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三相柴油發電機組的選型方案 |
摘要：三相交流柴油發電機通常比單相更緊湊，因為它可以受益于電流效應和零磁通量，這意味著要移動相同的功率發電機中需要更少的鐵和銅，這使得它們在電能的產生和傳輸方面更加高效。能影響三相發電機質量和使用的因素多種多樣，一旦不慎選錯產品會對企業生產進度產生深遠影響。因此我們在選擇柴發時除了設備基本參數、運用環境、用電負載情況等考慮因素，也要注意柴油發電機廠家口碑和品牌形象以及工作對接人員的專業性。康明斯公司在本文中將柴油發電機選型諸多需要了解的知識進行了簡要的陳述，下列所述內容是選購柴發的基本常識請用戶細心閱讀。
一、 功率定義
功率的定義是指單位時間內所做功的大小，通常用單位瓦特（W）表示。換句話說，功率是衡量一個物體在單位時間內所做功的大小，其計算公式為P=W/t，其中W表示做的功，t表示所用的時間（示意圖如圖1所示）。
1、主用機組
使用時間無限制，變化性負載，適用于市電供應不正常或不足的工廠，每12小時允許超載10%運行一小時。
2、備用機組
當正常電源中斷時使用，變化性負載，適用于一般商業、住宅、醫院、電訊等后備電源， 不允許過載運行（實物如圖2所示）。
3、功率說明
（1）柴油發電機組視在功率的單位是千伏安，用于表達變壓器及不間斷電源的容量。
（2）柴油發電機組有功功率是視在功率的0.8倍，單位是kw，用于發電設備和用電設備。
（3）柴油發電機組的額定功率是指12小時可連續運行的功率。
（4）柴油發電機組最大功率為額定功率的1.1倍，但12小時內僅容許使用1小時。
（5）柴油發電機組經濟功率是額定功率的0.75倍，是柴油發電機組不受時間限制可長期運行的輸出功率。在該功率運行時，燃油最省、故障率最低。
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圖1 柴油發電機組功率示意圖 |
圖2 康明斯發電機組備用狀態實物圖 |
二、選型基本考慮因素
由于在實際電力應用中，某幾種負載是需要特定的發電特性功率配合。因此，在選擇及談計發電機用途時要將負 載特性及要求詳細說明，比方說，某種敏感負載（如數據機、電腦儀器等）的要求跟一般性 的負栽（如水泵、馬達、照明）有很大的差別，因此，在發電機的選型時應注意以下幾點
1、負載的大小
選擇的柴油發電機必須具有足夠高的額定和最大輸出，以支持工作現場的應用。額定輸出是指發電機能夠連續產生的瓦數，而最大輸出是指發電機能夠產生的瓦數，即使只是短暫的。要確定柴油發電機所需的額定輸出和最大輸出，您需要確定將加載到發電機組上的所有設備的總瓦數。對于每件設備，您都需要確定啟動設備所需的功率和運行設備所需的功率。
2、瞬間電壓/頻率波動變化的容許值
電壓和頻率的允許波動范圍是比較嚴格的，一般情況下柴油發電機組電壓的允許波動范圍為±10%。也就是說，當電壓超出正常值的10%以上時，就會被認為是異常波動，需要采取相應的措施進行調整。 同樣地，頻率的允許波動范圍也是比較嚴格的。柴油發電機組頻率的允許波動范圍為±0.5Hz。也就是說，當頻率超出正常值的0.5Hz以上時，就會被認為是異常波動，需要采取相應的措施進行調整。
3、穩態電壓/頻率波動變化的容許值
穩態電壓變化在220V~380V之間，波動范圍為±5%；波動范圍均為基準電壓的變化范圍。需要注意的是，柴油發電機組的電壓波動受到眾多因素的影響，如負載變化、電源故障等，因此電壓波動可能會發生波動超出國標波動范圍的情況。穩態頻率調整率δf（%）：0～5%（可調），為了提高有功功率和無功功率合理分配精度和運行的穩定性，要求機組中柴油機調速器具有穩態調速率在2%～5%范圍內調節的裝置。
4、可容許的諧波含量
柴油發電機組諧波的正常范圍是指在電流和電壓中存在的諧波成分的限制。國際電工委員會（IEC）和中國國家標準（GB）均對諧波的正常范圍做出了規定。IEC標準規定，電壓和電流中的諧波總畸變率（THD）應該小于5%，其中單個諧波畸變率（HD）不應超過3%。GB標準規定，電壓和電流中的諧波總畸變率應該小于8%，其中單個諧波畸變率不應超過5%。
三、標準狀態功率
不同的發動機生產商都有自己一套“標準狀態”時的功率輸出。因此，當比較兩部不同生產商發電機輸出功率時，應在同一個“標準狀態”下比較，才可推算那一臺發動機的輸出馬達較大。比方說：英國標準 BSS5514： Partl 1996 ； ISO3046-1 1995 ；GB2820/1/1995 的標準為以下所列：
1、大氣壓力=100kPa
2、相對濕度=60%
3、環境溫度：5～40℃
4、海拔高度：＜1000米
5、工作時的縱向傾斜度：＜10度
即是說，如果某一廠說明自己的發動機功率是根據BS6625：Parti， 1996的狀態下測試， 而實際環境狀態與此英國標準不同，比方說空氣溫度為35%時，此發電機組的輸出功率應適量地下調。一般發電機組于超過25P時，則上升10P，功率輸出減少大概4%。
注意：柴油發電機組必須在沒有導電塵埃和破壞金屬絕緣的腐蝕氣體與爆炸危險的場所使用。
四、負載考慮
1、設備用途
一般發電機組可分為三大用途：
（1）主用
① 與市電無任何連接的獨立發電機組，一般為提供電源給偏遠而無市電供應的地區、由于市電供應不可靠而選用此種模式發電。
② 與市電并聯使用，用發電機供應全部或大部份電力。
③ 熱電聯供發電機同時供應主用電力及熱能（熱水、蒸氣、空調等等）。
（2）調峰用途 .
