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三相柴油发电机组的选型方案 |
摘要：三相交流柴油发电机通常比单相更紧凑，因为它可以受益于电流效应和零磁通量，这意味着要移动相同的功率发电机中需要更少的铁和铜，这使得它们在电能的产生和传输方面更加高效。能影响三相发电机质量和使用的因素多种多样，一旦不慎选错产品会对企业生产进度产生深远影响。因此我们在选择柴发时除了设备基本参数、运用环境、用电负载情况等考虑因素，也要注意柴油发电机厂家口碑和品牌形象以及工作对接人员的专业性。康明斯公司在本文中将柴油发电机选型诸多需要了解的知识进行了简要的陈述，下列所述内容是选购柴发的基本常识请用户细心阅读。
一、 功率定义
功率的定义是指单位时间内所做功的大小，通常用单位瓦特（W）表示。换句话说，功率是衡量一个物体在单位时间内所做功的大小，其计算公式为P=W/t，其中W表示做的功，t表示所用的时间（示意图如图1所示）。
1、主用机组
使用时间无限制，变化性负载，适用于市电供应不正常或不足的工厂，每12小时允许超载10%运行一小时。
2、备用机组
当正常电源中断时使用，变化性负载，适用于一般商业、住宅、医院、电讯等后备电源， 不允许过载运行（实物如图2所示）。
3、功率说明
（1）柴油发电机组视在功率的单位是千伏安，用于表达变压器及不间断电源的容量。
（2）柴油发电机组有功功率是视在功率的0.8倍，单位是kw，用于发电设备和用电设备。
（3）柴油发电机组的额定功率是指12小时可连续运行的功率。
（4）柴油发电机组最大功率为额定功率的1.1倍，但12小时内仅容许使用1小时。
（5）柴油发电机组经济功率是额定功率的0.75倍，是柴油发电机组不受时间限制可长期运行的输出功率。在该功率运行时，燃油最省、故障率最低。
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图1 柴油发电机组功率示意图 |
图2 康明斯发电机组备用状态实物图 |
二、选型基本考虑因素
由于在实际电力应用中，某几种负载是需要特定的发电特性功率配合。因此，在选择及谈计发电机用途时要将负 载特性及要求详细说明，比方说，某种敏感负载（如数据机、电脑仪器等）的要求跟一般性 的负栽（如水泵、马达、照明）有很大的差别，因此，在发电机的选型时应注意以下几点
1、负载的大小
选择的柴油发电机必须具有足够高的额定和最大输出，以支持工作现场的应用。额定输出是指发电机能够连续产生的瓦数，而最大输出是指发电机能够产生的瓦数，即使只是短暂的。要确定柴油发电机所需的额定输出和最大输出，您需要确定将加载到发电机组上的所有设备的总瓦数。对于每件设备，您都需要确定启动设备所需的功率和运行设备所需的功率。
2、瞬间电压/频率波动变化的容许值
电压和频率的允许波动范围是比较严格的，一般情况下柴油发电机组电压的允许波动范围为±10%。也就是说，当电压超出正常值的10%以上时，就会被认为是异常波动，需要采取相应的措施进行调整。 同样地，频率的允许波动范围也是比较严格的。柴油发电机组频率的允许波动范围为±0.5Hz。也就是说，当频率超出正常值的0.5Hz以上时，就会被认为是异常波动，需要采取相应的措施进行调整。
3、稳态电压/频率波动变化的容许值
稳态电压变化在220V~380V之间，波动范围为±5%；波动范围均为基准电压的变化范围。需要注意的是，柴油发电机组的电压波动受到众多因素的影响，如负载变化、电源故障等，因此电压波动可能会发生波动超出国标波动范围的情况。稳态频率调整率δf（%）：0～5%（可调），为了提高有功功率和无功功率合理分配精度和运行的稳定性，要求机组中柴油机调速器具有稳态调速率在2%～5%范围内调节的装置。
4、可容许的谐波含量
柴油发电机组谐波的正常范围是指在电流和电压中存在的谐波成分的限制。国际电工委员会（IEC）和中国国家标准（GB）均对谐波的正常范围做出了规定。IEC标准规定，电压和电流中的谐波总畸变率（THD）应该小于5%，其中单个谐波畸变率（HD）不应超过3%。GB标准规定，电压和电流中的谐波总畸变率应该小于8%，其中单个谐波畸变率不应超过5%。
三、标准状态功率
不同的发动机生产商都有自己一套“标准状态”时的功率输出。因此，当比较两部不同生产商发电机输出功率时，应在同一个“标准状态”下比较，才可推算那一台发动机的输出马达较大。比方说：英国标准 BSS5514： Partl 1996 ； ISO3046-1 1995 ；GB2820/1/1995 的标准为以下所列：
1、大气压力=100kPa
2、相对湿度=60%
3、环境温度：5～40℃
4、海拔高度：＜1000米
5、工作时的纵向倾斜度：＜10度
即是说，如果某一厂说明自己的发动机功率是根据BS6625：Parti， 1996的状态下测试， 而实际环境状态与此英国标准不同，比方说空气温度为35%时，此发电机组的输出功率应适量地下调。一般发电机组于超过25P时，则上升10P，功率输出减少大概4%。
注意：柴油发电机组必须在没有导电尘埃和破坏金属绝缘的腐蚀气体与爆炸危险的场所使用。
四、负载考虑
1、设备用途
一般发电机组可分为三大用途：
（1）主用
① 与市电无任何连接的独立发电机组，一般为提供电源给偏远而无市电供应的地区、由于市电供应不可靠而选用此种模式发电。
② 与市电并联使用，用发电机供应全部或大部份电力。
③ 热电联供发电机同时供应主用电力及热能（热水、蒸气、空调等等）。
（2）调峰用途 .
