高低壓發(fā)電機(jī)組模塊化負(fù)載檢測(cè)系統(tǒng)研究

吳金兵

【摘要】負(fù)載設(shè)備對(duì)于備用高低壓柴油發(fā)電機(jī)組的帶載檢測(cè)和定期帶載維護(hù)，確保備用電源系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。本文主要介紹了模塊化的負(fù)載檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)研究，該裝置運(yùn)輸、使用方便，有較強(qiáng)的實(shí)用性。

【關(guān)鍵詞】高低壓柴油發(fā)電機(jī)組；負(fù)載測(cè)試；模塊化；數(shù)據(jù)中心

一、發(fā)電機(jī)組模塊化負(fù)載檢測(cè)系統(tǒng)研究的必要性

近年來(lái)，作為備用電源的低壓柴油發(fā)電機(jī)組容量要求越來(lái)越大，特別是數(shù)據(jù)中心需多臺(tái)大功率柴油發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)才能滿(mǎn)足負(fù)荷的要求，而且機(jī)房與實(shí)際使用負(fù)載間距離也越來(lái)越遠(yuǎn)，采用傳統(tǒng)的多臺(tái)低壓柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行暴露出運(yùn)行和傳輸?shù)娜毕荨榱四軌蚋影踩⒖煽康剡\(yùn)行，采用高壓機(jī)組是一種更好的選擇。因機(jī)組的輸出電壓10.5kV或6.3kV與原供電系統(tǒng)電壓一致，可直接接入供電系統(tǒng)，節(jié)約了大筆供配電系統(tǒng)的設(shè)備投資。同時(shí)由于機(jī)組的輸出電壓高、輸出電流小，在動(dòng)力傳輸過(guò)程損耗小， 適合遠(yuǎn)距離輸送。高壓機(jī)組應(yīng)用于IDC數(shù)據(jù)中心、冶金企業(yè)、機(jī)場(chǎng)等應(yīng)急備用電源系統(tǒng)。

因此現(xiàn)階段應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組采用低壓機(jī)組的同時(shí)，高壓機(jī)組已大量投入市場(chǎng)，早期負(fù)載檢測(cè)設(shè)備已不能滿(mǎn)足要求。

二、早期的柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)載測(cè)試設(shè)備

第一階段的低壓柴油發(fā)電機(jī)組檢測(cè)，工廠負(fù)載測(cè)試設(shè)備大多采用水負(fù)載設(shè)備，三相極板插入鹽水中，通過(guò)減速電機(jī)升降極板，改變導(dǎo)電電阻，增大或減小負(fù)載電流，達(dá)到模擬負(fù)載試驗(yàn)的目的。此種方案，由于帶載后溶液溫度升高而不斷揮發(fā)導(dǎo)致負(fù)載不太恒定，對(duì)于檢測(cè)穩(wěn)態(tài)參數(shù)誤差較大；同時(shí)鹽水溶解度有限，需要及時(shí)補(bǔ)充水；另外水負(fù)載設(shè)備要加強(qiáng)安全隔離防護(hù)措施。

第二階段的低壓柴油發(fā)電機(jī)組檢測(cè)，采用電阻發(fā)熱設(shè)備來(lái)完成，一般裝載在箱體內(nèi)，對(duì)負(fù)載設(shè)備的散熱系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但一般皆為按鈕接觸器式加減負(fù)載，特性仍較硬。

三、數(shù)據(jù)中心備用高壓發(fā)電機(jī)組對(duì)檢測(cè)負(fù)載提出了更高的要求

數(shù)據(jù)中心后備高壓柴油發(fā)電機(jī)組，其運(yùn)行特點(diǎn)為：機(jī)組系統(tǒng)一年的啟動(dòng)工作時(shí)間一般不會(huì)超過(guò)80-100小時(shí)（包括正常測(cè)試和帶載測(cè)試），早期的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制不太做現(xiàn)場(chǎng)帶實(shí)際負(fù)載測(cè)試，主要采用空載啟動(dòng)測(cè)試或空載啟動(dòng)并機(jī)測(cè)試，此種測(cè)試方式不利于發(fā)電機(jī)的長(zhǎng)壽命使用。現(xiàn)階段產(chǎn)品本身的發(fā)展及系統(tǒng)可靠性的提高，更多的數(shù)據(jù)中心在招標(biāo)時(shí)明確要求工廠和現(xiàn)場(chǎng)都要采用測(cè)試用假負(fù)載（10.5kV或6.3kV機(jī)組）進(jìn)行單機(jī)或并車(chē)帶載測(cè)試，明確要求供貨內(nèi)容包括負(fù)載設(shè)備，從而滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收和日常維護(hù)保養(yǎng)的需要。

