燃氣輪發電機組在通信應急發電車中的應用研究

楊育棟

（浙江郵電職業技術學院，浙江 紹興312000）

1 燃氣輪發電機概述

隨著通信運營商移動通信、數據通信、IDC業務的快速發展，新業務不斷出現，用戶不斷的增加，各運營商的核心機房、骨干機房等重要機樓的容量也越來越大，對這些機房的斷電保障也提出了更高的容量需求。表1，表2為典型的兩地市級機房的容量配置。

表1 某省會城市核心骨干機房容量

表2 某地市核心骨干機房容量

目前，絕大部分的通信應急發電機車都是柴油發電機，容量最大為800 kW。從表中發現800 kW的通信應急發電機車，對于骨干機房容量太大，但對于容量日益增長的核心機房，卻已經無法負擔。由此可見，中小容量的通信應急發電機車處在一種尷尬的境地，大容量的應急發電機車的應用變得越來越迫切。大功率柴油機改裝成移動發電車，其改裝難度相當大，目前以柴油機作為大容量的通信應急發電機車還沒有太多實例，但隨著燃氣輪發電機組的興起，大容量的應急發電機車變得越來越現實。

燃氣輪機是一種以連續流動的氣體作為工質、把熱能轉換為機械功的旋轉式動力機械。在空氣和燃氣的主要流程中，只有壓氣機、燃燒室和燃氣透平這三大部件組成的燃氣輪機循環，通稱為簡單循環。燃氣輪結構見圖1。

圖1 燃氣輪結構

大多數燃氣輪機均采用簡單循環方案。因為它的結構最簡單，而且最能體現出燃氣輪機所特有的體積小、重量輕、啟動快、少用或不用冷卻水等一系列優點。壓氣機從外界大氣環境吸入空氣，并經過軸流式壓氣機逐級壓縮使之增壓，同時空氣溫度也相應提高；壓縮空氣被壓送到燃燒室與噴入的燃料混合燃燒生成高溫高壓的氣體；然后再進入到透平中膨脹做功，推動透平帶動壓氣機和外負荷轉子一起高速旋轉，實現了氣體或液體燃料的化學能部分轉化為機械功，并輸出電功。從透平中排出的廢氣排至大氣自然放熱。這樣，燃氣輪機就把燃料的化學能轉化為熱能，又把部分熱能轉變成機械能［1］。

2 燃氣輪發電機組在通信應急發電車的應用優勢

相比較傳統的柴油發電機組，燃氣輪發電機組在通信應急發電車的應用有以下幾個方面的優勢。

（1）體積優勢

對比某品牌1 600 kW柴油發電機組和燃氣輪發電機組，柴油機組的長×寬×高為5 717 mm×2 286 mm×2 321 mm燃氣輪機組的長×寬×高為5 500 mm×2 000 mm×2 000 mm，兩者體積差別不大。但根據YD／T1269－2012通信用燃氣輪機發電機組的規定：燃氣輪機發電機組宜采用箱裝式，以便于安裝、運輸、隔熱、消聲、消防和防震等。可見，燃氣輪機組體積數據已經包含了箱體體積，而且由于箱體自帶降噪和進排風，所以后期實現車載基本不用太大的改造。而柴油發電機組為實現車載，需要對其降噪和進排風進行改造，其最終的體積可能會更大，從而帶來的駕駛、轉彎、機房停靠難度大，在一些公共面積狹窄，車位有限的機房，過大的車體帶來的后果是致命的。

對比某品牌3 000 kW柴油發電機組和燃氣輪發電機組，柴油機組的長×寬×高為8 400 mm×3 300 mm×3 800 mm，燃氣輪機組的長×寬×高為7 200 mm×2 600 mm×3 700 mm，根據市場絕大部分機組分析同等功率比較，1 200～1 600 kW帶靜音箱體的燃機機組約為不帶靜音箱體的柴油機組的0.8；3 000 kW帶靜音箱體的燃機機組約為1 600 kW柴油機組的1.2倍，可見更大容量的機組燃氣輪在體積上的優勢變得更加的明顯，若未來超大容量的通信應急發電車得以實現，燃氣輪發電機組必定是優先選擇。

（2）電氣技術指標優勢

某品牌柴油發電機組和某燃氣輪發電機組電氣性能指標比較見表3。

表3 柴油發電機組和燃氣輪發電機組電氣性能指標

在目前的核心機房、數據中心，對發電機組影響較大的非線性負載UPS電源越來越多，其逆變器或整流器會產生大量諧波，可造成發電機組的損耗增加，降低發電機組的機電轉換效率和輸出功率，甚至導致發電機組停機。

區別于活塞式柴油機，通信用燃氣輪機發電機組的燃氣輪機很多為3軸系結構，動力渦輪為氣動連接方式，工作時只有旋轉運動，且轉速高，轉動慣量和系統存儲能量大，轉速穩定不受負荷突變的影響和不易受到諧波的干擾。某型號燃氣輪機轉速見表4。

表4 某型號燃氣輪機轉速表

實測表明，燃氣輪機發電機組帶非線性負載能力是在相同負荷條件下柴油發電機組帶載能力的2倍多。因此，通信用燃氣輪機發電機組突加突減負載的電氣指標、帶非線性負載特別是容性負載的能力會明顯優于柴油發電機組。

（3）低溫啟動和帶載優勢

根據YD／T1269－2012通信用燃氣輪機發電機組的規定：環境溫度：－15℃～45℃，而根據 YD／T502－2007通信用柴油發電機組的規定：環境溫度：－5℃～40℃。在低溫狀態下，燃氣輪發電機組不需任何輔助設備，－15℃仍能正常起動，而柴油發電機組當環境溫度低于5℃需用加溫器進行預熱方能快速起動。同時，燃氣輪發電機組啟動動之后，60 s左右時間達到恒定額定轉速，之后可以立即投入負載運行，機組不需要任何怠速暖機時間，可以快速向設備提供可靠交流電源，節約了大量的時間。而一般的柴油發電機組需要怠速暖機3～5 min，才能進行大負荷的加載，否則對機組將有一定的傷害。同樣，在高溫狀態下，燃氣輪發電機組的耐受溫度也比柴油發電機組要高5℃。更寬泛的工作溫度，對工作在室外的應急發電車來說非常的重要。

（4）運行維護優勢

燃氣輪機發電機組主要的冷卻方式為風冷，在運行中可以避免發生類似柴油發電機組冷卻系統的故障，如節溫器故障、冷卻水泄漏、冷卻水沸騰、水系統管路結垢，使整個系統更加可靠、簡單。在后期的維護工作中，也避免了大量的冷卻水、冷卻液添加更換，管道、水泵、閥門、水箱等查漏、檢修工作。其他方面的比較見表5。

3 總 結

根據以上分析，在大容量通信應急發電車的應用中，燃氣輪發電機組在集功率、電氣性能、低溫啟動性能、運行維護等方面有明顯的優勢。當然，燃氣輪發電機組相比較傳統的柴油發電機組也有著燃油消耗大，前期投入成本大等劣勢，相信隨著設備技術性能的完善，設備廠家生產服務成本的降低，服務體系的完善，燃氣輪發電機組必將在大容量通信應急發電車中占有大的比重。

表5 柴油發電機組和燃氣輪發電機組運行比較