啟動多臺電動機時柴油發電機組容量計算

周凌飛 弓亞蘭

摘 要：電動機作為一種感性負載，在其啟動瞬間電流很大。當采用柴油發電機組應急供電時，如何選擇滿足使用要求的機組，同時又做到經濟合理是一個重要而又復雜的問題。文章結合電動機的啟動方式和啟動特點，以工作中實際項目為例，介紹和探討啟動多臺電動機時柴油發電機組的容量計算方法。

關鍵詞：電動機；柴油發電機組；啟動；容量

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）11-0075-02

1 問題的起源

柴油發電機組作為機電一體、成套而成的能源轉換設備，有著靈活、方便、穩定的顯著特點。常作為長行、備用和應急發電設備而被廣泛地應用于銀行、通信、交通站、油田等國民經濟眾多領域。近幾年來已有大量柴油發電機組投入運行，但目前對于其容量的選擇多采用經驗估算法，尤其是一些民用企業，缺乏專業設計人員的嚴格詳細的選型計算，所采購的柴油發電機組容量與實際需求不符合，造成嚴重后果。容量過小，無法帶全部負載，在啟動大功率負載時導致突然停機或壓降過大，導致設備根本無法正常啟動；容量過大，投資及維護成本高，造成經濟浪費。所以在容量的選擇計算時，要考慮多方面的因素，包括：現場使用環境、負載的類型，尤其是要充分考慮非線性負載、感性負載等設備的啟動瞬態特性與發電機的啟動能力相匹配。另外就是要考慮一定的預留與未來擴容需求。本文主要討論如何根據電動機的啟動方式、負載特性、各負載的啟動順序、發電機的性能曲線來計算啟動大功率電動機時所需的柴油發電機組容量。

2 電動機啟動方式與特點

2.1 啟動方式的分類

電動機的啟動有直接啟動和降壓啟動兩種。直接啟動主要就是指利用交流接觸器將電動機直接接到具有額定電壓的電源上。這種啟動方法雖然簡單，但由于其啟動電流較大，過大的啟動電流在短時間內會在線路上造成較大的電壓降落，而使負載端的電壓降低，影響附近負載的正常工作。同時，若直接啟動，一般啟動電流值為正常運轉時的5～7倍，這就要求機組容量足夠大滿足其啟動要求。但隨之而來的問題是柴油發電機組的容量選大了，而正常運行時功率又遠小于機組的額定值，這顯然是不經濟的。所以大功率電動機的啟動絕大多數都會采用降壓啟動。

2.2 啟動方式的特點

降壓啟動常用星三角轉換啟動、軟啟動器等，電動機不同啟動方式的特點，結合電工手冊說明歸納見表1。

3 柴油發電機組容量計算

以下主要介紹常用的采用軟啟動器啟動時如何計算所需柴油發電機組的功率，并結合具體實際案例加以說明。

3.1 電動機信息

某電動機廠家提供的500 kW電動機參數資料及信息如圖1所示：

同時結合實際使用信息可知：

啟動順序：兩臺電動機逐臺順序啟動，但實際應用中一些照明、配電等共計約80 kW的負載先于電動機工作，計算時，忽略其對啟動的影響。

啟動方式：軟啟動器啟動。

效率：96%。

運行功率因數：0.88。

啟動功率因數：根據相關手冊說明，取0.2。

啟動電流：根據軟啟動器說明書，如圖2所示：

并結合實際使用情況，取啟動電流為1.8 In。

3.2 電動機啟動和運行kW與kVA計算

運行kW=500 kW/0.96=521 kW

運行kVA=運行kW/運行功率因數

=521 kW/0.88=592 kVA

啟動kVA=運行kVA×啟動電流倍數

=592 kVA×1.8=1 066 kVA

啟動kW=運行kVA×啟動功率因數

=1 066 kVA×0.2=213 kW

3.3 各負載啟動與運行kW與kVA統計（見表2）：

3.4 發電機功率計算及考慮的修正系數

已經在線運行的電動機，會降低發電機啟動能力。當已經有一個或多個電動機在線運行，再啟動一個或一組電動機，則需考慮其影響。

因此，需要對上面計算表中第二臺電動機的啟動kVA做修正。

X=已運行電動機/（已運行電動機+本步啟動電動機）×100

對于按順序啟動兩臺電動機來說，計算時，第一臺電動機已在線運行，對第二臺電動機的啟動有一定影響。此處計算，X取50，故修正系數Y取1.083。如圖3所示。

啟動過程中，電動機的功率因素是變化的，計算時主要考慮啟動瞬間（堵轉時）和啟動穩定后對應的有功功率和無功功率。如圖4所示：

功率因數是電路中有功功率與視在功率之比，也就是電流和電壓向量夾角的余弦。

啟動時：

有功功率kW：82+521+213=816

無功功率kVAr：

運行穩定后：運行有功功率kW：82+521+521=1 124

運行無功功率kVAr：

137×sin？夼1+592×sin？夼2+592×sin？夼4=672

（其中sin？夼1=0.8，sin？夼2=sin？夼4=0.475）

結論：

3.5 發電機選型

通常按啟動壓降15%考慮，結合某發電機啟動電動機能力曲線，如圖5所示。

該發電機啟動電動機能力為1 760 kVA。

1 760 kVA>啟動kVA=1 727 kVA，不受海拔高度及環境溫度影響，故此款發電機完全滿足啟動要求。該發電機額定功率為2 046 kVA>負載額定運行1 310 kVA。故此款發電機選型滿足使用要求。

3.6 發動機選型

最后根據所選定的發電機來選擇對應的發動機，通常直接配備標準功率匹配比的發動機。對于國際品牌來說，其發動機與發電機有固定的組合搭配，作為整體的柴油發電機組標準化產品。而對于國內組裝成套商OEM來說，有時為了降低成本，在特定場合還可配備功率不匹配的發動機，通常是功率較小的發動機，即整體的柴油發電機組采用“小馬拉大車”的做法。

4 結 語

發電機容量的計算是一個十分重要也是比較復雜的問題。一個用電設備組中的設備并不一定同時工作，工作的設備也不一定都工作在額定狀態下。而對于大功率電動機來說，其應用越來越廣，作為設備組中一系列的大型設備，尤其是大功率水泵、機床等都需要電動機來帶動。啟動時需要多大功率的柴油發電機組才能保證設備的正常啟動，同時又做到經濟合理，顯得非常重要。本文以計算大功率電動機按順序啟動時對應的啟動kVA為核心，并結合發電機啟動性能曲線，最終計算出所需要的發電機容量。經工程實踐證明，此計算方法得出的機組容量與實際測試所需容量十分吻合。

參考文獻：

[1] 許乃強，陶東明.威爾信柴油發電機組[M].北京：機械工業出版社，2006.

[2] 邢郁甫，楊天民.新編電工實用手冊[M].北京：人民郵電出版社，2006.