重康动力（深圳）有限公司

摘要：民用柴油发电机组可根据GB标准的性能等级来选择功率和机型，以适合工厂的供电用途和实际需求。在柴油发电机组确定方案后，应如何核验柴油发电机组方案设计能否符合自己的实际需求。因此，康明斯公司本文提出的计算公式目的是通过计算确定该方案是否可行。根据常用的柴油发电机容量选择和校核方法，现行《厂用电技规 DL/T  5153-2002》与《电力工程设计手册》略有不同，本文所述计算公式拟分别按两种方法计算和校核。

一、柴发性能等级

       根据国家标准《往复式内燃机驱动的交流发电机组》GB/T10304，柴油发电机组性能等级可以分为四级，分别是G1级、G2级、G3级和G4级，如图1所示。这些等级分别对应不同的应用场景和性能要求：

1、G1级性能要求

      适用于只需规定其电压和频率的基本参数的连接负载。主要作为一般用途，如照明和其他简单的电气负载。

2、G2级性能要求

      适用于对电压特性与公用电力系统有相同要求的负载。当其负载变化时，可有暂时的然而是允许的电压和频率偏差。如照明系统、泵和风机等。

3、G3级性能要求

      适用于对频率、电压和波形特性有严格要求的连接设备。如无线电通信和晶闸管整流器控制的负载。

4、G4级性能

      要求适用于对频率、电压和波形特性有特别严格要求的负载。如数据处理设备或计算机系统，典型案例如图2所示。

      因此，在购买柴油发电机组时，一定要根据实际的实用范围和用电主体的特性来选择相应性能等级的柴油发电机组，这样才能保证柴油发电机组的正常使用及供电安全。

二、柴油发电机组选型考虑因素

      柴油发电机组容量的估算是十分重要也是比较复杂的问题，容量过小，无法带全部负载或者在启动大功率负载时导致突然停机；容量过大，投资及维护成本高，造成经济浪费。而且根据柴油机的特性，如果在小负载下长期工作，将造成活塞环、喷油嘴积炭严重，气缸磨损加剧等损坏发电机组的不良后果。所以在容量估算时需要考虑多方面的因素，包括：使用环境、负载的类型和预留裕量等内容。

1、使用环境

      不同的工作环境会影响发电机组的输出功率。工作环境主要包括环境温度、海拔和相对湿度。当环境温度、海拔过高时，空气密度降低，发电机组运行时燃烧所需氧气供应量减少，发电机组的输出功率应做相应的下调。换而言之，选用的发电机组功率要比负载的功率绝对值高。柴油发电机组的额定功率是在标准状态环境下满负载运行时测得，即：进气温度为27℃，海拔为152.4m，相对湿度为60％。当超过该标准时，标定功率就要有所折扣了。

      值得注意的是，电控柴油机采用了电子喷油控制技术，通过对安装在发电机上的电子控制单元对进气歧管的进气压力、燃油温度的精确测量，控制每个喷油器的喷油正时和喷油量，使得发电机组在非标准环境下有较小的功率下降。

2、负载的类型

      不同类型的负载对发电机组容量要求相差是很大的，负载类型一般分为电阻性、电感性等线性负载与内含整流电路的非线性负载（又称整流性负载）。阻性负载如灯泡、电炉子、烤箱等，感性负载如空调、机床、水泵等，非线性负载如UPS、电子计算机、程控交换机、PLC设备等。带电阻性负载时，发电机组的容量只需要略大于负载功率。但是在带电感性负载和非线性负载时，容量就需重新计算。

（1）电感性负载对容量的影响

      电感性负载（如三相笼型异步电动机）的特性是当启动时有很大的电流，而且功率因数大大低于正常运转值。如果直接启动，启动电流值为正常运转时的5～7倍，这就要求发电机组容量足够大满足其启动要求。但是随之而来的问题是发电机组的功率选大了，而正常运行时功率又远小于发电机组额定值，这显然是不经济的。

      为了减小电动机启动时的影响，往往采用降压启动的方法，就是在启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，待电动机转速接近稳定时，再把电压恢复到正常值。一般有以下几种降压方法：

① 星形-三角形（Y-Δ）换接启动；

② 自耦降压启动；

③ 电抗降压启动；

④ 软启动；

⑤ 变频启动。

      其中Y-Δ法的启动电流为直接启动电流的1/3；自藕降压启动法的设备具有抽头根据启动转矩的要求得到不同电压；电抗降压启动电流按其端电压的比例降低；延边三角形启动电流一般为直接启动时的1/2。具体的操作方法可在电工手册上查得。

（2）非线性负载对容量的影响

      非线性负载（如电子计算机等）设备都有启动冲击电流、谐波反馈、电流突变等干扰，而且往往对发电机组电压降值有很高的要求。由于柴油发电机组所送出的电源本身不但电压畸变度大，而且随着发电机组的额定输出功率容量的减小，其内阻增大的矛盾会显得更加突出。当带电阻性负载时，这种影响比较小。然而，在带计算机和通信设备这种整流滤波型负载或UPS时，会影响负载的正常运行乃至使用寿命。虽然康明斯电力技术有限公司的发电机组有着优良的电气性能，但出于安全考虑仍应把容量选得大一些。