一般市電在用電高峰時收費較高，因此，發電機組應用于高電力負荷期的一般時間，以 減低電費，此種應用有兩種安排。
① 與市電獨立，于高峰期由切換制將一部份負載轉到發電機組上去。
② 與市電并聯，此一方法可靠性較高。
（3）備用
一般情況下，發電機是備用狀態，當市電失效時，發電機自動起動，向部份負荷輸電。
2、負載對選型的影響
負栽的特性及大小是選擇發電機最關鍵的因素。當考慮負載特性時，以下幾點需要深入分析：
① 有否一些對電壓、頻率要求特別高的負載，如電腦、電訊設備等。
② 有否大型馬達負載，其起動方式為何種方法，是否頻繁起動。
③ 有否非線性負載，如整流器、UPS、高頻開關電源等。 、
④ 變化頻率固定的負栽，如發射機等。
⑤ 會產生再生功率的負載，如吊機、電梯等。
五、設備容量的考慮及配套輔件
1、容量選擇的考量
當選擇發電機時，其功率必需要足夠供應最高峰時的負載，雖然這情況發生時間可能只 是一瞬間。此外，還要考慮以下幾點：
① 發電系統故障時的應變方法可用主/備用方法。或幾部發電機代替單一臺發電機。
② 有否不正常情況下的高峰負栽。
③ 定期維修發電機組時的安排（如只有一部發電機時，如何保障在維修時不需要后備電源）。
④ 以后的用電負載會否增加。
2、 自動切換（ATS）系統
對于有市電及備用發電機組的場合，必須有一個雙電源切換裝置，防止兩個電源同時供 ，給負載最好的辦法是配備自動切換柜實現雙電源的切換（電路原理如圖3所示）。
康明斯ATS系列智能負載切換屏采用最新電氣控制技術設計，可與康明斯帶有標準自啟動功能的發電機組配合組成全自動負載切換系統，實現市電故障后自啟動發電機組，切換至發電機組供電， 市電恢復后再切換回市電供電，發電機組延時冷卻后自動停機。
在特別重要的場合，釆用康明斯兩臺發電機組配ATS雙備用切換屏，當一臺備用發電機組故障停機后自動切換至另一臺備用發電機組供電，保證重要場所的電源供應。
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圖3 市發電ATS轉換系統電路圖 |
3、并聯使用
為了增加后備電源的彈性，或者因為負載太大，這時便需要考慮將兩臺或以上的發電機組并聯，輸出備用電源。要將一部發電機并上已帶電的母排上，以下幾種狀態一定要符合電壓一致；頻率一致；相序一致；相位角一致；轉速一致的并列要求。
康明斯全自動并聯系統具有全自動同步、全自動負載分配，并機合閘控制，負載軟性轉移及各種保護功能（框圖如圖4所示），它最多可以使36臺康明斯發電機同時并車工作，并根據負載的多少而自動將發電機并車或停機，以達到最佳的經濟效益，并使發電機運行保持最佳狀態。此外還可以用遠程監控，對發電機的運行參數作分析及報告。
其采用康明斯發電機組HGM6110N控制屏，具有如下功能：
（1）最多可36臺發電機拼聯一起供電，負載分配輸出在獨立匯流排上（多臺設備串并聯系統如圖5所示）。
（2）發電機組可以按機型大小比例，自動分配負載（有功功率及無功功率）。
（3）自動拼機次序排列功能，監察負載來決定發電機組的臺數（即使發電機組是不同的型號）。
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柴油發電機組并車控制原理圖 |
多臺柴油發電機組串并聯組合系統圖 |
4、發電機組與市電并網使用
康明斯全自動并聯系統具有全自動同步、全自動負載分配，并機合閘控制，負載軟性轉移及各種保護功能，可以使1臺或多臺康明斯發電機同時與市電并網供電，并根據用戶負載的需求而固定將發電機組與市電電網按比例分擔負荷，以達到最佳的經濟效益，并使發電機運行保持最佳狀態。此外還可以用遠程監控， 對發電的運行參數作分析及報告。
① 康明斯HGM6110N控制屏
單機與市電自動拼網功能，因此控制屏主要有兩種功能：
• 基本負載功能
發電機手動啟動，自動與市電并聯，負載供電設定在基本負載水平（正常設定在發電機的滿載），發電機供出額外負載到市電網（當市電不足供應當時負載）。
• 程式邏輯（PLC ）處理控制功能
發電機與市電拼聯供電市電網裝置了 一個功率傳感 器來傳送市電裝現時負載的訊息給控制屏，可以調整為市電網輸出最少負載，而余 下的負載由發電機供應。
② 康明斯HGM9510控制屏
多臺發電機組與市電并網功能，除具有HGM9510控制屏功能外還能使最多36臺發電機組同時并機并與市電并網。 ’
總結：
如今看來，柴油發電機仍然是許多行業的不可或缺的供電設施，對于處于市電供電不是那么完美的環境中的企業來說，一個理想的柴油發電機應該有足夠的功率來運行企業內所有的設備，但不能在明顯低于其額定負載能力的情況下運行發電機，因此，選擇柴油發電機時，應需要考慮諸如工地、工廠、商場等所需容量和發電機特性等變量，以便使發電機更好的提供持續且穩定的電源保障。如果任何關鍵的因素被忽視或遺漏，項目就有可能遇到延誤和可避免的費用，最終造成為必要的損失。
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