
表1 消声棉降噪表
|
Spectrum
|
31.5
|
63
|
125
|
250
|
500
|
1000
|
2000
|
4000
|
8000
|
Lp（A）
|
|
集装箱内部Lp（A）
|
73.00
|
75.5
|
94.7
|
93.9
|
99
|
100.5
|
100.1
|
97.3
|
105.1
|
108.6
|
|
吸声系数
|
0.04
|
0.15
|
0.40
|
0.71
|
0.86
|
0.95
|
0.89
|
0.52
|
0.14
|
|
|
吸声降噪量
|
6.13
|
11.64
|
6.03
|
8.53
|
9.34
|
9.76
|
9.48
|
9.4
|
1.55
|
|
|
组合板隔声量
|
5.7
|
11.7
|
17.7
|
23.6
|
29.6
|
35.6
|
41.6
|
40.4
|
38.1
|
|
|
透射声
|
61
|
52
|
71
|
62
|
60
|
55
|
49
|
47
|
65
|
73.1
|
顶设有百页进排气消声过滤器，排气百叶向外辐射声压级为82.5dB，进气百叶向外辐射声压级为88.6dB。排气管路设有2个降噪25～35dB的排气消音器，机组噪声为76.7dB，降噪过程见下表2。
表2 排气消音器降噪表
|
Spectrum
|
63
|
125
|
250
|
500
|
1000
|
2000
|
4.000
|
8000
|
|||
|
抗性消声段
|
气流噪声
|
81.47
|
77.35
|
71.88
|
69.12
|
66.50
|
63.85
|
63.85
|
63.85
|
||
|
自然衰减△L
|
1.52
|
1.5
|
1.5
|
1.5
|
1.5
|
1.5
|
1.5
|
1.5
|
|||
|
末端噪声总和
|
81.66
|
87.63
|
86.55
|
91.53
|
93.01
|
92.61
|
89.81
|
97.60
|
|||
|
气流噪声
|
99.86
|
102.86
|
98.86
|
93.86
|
88.86
|
87.86
|
83.86
|
83.86
|
|||
|
内部弯管段
|
自然衰减△L
|
2
|
8
|
6
|
3
|
3
|
3
|
3
|
3
|
||
|
末端噪声总和
|
99.90
|
102.88
|
98.92
|
94.98
|
92.48
|
91.83
|
88.59
|
94.95
|
|||
|
阻性消声段
|
消声量
|
7.2
|
13.5
|
26.1
|
29.7
|
29.7
|
24.3
|
19.8
|
16.2
|
||
|
线性声压级
|
总能量
|
92.7
|
89.4
|
72.8
|
65.3
|
62.8
|
67.5
|
68.8
|
78.8
|
||
|
剩余声压级
|
Lp(A)
|
53.3
|
73.4
|
64.4
|
63.0
|
65.1
|
71.5
|
71.0
|
76.7
|
||
（3）散热优化
风扇散热器采用了5组风扇散热器，每组功率22kW，即使在40℃也能满足散热要求，同时还有20%以上的富裕散热能力，风扇散热器的技术参数见下表3。在机组预制舱左右两侧各设有2个轴流风机，对机组强制冷却通风，确保机组有优良的散热性能。
表3 风扇散热器的技术参数
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项目TYPE
|
单位UNIT
|
中冷水部分
AC WATER SECTION
|
缸套水部分
JACKET WATER SECTION
|
||
|
热侧HOT SIDE
|
冷侧COLD SIDE
|
热侧HOT SIDE
|
冷侧COLD SIDE
|
||
|
流体名称FLUID NAME
|
/
|
水WATER
|
空气AIR
|
水WATER
|
空气AIR
|
|
流量FLOW RATE
|
m3/h
|
95.0
|
|
130.0
|
|
|
流量FLOW RATE
|
m3/s
|
|
143.01
|
|
82.45
|
|
散热量HEAT LOAD
|
KW
|
1464.0
|
1773.5
|
971.0
|
1199.2
|
|
进口温度TEMPERATURE IN
|
deg
|
73.56
|
50
|
82
|
60
|
|
出口温度TEMPERATURE OUT
|
|
60.00
|
60.00
|
75.40
|
70.51
|
|
余量ALLOWANCE
|
%
|
21.14%
|
23.509%
|
||
|
芯体处温度AIR TEMP ON CORB
|
deg
|
50
|
|||
|
风扇FAN
|
/
|
中1700/PAG
|
|||
|
风南数量FAN QTY
|
PC5
|
5
|
|||
|
电机MOTOR
|
/
|
380V/50Hz/22KW/6P/IP55/F/B3
|
|||
|
电机数量MOTOR QTY
|
PCs
|
5
|
|||
二、预制舱电站技术要求
成套预制舱式柴油发电机组包括柴油发动机、发电机及相关部件组成，冷却系统，润滑系统，控制保护系统，进气排烟系统，启动系统，减震系统，供油系统，10kV配电装置，壁挂式直流电源箱，中性点接地电阻柜，预制舱等，及上述系统一切相关附件。发电机采用同步交流无刷励磁发电机。其技术要求如表4所列。