一般市电在用电高峰时收费较高，因此，发电机组应用于高电力负荷期的一般时间，以 减低电费，此种应用有两种安排。
① 与市电独立，于高峰期由切换制将一部份负载转到发电机组上去。
② 与市电并联，此一方法可靠性较高。
（3）备用
一般情况下，发电机是备用状态，当市电失效时，发电机自动起动，向部份负荷输电。
2、负载对选型的影响
负栽的特性及大小是选择发电机最关键的因素。当考虑负载特性时，以下几点需要深入分析：
① 有否一些对电压、频率要求特别高的负载，如电脑、电讯设备等。
② 有否大型马达负载，其起动方式为何种方法，是否频繁起动。
③ 有否非线性负载，如整流器、UPS、高频开关电源等。 、
④ 变化频率固定的负栽，如发射机等。
⑤ 会产生再生功率的负载，如吊机、电梯等。
五、设备容量的考虑及配套辅件
1、容量选择的考量
当选择发电机时，其功率必需要足够供应最高峰时的负载，虽然这情况发生时间可能只 是一瞬间。此外，还要考虑以下几点：
① 发电系统故障时的应变方法可用主/备用方法。或几部发电机代替单一台发电机。
② 有否不正常情况下的高峰负栽。
③ 定期维修发电机组时的安排（如只有一部发电机时，如何保障在维修时不需要后备电源）。
④ 以后的用电负载会否增加。
2、 自动切换（ATS）系统
对于有市电及备用发电机组的场合，必须有一个双电源切换装置，防止两个电源同时供 ，给负载最好的办法是配备自动切换柜实现双电源的切换（电路原理如图3所示）。
康明斯ATS系列智能负载切换屏采用最新电气控制技术设计，可与康明斯带有标准自启动功能的发电机组配合组成全自动负载切换系统，实现市电故障后自启动发电机组，切换至发电机组供电， 市电恢复后再切换回市电供电，发电机组延时冷却后自动停机。
在特别重要的场合，釆用康明斯两台发电机组配ATS双备用切换屏，当一台备用发电机组故障停机后自动切换至另一台备用发电机组供电，保证重要场所的电源供应。
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图3 市发电ATS转换系统电路图 |
3、并联使用
为了增加后备电源的弹性，或者因为负载太大，这时便需要考虑将两台或以上的发电机组并联，输出备用电源。要将一部发电机并上已带电的母排上，以下几种状态一定要符合电压一致；频率一致；相序一致；相位角一致；转速一致的并列要求。
康明斯全自动并联系统具有全自动同步、全自动负载分配，并机合闸控制，负载软性转移及各种保护功能（框图如图4所示），它最多可以使36台康明斯发电机同时并车工作，并根据负载的多少而自动将发电机并车或停机，以达到最佳的经济效益，并使发电机运行保持最佳状态。此外还可以用远程监控，对发电机的运行参数作分析及报告。
其采用康明斯发电机组HGM6110N控制屏，具有如下功能：
（1）最多可36台发电机拼联一起供电，负载分配输出在独立汇流排上（多台设备串并联系统如图5所示）。
（2）发电机组可以按机型大小比例，自动分配负载（有功功率及无功功率）。
（3）自动拼机次序排列功能，监察负载来决定发电机组的台数（即使发电机组是不同的型号）。
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柴油发电机组并车控制原理图 |
多台柴油发电机组串并联组合系统图 |
4、发电机组与市电并网使用
康明斯全自动并联系统具有全自动同步、全自动负载分配，并机合闸控制，负载软性转移及各种保护功能，可以使1台或多台康明斯发电机同时与市电并网供电，并根据用户负载的需求而固定将发电机组与市电电网按比例分担负荷，以达到最佳的经济效益，并使发电机运行保持最佳状态。此外还可以用远程监控， 对发电的运行参数作分析及报告。
① 康明斯HGM6110N控制屏
单机与市电自动拼网功能，因此控制屏主要有两种功能：
• 基本负载功能
发电机手动启动，自动与市电并联，负载供电设定在基本负载水平（正常设定在发电机的满载），发电机供出额外负载到市电网（当市电不足供应当时负载）。
• 程式逻辑（PLC ）处理控制功能
发电机与市电拼联供电市电网装置了 一个功率传感 器来传送市电装现时负载的讯息给控制屏，可以调整为市电网输出最少负载，而余 下的负载由发电机供应。
② 康明斯HGM9510控制屏
多台发电机组与市电并网功能，除具有HGM9510控制屏功能外还能使最多36台发电机组同时并机并与市电并网。 ’
总结：
如今看来，柴油发电机仍然是许多行业的不可或缺的供电设施，对于处于市电供电不是那么完美的环境中的企业来说，一个理想的柴油发电机应该有足够的功率来运行企业内所有的设备，但不能在明显低于其额定负载能力的情况下运行发电机，因此，选择柴油发电机时，应需要考虑诸如工地、工厂、商场等所需容量和发电机特性等变量，以便使发电机更好的提供持续且稳定的电源保障。如果任何关键的因素被忽视或遗漏，项目就有可能遇到延误和可避免的费用，最终造成为必要的损失。
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