高低压发电机组模块化负载检测系统研究

吴金兵

【摘要】负载设备对于备用高低压柴油发电机组的带载检测和定期带载维护，确保备用电源系统的可靠性具有重要意义。本文主要介绍了模块化的负载检测装置设计研究，该装置运输、使用方便，有较强的实用性。

【关键词】高低压柴油发电机组；负载测试；模块化；数据中心

一、发电机组模块化负载检测系统研究的必要性

近年来，作为备用电源的低压柴油发电机组容量要求越来越大，特别是数据中心需多台大功率柴油发电机组并网才能满足负荷的要求，而且机房与实际使用负载间距离也越来越远，采用传统的多台低压柴油发电机组并联运行暴露出运行和传输的缺陷。为了能够更加安全、可靠地运行，采用高压机组是一种更好的选择。因机组的输出电压10.5kV或6.3kV与原供电系统电压一致，可直接接入供电系统，节约了大笔供配电系统的设备投资。同时由于机组的输出电压高、输出电流小，在动力传输过程损耗小， 适合远距离输送。高压机组应用于IDC数据中心、冶金企业、机场等应急备用电源系统。

因此现阶段应急柴油发电机组采用低压机组的同时，高压机组已大量投入市场，早期负载检测设备已不能满足要求。

二、早期的柴油发电机组负载测试设备

第一阶段的低压柴油发电机组检测，工厂负载测试设备大多采用水负载设备，三相极板插入盐水中，通过减速电机升降极板，改变导电电阻，增大或减小负载电流，达到模拟负载试验的目的。此种方案，由于带载后溶液温度升高而不断挥发导致负载不太恒定，对于检测稳态参数误差较大；同时盐水溶解度有限，需要及时补充水；另外水负载设备要加强安全隔离防护措施。

第二阶段的低压柴油发电机组检测，采用电阻发热设备来完成，一般装载在箱体内，对负载设备的散热系统进行设计，但一般皆为按钮接触器式加减负载，特性仍较硬。

三、数据中心备用高压发电机组对检测负载提出了更高的要求

数据中心后备高压柴油发电机组，其运行特点为：机组系统一年的启动工作时间一般不会超过80-100小时（包括正常测试和带载测试），早期的发电机系统由于现场条件限制不太做现场带实际负载测试，主要采用空载启动测试或空载启动并机测试，此种测试方式不利于发电机的长寿命使用。现阶段产品本身的发展及系统可靠性的提高，更多的数据中心在招标时明确要求工厂和现场都要采用测试用假负载（10.5kV或6.3kV机组）进行单机或并车带载测试，明确要求供货内容包括负载设备，从而满足现场验收和日常维护保养的需要。

四、高低压发电机组模块化负载检测系统设计

以两台2500kVA/2000kW负载设备为例：

拟采用1台20呎集装箱、1台30呎集装箱组成，包括一套高压变电系统、两套低压400V/2000kW电阻负载及检测系统。可以满足：单台或并机运行0～2000kW低压负载检测需要；单台或并机运行0～4000kW低压负载检测需要；单台或并机运行0～2000kW高压负载检测需要；单台或并机运行0～4000kW高压负载检测需要。箱体户外防雨水工艺好，防护等级达到IP54以上，满足连续工作要求。

当低压发电机组检测时，仅需5000kVA低压负载箱；当高压发电机组检测时，需5000KVA低压负载箱+5000kVA高压变电箱组合。

系统组成：

1.5000kVA高压变电箱设计

高压变电箱配多抽头变压器，可以用于測试高压发电机组。变压器设计单台容量为2500kVA，总容量5000kVA。采用符合GB1094.11-2007的干式电力变压器，考虑到高压发电机输出电压的常用等级，变压器高压输入端设计为2个抽头，额定输入电压6.3kV、11kV，低压输出端设计有1个抽头，额定输出电压400V。变压器输入端配有12kV 630A高压断路器1台，设计采用ABB/VD4或同等用来保护变压器。

2.5000kVA低压负载箱设计

低压干式负载箱作为电能负荷测试装置：操作简易、体积小、运输方便，可视负荷容量大小进行多台并联使用。控制方式设计为手动和电脑自动控制两种方式。负荷测试精度高，调节更容易，测试准备时间短，可连续长期使用等诸多优越性。

负载箱的控制设计为就地手动控制、就地电脑软件自动控制和远程笔记本电脑控制三种控制方式。

当电脑软件自动控制、负载测试时，在电脑上输入被测发电机组的额定功率和加载的时间，系统将自动完成从0%、25%、50%、75%、100%、110%、100%、75%、50%、25%、0%的加载测试，或者通过软件按照负载总功率10%、20%、30%……110%，0%-50%-100%-0%突加突卸测试灵活控制（加载时间设计为面板设置），单台负载可在1.25-2500kVA/1-2000kW/0.75-1500kvar范围内任意可调，阻性负载、感性负载设计为单独手动/自动加载，亦可混合加载。

测试过程中并把发电机组的V、I、kW、Hz在加载中出现的变化、恢复时间和曲线以表格及图形的方式储存和显示，并自动完成发电机组所有电参数的测量，自动生成各种图表、曲线及检测报告。规范操作，权威性强。检测报告数据内容丰富，报表适用性强，并且可以根据不同用户需要个性化设计等。

三相交流干式负载箱内部设计分为3个区域。左侧区域配有4000A断路器两台，用来保护低压输出端的负载，在测试低压发电机组时需切断高压端电源，以防止电源回流；集装箱中间设计为电阻电抗区，下部为电抗器安装区，上部为电阻安装位置。电阻区装设独立的冷却风机，保证了整个系统的散热和使用寿命；集装箱右侧为控制区域，可接笔记本电脑远程控制。

负载部分的核心部件的设计要求：电阻管的选型制作宜采用进口新型材料，温度系数低、低阻抗的电阻，防水耐盐雾耐酸碱，使用无红热，加卸载测试时精度不超过±3%。负载箱电抗器选用优质防水、防盐雾、防霉菌的三防材料制造。

匹配相应大功率风机设计满足长期连续工作，布局设计合理，保证各处热量能有效均匀散发。

负载箱设计多重安全保护功能：当风机发生机械或电气故障时、箱内超过设定温度时负载自动脱载保护；负载箱内部每段负载安装熔断器具有短路、过电流脱载保护；设置风压传感器，当负载工作时风量不足或气流不畅时自动脱载保护；负载设置在线绝缘监测功能，当绝缘不好时，负载报警并卸载。

负载为模块化设计，当某一个模块发生故障时，对应的负载卸载，不会影响其他负载运行，也避免负载全卸造成被测设备损坏的可能性。

五、结语

高低压发电机组模块化负载检测系统的应用有以下几个方面：

1.作为柴油发电机组生产厂移动检测设备，可作为出厂检测、客户现场检测租用，避免重复投资，亦可作为产品提供给客户；

2.高低压发电机组均可使用，将低压、高压模块化负载及智能化测试系统有机优化组合，运输、组装简便，操作使用；

3.负载加减实现智能化控制，负载测试稳定可靠、检测精度高；

4.负载功率因数实现智能化调节，模拟负载接近实际负载，有效保证了数据中心等应急电源的日常维护工作，使备用发电机组起到可靠的保障作用；

5.高低压发电机组模块化负载检测系统的应用可作为企业技改项目、促进产品服务的转型升级。

参考文献

[1]杨贵恒，等.柴油发电机组技术手册[M].化学工业出版社，2009.

[2]林小村.数据中心建设与运行管理[M].科学出版社， 2010.