表4 预制舱电站基本技术要求
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机组制造
|
原装发电机组
|
|
主用功率/容量（kW/kVA）
|
按用户要求制作
|
|
额定电压（kV）
|
10.5
|
|
额定频率（Hz）
|
50
|
|
额定功率因数
|
0.8（滞后）
|
|
额定转速（r/min）
|
1500
|
|
相数及接法
|
三相四线、星形接法
|
|
机组型式
|
高压预制舱式发电机组
|
|
冷却方式
|
直驱，风扇水箱
|
|
启动方式
|
DC24V电启动
|
|
调压方式
|
自动
|
|
励磁方式
|
无刷永磁励磁
|
|
绝缘等级
|
F
|
|
防护等级
|
IP23
|
|
控制方式
|
手动、自动、自并联
|
|
散热水箱设计温度（℃）
|
45
|
|
燃油
|
轻柴油GB252，依据环境条件选择
|
|
性能等级
|
GB/T2820中规定的G3
|
|
单机启动性能
|
机组自接到启动指令到向负载供电时间≤15s（带载不少于50％额定负载），可带额定负载时间≤25s
|
|
多机并联
|
可以快速实现两台机及以上并联。
|
|
启动间隔
|
10s以内
|
|
机组一次突加负载能力
|
在一次性突加常用功率(kW)50％的负载情况下：
机组的电压降≤-15%，瞬态电压恢复时间≤4秒，瞬态频率偏差≤-7%，瞬态频率恢复时间≤3秒。
|
|
机组结构
|
机组采用一体式结构，柴油机、发电机及散热器整体安装在公共的高强度钢底座上。
|
|
材料和部件
|
所有机组材料和部件应是新的和未使用过的
|
三、预制舱特点和效果
1、基本特点
（1）民用方舱
集装箱式预制舱柴油发电机改变了柴油发电机传统的电站设计、施工模式和电气系统布局，通过工厂生产预制、现场安装两大阶段来建设柴油发电机。其标准化设计、模块化组合、工业化生产、集约化施工，使柴油发电机建设走上技术含量高、环境污染少、精细化设计的道路。
柴油发电机房采用国际标准集装箱制造规范，如图3所示，设置有通风阻尘结构系统，内部增加活性高密防尘装置，可拆卸式虑棉网，双排风系统便于电力电子设备防尘、通风、散热等保护措施。箱体底部采用防滑花纹板加铺防静电地胶，保护内部产品。装修采用高密度岩棉净化板，增强内部保温和隔热效果，保证设备在超高超低温度环境中正常运转，并且防火等级达到国家标准A级，整体内部整洁美观大方，内部配设双应急照明措施和消防器具，强度高、密封强、耐腐蚀、耐酸碱、高寿命。
（2）军用方舱
发电机组军用方舱布局合理、有效降噪、防雨性能好且散热效果好的静音方舱电站，如图4所示，方舱包括机组室、进风室、排烟消声室以及排风室，机组室内安装有发电机和发动机，进风室内设有燃油箱和空气滤清器，排风室位于发动机的一侧，排风室内设有散热水箱，排风室和发动机之间设有隔墙，隔墙上设有散热风扇，散热风扇位于排风室内并位于散热水箱的一侧，散热风扇通过加长输出轴与发动机的输出轴连接，加长输出轴上设有安装孔，安装孔内用螺栓与散热风扇以及发动机的输出轴连接，将散热风扇与发动机隔离，可避免发动机噪声泄露，同时可在雨中工作，且不会损失机组功率。采用以上技术方案，结构简单，提高军用方舱对外界环境的适应性，提高了军用方舱内部的舒适性，军用方舱的使用寿命，合理的使用了方舱内部的使用面积，重量减轻，增加刚度;增强了对载装军事设备和人员的保护性。
2、预制舱的效果
将预制舱模块化设计理念引入到发电机组中，开创了发电机组的预制舱模式。预制舱存在以下优点：
（1）模块独立成套，工厂化生产和预制化配线，减少现场施工工作量，缩短建设周期。
（2）模块布置灵活，根据场地需求不同灵活布置，可一字形，可L形，可平放，可叠放，减少占地面积，比常规机组减少20-30%。
（3）将发电机组分为若干个独立预制舱，单个预制舱（拆除排气管路和风扇散热器后）满足整体发运要求，运输性能高。
（4）预制舱式外形美观大方、与周边环境协调，散热性好，噪声低，智能化和自动化高，适用于城市中心。
（5）拆除排气管路和风扇散热器后，单个预制舱的尺寸重量满足运输要求，可整体发运。
（6）现场拼装时，只需对两个舱体进行连接，两个舱体之间采用钢丝编织软管快换对接，安装快捷。
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图3 民用预制舱柴油发电机组外观图 |
图4 军用方舱发电机组结构图 |
总结：
柴油发电机组在场地条件所限而无法厂房内安装时，多采用普通集装箱发电机组模式，即在发电机组外面加装集装箱。但大功率柴油发电机组结构复杂，重量和尺寸超过标准集装箱的极限，标准集装箱已无法满足的大功率柴油发电机的需求。本文中的方案是用于大功率预制舱式柴油发电机组，引入预制舱理念，将发电机组分为2个独立模块，每个模块独立成套。通过模块化设计，工厂化生产和预制化配线，减少工程现场工作量，缩短建设周期，减少占地面积，整体运输方便，现场安装快捷，是一种高质量的户外智能发电机组。
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