自备柴油发电机组容量选择的探讨

刘巧丽 石康宁 吕文叙

（山东核电有限公司，山东 烟台265116）

0 引言

目前，以往复活塞式内燃发动机作为动力的柴油发电机组在需要连续可靠供电的场合得到了广泛的应用。在配置柴油发电机组时，最重要的是机组额定功率的确定，即容量的选择。过大的功率会造成运输、安装的困难和不必要的浪费，增加维护量；过小的功率又会使发电机负荷过重，降低机组可靠性和寿命，甚至在关键时刻超载停机，造成事故。因此，需要根据柴油发电机组的使用条件、供电负荷大小及种类合理选择机组的容量。

1 柴油发电机组的功率

柴油发电机组主要由柴油发动机和交流同步发电机2大部分组成。柴油发电机组的功率主要有持续功率、基本功率、限时运行功率3种。持续功率适用于对电力质量要求较高或因市电昂贵而选择柴油发电的单位，又称为常用功率。基本功率适用于在电网中断时提供应急后备电力功率，又称为备用功率。限时运行功率指在规定的维修周期和环境条件下能够连续运行300 h、每年供电达500 h的最大功率。

2 柴油发电机组负荷的特性、容量的选择及校验

2.1 柴油发电机负荷的特性及计算

备用柴油发电机组的供电对象一般是保安负荷，因而保安负荷的统计结果是选择柴油发电机组容量的依据。在统计保安负荷时，对于在时间上能错开运行的保安负荷不应全部计算，可分阶段统计同时运行的保安负荷，取其大者作为计算功率。

此次力能区净水站需采购的柴油发电机所带负荷运行方式为：10kV净水站一线通过＃1变、进线开关至A段0.4 kV母线，10kV净水站二线通过＃2变、进线开关至B段0.4 kV母线，A段与B段之间设有低压母联开关。正常运行时低压母联开关在合位，净水站1台变压器带2段母线运行，另1台变压器备用。柴油发电机的接入方式：由发电机出口开关下口（负载侧）接入净水站配电室B段＃2柜4JS2－11下端口。正常情况下，4JS2－11开关在断位，发电机备用。当净水站配电室0.4 kV母线故障失电后，值班人员手动启动发电机组。

力能区净水站2段400 V母线的负荷有：生产水泵（37 kW）、生活水泵（15kW）、消防水泵（75kW）、砂石料场水泵（45kW）、2台大的生活水泵（45kW／台）以及照明箱、插座箱、检修电源等。根据施工需求，备用柴油发电机启动后，首次加载的负荷为生产水泵和生活水泵，共计52 kW；消防水泵置于手动位置，当出现火情时启动，此时功率达到127 kW；考虑临时照明，柴油发电机启动后投入运行的最大负荷约为130 kW。又知：

式中，SC为发电机组的最大计算负荷。

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

2.2 柴油发电机机组容量选择

DL／T5153—2002规定：发电机连续输出容量Se应大于最大计算负荷SC，即Se≥nSC，当每个单元机组配置1台柴油发电机组时n＝1，代入上式得Se≥153 kVA。

此外，应急柴油发电机的容量还应按照满足负荷中单台最大容量电动机启动的要求进行校验。发电机带负荷启动1台最大容量的电动机时，短时过负荷能力校验如下：发电机在热状态下，能承受150%Se，时间为15 s，即有：

式中，Pem为最大电动机的额定功率；KQ为最大电动机的起动电流倍数，约为6；K为换算系数，取0.8。

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

综上所述，柴油发电机的容量Se需大于437 kVA。

2.3 柴油机输出功率的复核

2.3.1 环境条件修正

P r为标准使用条件下的输出功率，功率修正公式如下：

式中，PX为实际输出功率，PX＝PC＝130 kW；Pr为标准使用条件下的输出功率；查表得海阳现场环境条件修正系数为a＝0.98。代入公式（3）可得Pr＝133 kW。

2.3.2 持续1 h运行状态下输出功率校验

停电1 h内，柴油发电机组要具有承担最大保安负荷的能力，一般柴油机1 h允许承受的负载能力为1.1PX，故有：

式中，a为柴油发电机组的功率配合系数，取1.10；ηG为发电机的效率，取0.9。

将PC＝130 kW 代入公式（4），得，PX≥145kW。

2.3.3 首次加载能力校验

制造厂保证柴油发电机组首次加载能力不低于额定功率的50%。因此，要求柴油机的实际输出功率不低于初始投入的启动有功功率的2倍。

2.3.4 母线电压水平校验

当直接启动异步电动机时，由于启动电流很大且异步电动机的功率因数较低，机组输出电压显著下降，发电机的励磁系统必须进行强励磁，才能补偿机组输出电压的下降。柴油发电机组因其特性上的差别，启动空载异步电动机的容量不得超过其额定容量的70%，启动有载异步电动机的容量不得超过其额定容量的35%。按最不利情况有载启动功率最大的消防水泵（75kW）计算，力能区柴油发电机的额定功率应满足：PX≥75kW／35%，即PX≥215kW。

2.4 柴油机组最终容量的确定

由上述负荷的投运、容量的选择和柴油机输出功率复核可知，在满足电动机启动电流倍数KQ为6，柴油发电机组15 s过负荷能力为1.5Se的条件时，柴油发电机的容量应大于437 kVA，功率应大于260 kW。

但若容量大于437 kVA，而机组的功率选取较大，在正常运行时功率又远小于机组的额定功率，导致经济性较差。根据公式（2）可知，若要降低柴油发电机容量可采用下述几种方法：（1）电机采用降压启动，将KQ降低，以满足启动的需要。（2）公式（2）中分母的1.5为过负荷倍数，而目前许多制造厂提供的柴油发电机组15 s过负荷能力已经超过1.5Se，因此在计算时应将制造厂提供的过负荷倍数带入分母，这样就不会浪费柴油发电机组提高的过负荷能力，从而降低柴油发电机的容量。

由力能区净水站负荷情况得知，消防水泵电机为直接启动，通过降低KQ来降低柴油发电机组容量的办法行不通，只能通过提高柴油发电机组15 s过负荷能力来实现。经与厂商沟通，厂家提供的功率250 kW的柴油发电机可满足启动75kW（力能区最大负荷）电动机的短时过负荷能力的要求。因此，最终决定采购型号为WD344／8、机组备用容量为344 kVA、常用功率为250 kW、备用功率为275kW、额定频率为50 Hz的产品。

3 结语

与商运后整个发电厂的辅助柴油发电机组相比，山东海阳核电厂力能区净水站自备柴油发电机所带负荷及容量的确定比较简单。通过对力能区备用柴油发电机组容量的探讨，加深了对柴油发电机组和电气系统的认识，希望能给有关人员提供一点借鉴。

［1］杨贵恒，贺明智，袁春，等.柴油发电机组技术手册［M］.北京：化学工业出版社，2009