柴油發電機在電廠的應用

趙越

摘 要：目前，柴油發電機被廣泛應用于大型電廠的機組保安電源系統中，當正常廠用電突然中斷時，緊急保安電源能及時、安全、可靠地投用。為了保證運行中的電廠在失去正常交流電源的情況下能夠安全停運，對電廠柴油發電機組提出了特殊的技術要求。

關鍵詞：柴油發電機；電廠；應用

一、柴油發電機組的技術要求

（一）自起動功能

柴油發電機組必須保證在電廠的全廠停電事故中，能快速自起動帶載運行。

（二）帶負載穩定運行功能

（1）柴油發電機組自起動成功后，保安負荷分級投入，機組按設置的自動順序合閘。（2）機組在功率因數為0.8的額定負載下及每隔12h的穩定運行中，允許有累計1h的1.1倍過載運行；發電機允許20s的2倍過載運行。（3）整套柴油發電機組能滿足容量不小于0.2倍柴油發電機組額定容量（Pe）的四極籠型異步電動機全電壓直接起動。

（三）自動調節功能

（1）柴油發電機組的空載電壓整定范圍為95%Ue～105%Ue，線電壓波形正弦畸變率不大于2%。（2）柴油發電機組在空載狀態，突加功率因數小于等于0.4（滯后）、穩定容量為0.2Pe的三相對稱負載或在已帶80%Pe的穩定負載再突加上述負載時，母線電壓0.2s后不低于85%Ue。突減額定容量為0.2Pe的負載時，柴油發電機組升速不超過額定轉速的10%。（3）柴油發電機組空載額定電壓時的正弦電壓波形畸變率不大于5%。柴油發電機組在一定的三相對稱負載下，在其中任一相加上25%的額定相功率的電阻性負載，應能正常工作。發電機線電壓最大值（或最小值）與三相線電壓平均值相差不超過三相線電壓平均值的5%。柴油發電機組各部分溫升不超過額定運行工況下的水平。

（四）自動控制功能

柴油發電機組屬無人值守電站，其控制系統功能有：保安段母線電壓自動連續監測；自動程序起動，遠方起動，就地手動起動；運行狀態的柴油發電機組具備自動檢測、監視、報警、保護功能。

（五）模擬試驗功能

柴油發電機組在備用狀態時，切換開關在模擬位置時，模擬保安段母線電壓低至25%Ue或失壓狀態，能按設定時間快速自起動運行試驗，試驗中不切換負荷。切換開關在工作位置時，當保安段電壓降低至25%Ue時能快速切換帶負荷。

二、電氣接線

電廠的重要負荷（如事故照明、盤柜控制電源、潤滑油系統電機等）需專門的兩段保安電源供電。正常情況下，保安段由汽機段和鍋爐段分別供電；全廠失電情況下，保安段由柴油發電機供電。典型的保安電源一次接線見圖1。

三、柴油發電機組容量選擇

（一）發電機容量選擇

DL/T5153—2002附錄D“柴油發電機組的選擇”中對發電機容量選擇規定為：發電機連續輸出容量應大于最大計算負荷，即Se≥nSc，并注明Se為發電機的額定容量。電廠的柴油發電機組是屬于備用機組，因此此處Se應該是備用功率對應的額定容量。按標準JB/T10303—2001中規定，機組超過12h連續運行時，（在按使用說明書規定進行保養的條件下）其輸出功率按發動機規定功率的90%修正后折算的電功率，但此時電功率最大不得超過發電機的額定功率。由于這里的Sc為最大計算負荷，它僅會在電廠機爐事故停機過程中的一段時間內出現，且持續時間不會很長，在此之后的時間內，只有部分負荷需要持續供電，其值不會超過最大計算負荷的90%，因此即使發生嚴重的電網停電事故，電網供電不能很快恢復時需柴油發電機組連續運行超過12h時，也不會超出柴油發電機組的承受能力。

（二）發電機帶負荷起動一臺最大容量的電動機時短時過負荷能力校驗

DL/T5153—2002附錄D規定發電機在熱狀態下，能承受150%Se，時間為15s。

Se≥[nSc+（1.25Kq-K）PDm]/1.5（1）

式中：PDm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。目前許多制造廠提供的柴油發電機組15s過負荷能力已經超過1.5倍，在校驗時再使用式（1）就不能將提高的過負荷能力反映進去。根據公式的實際意義，分母上的1.5就是過負荷倍數，因此在計算時應該用制造廠提供的過負荷倍數代入分母，這樣不會浪費柴油發電機組提高的過負荷能力。

（三）柴油機輸出功率的復核

在柴油機輸出功率的復核的規定中采用了Pr，即標準使用條件（海拔高度0m，空氣溫度20℃）下的輸出功率。此處也要相應的采用備用功率。

在持續1h運行狀態下輸出功率校驗時，考慮了全廠停電1h內，柴油發電機組要有承擔最大保安負荷的能力。柴油機1h允許承受能力為1.1Px（Px為折算到實際使用地點的柴油機輸出功率）。

DL/T5153—2002附錄D中柴油機首次加載能力校驗規定：制造廠保證的柴油發電機組首次加載能力，不低于額定功率的50%。為此，要求柴油機的實際輸出功率，不小于2倍初始投入的啟動有功功率。

Px≥2.5KQ∑P"eDcosφQ（2）

式中：∑P"eD為初始投入的保安負荷額定功率之和，KQ為啟動負荷的電流倍數，宜取5；cosφQ為啟動負荷的功率因數，宜取0.4。

式（2）使用時有個問題，它只適用于旋轉負荷，而首次加載的保安負荷內還包括靜止負荷，如果一起計入∑P"eD，再用該公式校驗，會使得計算結果偏大。因此，在實際工程應用中，應將首次加載的保安負荷分為旋轉負荷和靜止負荷兩類，對于靜止負荷取啟動負荷的電流倍數為1，功率因數取0.8進行計算，再根據兩類負荷的啟動有功功率的總和確定Px是否滿足要求。

另外，有的制造廠能保證柴油發電機組首次加載能力超過50%，可以按照制造廠承諾的數值對公式中的系數進行調整。

四、柴油發電機組的一般故障及解決方法

（1）啟動程序不當造成柴油發電機不能啟動：運行人員應按指示程序啟動柴油發電機。（2）負載太大，造成柴油發電機工作頻率不穩定：除了供給本廠的應急保安電源外，其他負載應除去。（3）電線接線部分松動，引起輸出電壓不穩定：檢查各連接部分并予以修理，確保輸出電壓穩定。（4）啟動馬達故障，使得柴油機不能啟動：更換啟動馬達。（5）啟動/停止開關失效，造成柴油發電機不能啟動：聯系檢修對啟動/停止開關進行更換。（6）柴油發電機運行中，周率轉換器或周率表失效會使得發電機頻率不穩定：對周率轉換器或周率表進行更換。電子調速器故障：檢查電子調速器及轉速感知器。（7）機組運轉振動過大，引擎速度不穩定，造成發電機電壓不穩定：運行人員應檢查機組避震設備，調整或更換引擎燃油系統零件，使其速度穩定。

五、結語

綜上所述，柴油發電機組在電廠中的設置，是電廠安全性能的要求，也是衡量一個電廠能否安全、可靠、穩定運行的重要指標，在全廠廠用電中斷的情況下，它能夠快速成功恢復機組供電，為機組盡快恢復運行提供了保障。

參考文獻：

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