备用发电机在配网供电中的应用探讨

赵松雷 赵炳旭

摘 要：深入研究了配网供电中备用发电机的作用以及备用发电机并联入网结构，综合分析了备用发电机选择的技术、经济、环境指标，并从发电机容量、发电机类型、发电机台数和发电机控制等方面研究了备用发电机的应用，以期为供电企业电网规划提供有益的参考。

关键词：供电企业;配网供电;备用发电机;自动化控制

0 引言

根据《供配电系统设计规范》（GB 50052—2009），配电网除双重电源供电外，还应当增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。其中，应急电源是指维持电气设备、电气装置运行的供电系统，其设置目的是降低非正常停电对环境、设备造成的损失和伤害。

1 备用发电机在配网供电中的并网方式

在配网供电系统中，备用发电机可通过并联方式并网，如图1所示，且每个发电机都具备能够调节子电压和频率的控制器。当配网供电中断时，控制器会自动启动备用发电机，经总线并联两台及以上的备用发电机，实现备用发电机荷载负载均衡，保障各发电机均衡提供负载需要的总电量。通过多台子备用发电机均衡负载，可满足特殊情况的供配电需求。

2 备用发电机组选择依据

在选择备用发电机时，应根据供电配网内供电保障类型合理选择备用发电机组。当备用发电机组作为通信保障供电时，必须符合《通信用柴油发电机组的进网质量认证检测实施细则》24項性能指标要求和GB 2820—1997中G3、G4级发电机规定要求，并通过行业主管部门设立的通信电源设备质量检验监督。当备用发电机组作为军事通信供电用柴油发电机组时，应满足《通信电源设备的质量检测标准》相关规定和GB 2820—1997中相关要求，并经相关组织部门检验。在选择备用发电机组时，应重点考虑发电机组机械性能、电气性能、负荷容量、变化范围和自动化功能等。结合发电机组用途，确定备用发电机容量、变化范围，并根据供电保障需求合理选择发电机组自动化功能。

3 备用发电机组选择要求

根据供电配网相关政策要求，选择备用发电机时应重点关注以下性能指标：

3.1    外观要求

在选择备用发电机时，应根据供配电要求合理选择发电机界限尺寸、安装尺寸、连接尺寸等，并检查机组焊接质量、焊缝质量，确保焊缝均匀，无虚焊、空焊、漏焊、夹渣、气孔等问题，确保发电机外观无明显裂缝、脱落、锈蚀等现象，镀层应光滑，机组紧固件应紧固到位，无松动、脱落等问题。备用发电机电气安装应符合电气电路图要求，机组各导线连接处不应出现易脱落的明显标志，柴油发电机端子接触应良好、可靠。此外，在备用发电机进场时，应重点检查发电机标牌内容，确保发电机型号、参数与标牌相符。

3.2    绝缘电阻与绝缘强度

备用发电机选择应符合配电网绝缘电阻和绝缘强度要求，备用发电机独立电气回路接地及回路间绝缘电阻应不小于2 MΩ，回路接地及回路间承载的交流试验电压应确保1 min内无击穿或闪络问题。回路电压和试验电压应控制在100～1 440 V。

3.3    相序要求

发电机控制屏幕接线端子相序排布应遵循自左至右或由上而下的顺序。

3.4    运行温度要求

备用发电机运行应具备加热装置，满足特殊情况下应急启动及快速加载时机油温度要求。备用发电机冷却介质温度应大于15 ℃。

3.5    备用发电机可靠性检查

在供电配网中，为满足应急情况下备用发电机快速启动、切换要求，供电企业应定期对备用发电机进行可靠性检查，重点检查备用发电机接到自控或遥控启动指令后是否自动启动;机组自动启动3次失败后是否自动发出启动失败信号，控制程序是否将启动指令发送给另一台备用机组;启动命令发出至供电荷载时间应控制在3 min以内;备用发电机加载后不应低于标定负载的50%;当发出停机指令或供配电供电恢复后，备用发电机控制是否能够实现自动切换或自动停机，且其停机延迟应符合发电机参数要求。

3.6    电力参数

在备用发电机容量满足应急供电要求的前提下，备用发电机空载电压整定范围应控制在标定电压的95%～105%。同时，备用发电机应具备相应的自动保护功能，当发电机组、线路出现250 kW以内短路、过电流、温度过高、油压过低时，备用发电机应自动报警。同时，在空载额定标压下，备用发电机线电压波形正弦畸变率应控制在5以内，电压稳态调整率应控制在32%以内，电压稳定时间应小于1.5～2 s，电压波动率应小于0.5%。