四、高低壓發(fā)電機(jī)組模塊化負(fù)載檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以?xún)膳_(tái)2500kVA/2000kW負(fù)載設(shè)備為例：

擬采用1臺(tái)20呎集裝箱、1臺(tái)30呎集裝箱組成，包括一套高壓變電系統(tǒng)、兩套低壓400V/2000kW電阻負(fù)載及檢測(cè)系統(tǒng)。可以滿(mǎn)足：?jiǎn)闻_(tái)或并機(jī)運(yùn)行0～2000kW低壓負(fù)載檢測(cè)需要；單臺(tái)或并機(jī)運(yùn)行0～4000kW低壓負(fù)載檢測(cè)需要；單臺(tái)或并機(jī)運(yùn)行0～2000kW高壓負(fù)載檢測(cè)需要；單臺(tái)或并機(jī)運(yùn)行0～4000kW高壓負(fù)載檢測(cè)需要。箱體戶(hù)外防雨水工藝好，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP54以上，滿(mǎn)足連續(xù)工作要求。

當(dāng)?shù)蛪喊l(fā)電機(jī)組檢測(cè)時(shí)，僅需5000kVA低壓負(fù)載箱；當(dāng)高壓發(fā)電機(jī)組檢測(cè)時(shí)，需5000KVA低壓負(fù)載箱+5000kVA高壓變電箱組合。

系統(tǒng)組成：

1.5000kVA高壓變電箱設(shè)計(jì)

高壓變電箱配多抽頭變壓器，可以用于測(cè)試高壓發(fā)電機(jī)組。變壓器設(shè)計(jì)單臺(tái)容量為2500kVA，總?cè)萘?000kVA。采用符合GB1094.11-2007的干式電力變壓器，考慮到高壓發(fā)電機(jī)輸出電壓的常用等級(jí)，變壓器高壓輸入端設(shè)計(jì)為2個(gè)抽頭，額定輸入電壓6.3kV、11kV，低壓輸出端設(shè)計(jì)有1個(gè)抽頭，額定輸出電壓400V。變壓器輸入端配有12kV 630A高壓斷路器1臺(tái)，設(shè)計(jì)采用ABB/VD4或同等用來(lái)保護(hù)變壓器。

2.5000kVA低壓負(fù)載箱設(shè)計(jì)

低壓干式負(fù)載箱作為電能負(fù)荷測(cè)試裝置：操作簡(jiǎn)易、體積小、運(yùn)輸方便，可視負(fù)荷容量大小進(jìn)行多臺(tái)并聯(lián)使用。控制方式設(shè)計(jì)為手動(dòng)和電腦自動(dòng)控制兩種方式。負(fù)荷測(cè)試精度高，調(diào)節(jié)更容易，測(cè)試準(zhǔn)備時(shí)間短，可連續(xù)長(zhǎng)期使用等諸多優(yōu)越性。

負(fù)載箱的控制設(shè)計(jì)為就地手動(dòng)控制、就地電腦軟件自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程筆記本電腦控制三種控制方式。

當(dāng)電腦軟件自動(dòng)控制、負(fù)載測(cè)試時(shí)，在電腦上輸入被測(cè)發(fā)電機(jī)組的額定功率和加載的時(shí)間，系統(tǒng)將自動(dòng)完成從0%、25%、50%、75%、100%、110%、100%、75%、50%、25%、0%的加載測(cè)試，或者通過(guò)軟件按照負(fù)載總功率10%、20%、30%……110%，0%-50%-100%-0%突加突卸測(cè)試靈活控制（加載時(shí)間設(shè)計(jì)為面板設(shè)置），單臺(tái)負(fù)載可在1.25-2500kVA/1-2000kW/0.75-1500kvar范圍內(nèi)任意可調(diào)，阻性負(fù)載、感性負(fù)載設(shè)計(jì)為單獨(dú)手動(dòng)/自動(dòng)加載，亦可混合加載。