      在电压降的要求上，大容量发电机组带较小的负载产生电压降较小，PMG比SHUNT小得多，当SHUNT无刷自励式发电机组带无输入滤波器的UPS时，往往要求容量为UPS容量的2～2.5倍。选择带高效输入滤波器的UPS或带PMG永磁式发电机组则容量匹配可以非常接近。

      总之，计算发电机组容量时应明确各个负载的性能，以做出正确的选择，几种负载的参考特性参数见表1。

表1    不同负载时的启动电流和运行电流

3、其他考虑因素

      根据现有负载进行计算发电机组容量后，还要加入其他考虑因素，如：是否有些负载可能发生过载的现象，今后是否有扩充负载的需要，建议根据自己的实际需要适量加大发电机组的容量。

      另外，在经济条件许可的情况下，建议采用2台或多台发电机组，其中一些发电机组用于敏感的负载（如电子计算机系统和其他电子设备），另一些发电机组则用于不敏感的负载（如电阻性负载和电动机）。防止由于电动机启动时造成发电机组电压波形畸变对敏感性负载的影响。

4、特殊用途发电机组的选择

      特殊用途发电机组的开发和应用，扩大了柴油发电机组的应用范围，拓展了用户的选择空间。

（1）适合于特殊噪声要求场合的静音箱式发电机组；

（2）城市范围内的短距离应急供电或工程事故抢修供电的防音型拖车发电机组，外形如图4所示；

（3）自备动力，适合于城市范围远距离移动应急供电的车载电站；

（4）适合放置大型发电机组，同时具有防音效果的集装箱发电机组。

三、设备容量校核方法

1、 “技规”方法

（1）按发电机带负荷起动一台最大容量的电动机时过负荷能力校验：

Se ≥ sjs +  1（.25Kq − K） PDM/1.5....................（公式1）

式中，Se－发电机额定容量；

Sjs－计算负荷；

PDM －最大电动机的额定功率；

Kq－最大电动机的起动电流倍数，取 6；

K－换算系数，取 0.8。

（1）计算长期连续运行所需要的容量

P_c=∑P_DK₁+∑P_JK₂....................（公式4）   

Q_c=∑P_DK_{1 tgϕD} + ∑P_JK_{2 tgϕJ}....................（公式5）   

式中，∑P_D －连续运行的电动机额定功率之和；

∑P_J －连续运行的静止负荷之和；

K₁ 、K₂－系数，分别为 0.9 和 0.32；

K_{1 tgϕD} －运算系数，为 0.53；

K_{2 tgϕJ} －运算系数，为 0.24。

（2）计算起动所需要的容量：                         

      考虑严重情况，发电机已带一台机组的起动负荷和静止负荷，达到稳定运行后， 再投入另一台机组的成组起动负荷和静止负荷。 由于＃2柴油发电机组成组起动负荷较＃1 柴油发电机组为大，可只计算带＃1 柴油发电机组负 荷再投入＃2柴油发电机组负荷的情况。

P_zq=0.9∑Pzq1+3.45∑P_zq2 +0.32（∑P_J1 +∑P_J2）....................（公式6）   

Q_zq=0.53∑P_zq1+7.9∑P_zq2 +0.24（∑P_J1 +∑P_J2）....................（公式7）   

式中，∑PJ1   、∑PJ2 －为两台机组静止负荷之和；

（3）计算单台电动机起动时所需的容量：

      以严重情况，即＃1 柴油发电机组中盘车投入情况计算：

P_zq1=P_c+0.9（∑P_zD−P_md1） +3.45 P_md1....................（公式8）   

式中，Pmd1— ＃1柴油发电机组的单台自起动电动机中最大的一台电动机;

∑PzD—与Pmd1在运行时间上重叠的其它短时运行的电动机容量之和。

      在进行适当的工程假设和理论抽象的基础上，可以在综合考虑诸多影响要素后，对发电机容量校验给出实用的计算公式，并可满足工程要求。确定发电机容量时，应满足稳定计算负荷需要和进行允许电压降校验。其中，选定恰当的电动机启动方式，可使允许电压降校验得以自然满足，且所得发电机容量最为经济合理。当条件允许时，大容量的电动机尽量采用降压启动，以有效减少发电机容量、降低工程造价。

      部分人传统观念中的仅以额定容量最大的电动机来校验发电机容量，是不够严谨的，尚应考虑电动机启动方式、距离发电机远近、已接负荷和发电机自身特性等因素的影响。

总结：

     大家知道，民用建筑中备用柴油发电机容量首先应满足稳定计算负荷需要，并经母线上允许电压降校验通过。而传统技术视角大多仅关注额定容量最大的电动机对于柴油发电机容量校验之影响。实际上，除了电动机额定容量外，电动机启动方式、配线距离及截面、发电机自身特性、母线上已接负荷等，都跟发电机容量的确定产生关联。考虑到电动机启动容量、配线、已接负荷和发电机特性等诸多影响因素，上文探讨严格意义上的民用建筑中柴油发电机容量校验，提出及推导若干实用校验公式，并介绍其具体应用。