启动多台电动机时柴油发电机组容量计算

周凌飞 弓亚兰

摘 要：电动机作为一种感性负载，在其启动瞬间电流很大。当采用柴油发电机组应急供电时，如何选择满足使用要求的机组，同时又做到经济合理是一个重要而又复杂的问题。文章结合电动机的启动方式和启动特点，以工作中实际项目为例，介绍和探讨启动多台电动机时柴油发电机组的容量计算方法。

关键词：电动机；柴油发电机组；启动；容量

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）11-0075-02

1 问题的起源

柴油发电机组作为机电一体、成套而成的能源转换设备，有着灵活、方便、稳定的显著特点。常作为长行、备用和应急发电设备而被广泛地应用于银行、通信、交通站、油田等国民经济众多领域。近几年来已有大量柴油发电机组投入运行，但目前对于其容量的选择多采用经验估算法，尤其是一些民用企业，缺乏专业设计人员的严格详细的选型计算，所采购的柴油发电机组容量与实际需求不符合，造成严重后果。容量过小，无法带全部负载，在启动大功率负载时导致突然停机或压降过大，导致设备根本无法正常启动；容量过大，投资及维护成本高，造成经济浪费。所以在容量的选择计算时，要考虑多方面的因素，包括：现场使用环境、负载的类型，尤其是要充分考虑非线性负载、感性负载等设备的啟动瞬态特性与发电机的启动能力相匹配。另外就是要考虑一定的预留与未来扩容需求。本文主要讨论如何根据电动机的启动方式、负载特性、各负载的启动顺序、发电机的性能曲线来计算启动大功率电动机时所需的柴油发电机组容量。

2 电动机启动方式与特点

2.1 启动方式的分类

电动机的启动有直接启动和降压启动两种。直接启动主要就是指利用交流接触器将电动机直接接到具有额定电压的电源上。这种启动方法虽然简单，但由于其启动电流较大，过大的启动电流在短时间内会在线路上造成较大的电压降落，而使负载端的电压降低，影响附近负载的正常工作。同时，若直接启动，一般启动电流值为正常运转时的5～7倍，这就要求机组容量足够大满足其启动要求。但随之而来的问题是柴油发电机组的容量选大了，而正常运行时功率又远小于机组的额定值，这显然是不经济的。所以大功率电动机的启动绝大多数都会采用降压启动。

2.2 启动方式的特点

降压启动常用星三角转换启动、软启动器等，电动机不同启动方式的特点，结合电工手册说明归纳见表1。

3 柴油发电机组容量计算

以下主要介绍常用的采用软启动器启动时如何计算所需柴油发电机组的功率，并结合具体实际案例加以说明。

3.1 电动机信息

某电动机厂家提供的500 kW电动机参数资料及信息如图1所示：

同时结合实际使用信息可知：

启动顺序：两台电动机逐台顺序启动，但实际应用中一些照明、配电等共计约80 kW的负载先于电动机工作，计算时，忽略其对启动的影响。

启动方式：软启动器启动。

效率：96%。

运行功率因数：0.88。

启动功率因数：根据相关手册说明，取0.2。

启动电流：根据软启动器说明书，如图2所示：

并结合实际使用情况，取启动电流为1.8 In。

3.2 电动机启动和运行kW与kVA计算

运行kW=500 kW/0.96=521 kW

运行kVA=运行kW/运行功率因数

=521 kW/0.88=592 kVA

启动kVA=运行kVA×启动电流倍数

=592 kVA×1.8=1 066 kVA

启动kW=运行kVA×启动功率因数

=1 066 kVA×0.2=213 kW

3.3 各负载启动与运行kW与kVA统计（见表2）：

3.4 发电机功率计算及考虑的修正系数

已经在线运行的电动机，会降低发电机启动能力。当已经有一个或多个电动机在线运行，再启动一个或一组电动机，则需考虑其影响。

因此，需要对上面计算表中第二台电动机的启动kVA做修正。

X=已运行电动机/（已运行电动机+本步启动电动机）×100

对于按顺序启动两台电动机来说，计算时，第一台电动机已在线运行，对第二台电动机的启动有一定影响。此处计算，X取50，故修正系数Y取1.083。如图3所示。

启动过程中，电动机的功率因素是变化的，计算时主要考虑启动瞬间（堵转时）和启动稳定后对应的有功功率和无功功率。如图4所示：

功率因数是电路中有功功率与视在功率之比，也就是电流和电压向量夹角的余弦。

启动时：

有功功率kW：82+521+213=816

无功功率kVAr：

运行稳定后：运行有功功率kW：82+521+521=1 124

运行无功功率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）

结论：

3.5 发电机选型

通常按启动压降15%考虑，结合某发电机启动电动机能力曲线，如图5所示。

该发电机启动电动机能力为1 760 kVA。

1 760 kVA>启动kVA=1 727 kVA，不受海拔高度及环境温度影响，故此款发电机完全满足启动要求。该发电机额定功率为2 046 kVA>负载额定运行1 310 kVA。故此款发电机选型满足使用要求。

3.6 发动机选型

最后根据所选定的发电机来选择对应的发动机，通常直接配备标准功率匹配比的发动机。对于国际品牌来说，其发动机与发电机有固定的组合搭配，作为整体的柴油发电机组标准化产品。而对于国内组装成套商OEM来说，有时为了降低成本，在特定场合还可配备功率不匹配的发动机，通常是功率较小的发动机，即整体的柴油发电机组采用“小马拉大车”的做法。

4 结 语

发电机容量的计算是一个十分重要也是比较复杂的问题。一个用电设备组中的设备并不一定同时工作，工作的设备也不一定都工作在额定状态下。而对于大功率电动机来说，其应用越来越广，作为设备组中一系列的大型设备，尤其是大功率水泵、机床等都需要电动机来带动。启动时需要多大功率的柴油发电机组才能保证设备的正常启动，同时又做到经济合理，显得非常重要。本文以计算大功率电动机按顺序启动时对应的启动kVA为核心，并结合发电机启动性能曲线，最终计算出所需要的发电机容量。经工程实践证明，此计算方法得出的机组容量与实际测试所需容量十分吻合。

参考文献：

[1] 许乃强，陶东明.威尔信柴油发电机组[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2] 邢郁甫，杨天民.新编电工实用手册[M].北京：人民邮电出版社，2006.