測(cè)試過(guò)程中并把發(fā)電機(jī)組的V、I、kW、Hz在加載中出現(xiàn)的變化、恢復(fù)時(shí)間和曲線(xiàn)以表格及圖形的方式儲(chǔ)存和顯示，并自動(dòng)完成發(fā)電機(jī)組所有電參數(shù)的測(cè)量，自動(dòng)生成各種圖表、曲線(xiàn)及檢測(cè)報(bào)告。規(guī)范操作，權(quán)威性強(qiáng)。檢測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富，報(bào)表適用性強(qiáng)，并且可以根據(jù)不同用戶(hù)需要個(gè)性化設(shè)計(jì)等。

三相交流干式負(fù)載箱內(nèi)部設(shè)計(jì)分為3個(gè)區(qū)域。左側(cè)區(qū)域配有4000A斷路器兩臺(tái)，用來(lái)保護(hù)低壓輸出端的負(fù)載，在測(cè)試低壓發(fā)電機(jī)組時(shí)需切斷高壓端電源，以防止電源回流；集裝箱中間設(shè)計(jì)為電阻電抗區(qū)，下部為電抗器安裝區(qū)，上部為電阻安裝位置。電阻區(qū)裝設(shè)獨(dú)立的冷卻風(fēng)機(jī)，保證了整個(gè)系統(tǒng)的散熱和使用壽命；集裝箱右側(cè)為控制區(qū)域，可接筆記本電腦遠(yuǎn)程控制。

負(fù)載部分的核心部件的設(shè)計(jì)要求：電阻管的選型制作宜采用進(jìn)口新型材料，溫度系數(shù)低、低阻抗的電阻，防水耐鹽霧耐酸堿，使用無(wú)紅熱，加卸載測(cè)試時(shí)精度不超過(guò)±3%。負(fù)載箱電抗器選用優(yōu)質(zhì)防水、防鹽霧、防霉菌的三防材料制造。

匹配相應(yīng)大功率風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足長(zhǎng)期連續(xù)工作，布局設(shè)計(jì)合理，保證各處熱量能有效均勻散發(fā)。

負(fù)載箱設(shè)計(jì)多重安全保護(hù)功能：當(dāng)風(fēng)機(jī)發(fā)生機(jī)械或電氣故障時(shí)、箱內(nèi)超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)負(fù)載自動(dòng)脫載保護(hù)；負(fù)載箱內(nèi)部每段負(fù)載安裝熔斷器具有短路、過(guò)電流脫載保護(hù)；設(shè)置風(fēng)壓傳感器，當(dāng)負(fù)載工作時(shí)風(fēng)量不足或氣流不暢時(shí)自動(dòng)脫載保護(hù)；負(fù)載設(shè)置在線(xiàn)絕緣監(jiān)測(cè)功能，當(dāng)絕緣不好時(shí)，負(fù)載報(bào)警并卸載。

負(fù)載為模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)某一個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí)，對(duì)應(yīng)的負(fù)載卸載，不會(huì)影響其他負(fù)載運(yùn)行，也避免負(fù)載全卸造成被測(cè)設(shè)備損壞的可能性。

五、結(jié)語(yǔ)

高低壓發(fā)電機(jī)組模塊化負(fù)載檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用有以下幾個(gè)方面：

1.作為柴油發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)廠移動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，可作為出廠檢測(cè)、客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)租用，避免重復(fù)投資，亦可作為產(chǎn)品提供給客戶(hù)；

2.高低壓發(fā)電機(jī)組均可使用，將低壓、高壓模塊化負(fù)載及智能化測(cè)試系統(tǒng)有機(jī)優(yōu)化組合，運(yùn)輸、組裝簡(jiǎn)便，操作使用；

3.負(fù)載加減實(shí)現(xiàn)智能化控制，負(fù)載測(cè)試穩(wěn)定可靠、檢測(cè)精度高；

4.負(fù)載功率因數(shù)實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)節(jié)，模擬負(fù)載接近實(shí)際負(fù)載，有效保證了數(shù)據(jù)中心等應(yīng)急電源的日常維護(hù)工作，使備用發(fā)電機(jī)組起到可靠的保障作用；

5.高低壓發(fā)電機(jī)組模塊化負(fù)載檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用可作為企業(yè)技改項(xiàng)目、促進(jìn)產(chǎn)品服務(wù)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

參考文獻(xiàn)

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