3.7    噪声控制

根据相关技术要求和城市噪声控制要求，备用发电机1 m处噪声声压平均值应低于102 dB，其运行时外部噪声中，白天噪声应低于50 dB，夜间噪声应低于45 dB。经研究表明，当噪声低于40 dB时，工作人员能够保持注意力集中;当噪声高于50 dB时，工作人员易出现情绪暴躁、听力下降、神经衰弱等问题。因此，供电企业在选择发电机组时应加强对噪声控制的衡量，保障供电企业工作人员身心健康。

3.8    运行工况

除备用发电机电力参数要求外，还需综合考虑发电机负荷和能耗，在标定工况下连续运行12 h（包括过载10 h，运行1 h）情况下，测算发电机组能耗情况，并与技术说明书进行核对，确保发电机能耗满足经济指标控制要求。在运行工况监测工程中，供电企业应对发电机组运行状态进行检查，重点检查有无漏水、漏气等情况。

3.9    备用发电机组自动化控制要求

根据关键供电保障区域用电负荷、容量、切换保障时间等要求，供电企业应合理选择智能型机组和非智能型机组。一般而言，发电容量200 kW以上时应选择智能型发电机组，其自动化控制水平应能实现遥控开关、紧急停车、主备切换、工作状态切换、自动和手动工作方式切换、异常保护、输出功率遥测等功能，并具备通用型通信接口，包括R5-232和RS-485/422接口，并支持完整的通信协议。

4 备用发电机组选择

在配网供电系统中，备用发电机组主要用于应急供电迅速恢复、切换、应急保障等。一般而言，备用发电机通常长期处于停机备用状态，只有当供配电网络全部出现故障断电时才会启动备用发电机组，当主用电源恢复正常后，通过自动切换或手动切换方式切断备用发电机组的供电。在选择备用发电机组时，应重点考虑发电机组容量、机组台数、发电机类型和控制技术。

（1）发电机容量选择。作为备用发电机，其时间间隔一般小于12 h，可按用户功率计算12 h内用电容量，并以此选择相应容量的备用发电机。备用发电机组容量应满足一级负荷中单台最大负荷要求，并对发电机输出功率进行校验，防止因输出功率不足而影响用户供电可靠性。（2）备用发电机台数确定。为满足备用发电机的可靠性要求，避免因单台发电机故障影响应急情况下供电需求，至少选择两台备用发电机组成发电机组，必要时可选择两台以上发电机组成并联供电系统。应选择相同型号、功率、容量、调压、调速特性的发电机，并按比例分配功率荷载，避免出现一台备用发电机故障情况下，单台发电机长时间过载导致设备故障、供电中断等问题。（3）发电机类型选择。综合发电机技术指标和经济指标，供电企业应选择低油耗、高速、增压发电机。相较于其他类型的发电机，高速发电机单机容量大，占据空间小，调速性能良好，可满足应急情况下快速切换、恢复供电的技术要求。发电机类型应选配无刷励磁或复励装置的同步电机，该类型电机故障率低，维护维修简单方便，能够降低供电企业设备维护成本，提高供电企业经济效益。（4）备用机组控制。为保障供电系统故障时备用发电机能够快速投入、启用，供电企业应加强备用发电机组控制逻辑、控制方式，并进行合理设计和选择。当主电源故障时，备用机组应能快速启动并恢复供电，一级负荷切换时间要求一般为几秒至十几秒，应根据用户供电需求合理确定。当重要用户供电中断后，备用发电机应经3～5 s延时确定，以此避开瞬时电压降低及供电电网合闸或其他备用发电机投入时间，经确定后，发电机组控制系统发出控制指令，发电机组启动。

5 结语

新时期背景下，供电企业作为国民经济生产、生活的主要动力来源，其重要性不言而喻。受自然、设备、突发情况等影响，供电企业主电源故障、中断供电等风险客观存在，将对生产、活动、军事、医疗等方面产生重要影响。在此背景下，供电企业应结合用户用电需求和供电保障要求，深入研究备用发电机技术方案，从技术性、经济性等方面合理选择备用发电机，保障供电企业供电连续性、可靠性，降低非正常断电对用户生产、生活的影响，提高用户满意度。

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收稿日期：2020-11-12

作者简介：赵松雷（1970—），男，吉林白山人，助理工程师，研究方向：配电网运行。