自備柴油發電機組容量選擇的探討

劉巧麗 石康寧 呂文敘

（山東核電有限公司，山東 煙臺265116）

0 引言

目前，以往復活塞式內燃發動機作為動力的柴油發電機組在需要連續可靠供電的場合得到了廣泛的應用。在配置柴油發電機組時，最重要的是機組額定功率的確定，即容量的選擇。過大的功率會造成運輸、安裝的困難和不必要的浪費，增加維護量；過小的功率又會使發電機負荷過重，降低機組可靠性和壽命，甚至在關鍵時刻超載停機，造成事故。因此，需要根據柴油發電機組的使用條件、供電負荷大小及種類合理選擇機組的容量。

1 柴油發電機組的功率

柴油發電機組主要由柴油發動機和交流同步發電機2大部分組成。柴油發電機組的功率主要有持續功率、基本功率、限時運行功率3種。持續功率適用于對電力質量要求較高或因市電昂貴而選擇柴油發電的單位，又稱為常用功率。基本功率適用于在電網中斷時提供應急后備電力功率，又稱為備用功率。限時運行功率指在規定的維修周期和環境條件下能夠連續運行300 h、每年供電達500 h的最大功率。

2 柴油發電機組負荷的特性、容量的選擇及校驗

2.1 柴油發電機負荷的特性及計算

備用柴油發電機組的供電對象一般是保安負荷，因而保安負荷的統計結果是選擇柴油發電機組容量的依據。在統計保安負荷時，對于在時間上能錯開運行的保安負荷不應全部計算，可分階段統計同時運行的保安負荷，取其大者作為計算功率。

此次力能區凈水站需采購的柴油發電機所帶負荷運行方式為：10kV凈水站一線通過＃1變、進線開關至A段0.4 kV母線，10kV凈水站二線通過＃2變、進線開關至B段0.4 kV母線，A段與B段之間設有低壓母聯開關。正常運行時低壓母聯開關在合位，凈水站1臺變壓器帶2段母線運行，另1臺變壓器備用。柴油發電機的接入方式：由發電機出口開關下口（負載側）接入凈水站配電室B段＃2柜4JS2－11下端口。正常情況下，4JS2－11開關在斷位，發電機備用。當凈水站配電室0.4 kV母線故障失電后，值班人員手動啟動發電機組。

力能區凈水站2段400 V母線的負荷有：生產水泵（37 kW）、生活水泵（15kW）、消防水泵（75kW）、砂石料場水泵（45kW）、2臺大的生活水泵（45kW／臺）以及照明箱、插座箱、檢修電源等。根據施工需求，備用柴油發電機啟動后，首次加載的負荷為生產水泵和生活水泵，共計52 kW；消防水泵置于手動位置，當出現火情時啟動，此時功率達到127 kW；考慮臨時照明，柴油發電機啟動后投入運行的最大負荷約為130 kW。又知：

式中，SC為發電機組的最大計算負荷。

將cosφ＝0.85、PC＝130 kW代入公式（1），得SC＝153 kVA。

2.2 柴油發電機機組容量選擇

DL／T5153—2002規定：發電機連續輸出容量Se應大于最大計算負荷SC，即Se≥nSC，當每個單元機組配置1臺柴油發電機組時n＝1，代入上式得Se≥153 kVA。

此外，應急柴油發電機的容量還應按照滿足負荷中單臺最大容量電動機啟動的要求進行校驗。發電機帶負荷啟動1臺最大容量的電動機時，短時過負荷能力校驗如下：發電機在熱狀態下，能承受150%Se，時間為15 s，即有：

式中，Pem為最大電動機的額定功率；KQ為最大電動機的起動電流倍數，約為6；K為換算系數，取0.8。

將SC＝153 kVA，n＝1，KQ＝6，K＝0.8，Pem＝75kW 代入公式（2），得Se≥437 kVA。

綜上所述，柴油發電機的容量Se需大于437 kVA。

2.3 柴油機輸出功率的復核

2.3.1 環境條件修正

P r為標準使用條件下的輸出功率，功率修正公式如下：

式中，PX為實際輸出功率，PX＝PC＝130 kW；Pr為標準使用條件下的輸出功率；查表得海陽現場環境條件修正系數為a＝0.98。代入公式（3）可得Pr＝133 kW。

2.3.2 持續1 h運行狀態下輸出功率校驗

停電1 h內，柴油發電機組要具有承擔最大保安負荷的能力，一般柴油機1 h允許承受的負載能力為1.1PX，故有：

式中，a為柴油發電機組的功率配合系數，取1.10；ηG為發電機的效率，取0.9。

將PC＝130 kW 代入公式（4），得，PX≥145kW。

2.3.3 首次加載能力校驗

制造廠保證柴油發電機組首次加載能力不低于額定功率的50%。因此，要求柴油機的實際輸出功率不低于初始投入的啟動有功功率的2倍。

2.3.4 母線電壓水平校驗

當直接啟動異步電動機時，由于啟動電流很大且異步電動機的功率因數較低，機組輸出電壓顯著下降，發電機的勵磁系統必須進行強勵磁，才能補償機組輸出電壓的下降。柴油發電機組因其特性上的差別，啟動空載異步電動機的容量不得超過其額定容量的70%，啟動有載異步電動機的容量不得超過其額定容量的35%。按最不利情況有載啟動功率最大的消防水泵（75kW）計算，力能區柴油發電機的額定功率應滿足：PX≥75kW／35%，即PX≥215kW。

2.4 柴油機組最終容量的確定

由上述負荷的投運、容量的選擇和柴油機輸出功率復核可知，在滿足電動機啟動電流倍數KQ為6，柴油發電機組15 s過負荷能力為1.5Se的條件時，柴油發電機的容量應大于437 kVA，功率應大于260 kW。

但若容量大于437 kVA，而機組的功率選取較大，在正常運行時功率又遠小于機組的額定功率，導致經濟性較差。根據公式（2）可知，若要降低柴油發電機容量可采用下述幾種方法：（1）電機采用降壓啟動，將KQ降低，以滿足啟動的需要。（2）公式（2）中分母的1.5為過負荷倍數，而目前許多制造廠提供的柴油發電機組15 s過負荷能力已經超過1.5Se，因此在計算時應將制造廠提供的過負荷倍數帶入分母，這樣就不會浪費柴油發電機組提高的過負荷能力，從而降低柴油發電機的容量。

由力能區凈水站負荷情況得知，消防水泵電機為直接啟動，通過降低KQ來降低柴油發電機組容量的辦法行不通，只能通過提高柴油發電機組15 s過負荷能力來實現。經與廠商溝通，廠家提供的功率250 kW的柴油發電機可滿足啟動75kW（力能區最大負荷）電動機的短時過負荷能力的要求。因此，最終決定采購型號為WD344／8、機組備用容量為344 kVA、常用功率為250 kW、備用功率為275kW、額定頻率為50 Hz的產品。

3 結語

與商運后整個發電廠的輔助柴油發電機組相比，山東海陽核電廠力能區凈水站自備柴油發電機所帶負荷及容量的確定比較簡單。通過對力能區備用柴油發電機組容量的探討，加深了對柴油發電機組和電氣系統的認識，希望能給有關人員提供一點借鑒。

［1］楊貴恒，賀明智，袁春，等.柴油發電機組技術手冊［M］.北京：化學工業出版社，2009