通信行業對供電的可靠性要求是不言而喻的，我們通常形容供電是通信系統的“心臟”。為確保通信樞紐機房的電力供應，“市電供電+柴油發電機組備用”的供電系統成為通信行業的標準配置方案。本文就通信用自動化柴油發電機組的性能和通信備用柴油發電機組的選用問題做一闡述。
一、通信備用柴油發電機組的組成和特點
機組由性能完善的柴油機、三相無刷同步發電機、燃油自動補給裝置和自動控制屏組成。自動控制屏采用可編程自動控制器PLC或油機專用微處理控制器控制。它除了具有自啟動、自切換、自運行、自投入和自停機等功能外，并配有各種故障報警和自動保護裝置。更為重要的是，配有RS232或RS485/422通信接口，能夠實現與計算機聯接，進行遠程監控，實現遙控、遙信和遙測，做到全自動、無人值守。
二、選用自動化機組必須考慮的關鍵性能
1、必須滿足的技術標準
（1）GB/T2820-1997eqvISO8528:1993《往復式內燃機驅動的交流發電機組》
（2）GB/T4712-1996《自動化柴油發電機組分級要求》
（3）YD/T502-2000《通信專用柴油發電機組技術要求》
（4）YD/T1051-2000《通信局（站）電源系統總技術要求》
2、技術性能指標
2.1柴油機
（1）采用電啟動方式。
（2）三缸或三缸以上四沖程柴油機。
（3）額定轉速1500rpm。
（4）環境溫度低于5℃以下，標配加裝水套加熱器。
2.2發電機
（1）采用無刷自勵或無刷永磁勵磁機勵磁方式。
（2）發電機安裝阻尼繞組。
（3）相對溫度大于85%環境使用時，標配驅潮裝置。
2.3機組額定參數
（1）額定電壓：400/230V
（2）額定頻率：50Hz
（3）額定功率：按GB2820-97標稱
（4）額定電流：按GB2820-97標稱
（5）額定功率因數：0.8（滯后）
（6）額定轉速：1500rpm
（7）機組在空載額定電壓時的線電壓波形正弦性畸變率應不超過5%。
（8）機組的發電機定子和轉子均采用H級絕緣。
（9）機組在95%-100%額定電壓時電壓和頻率的穩態和瞬態指標（見表1）：
表一
3、自動化功能
3.1自動啟動和自動加載
（1）機組接到自控或遙控的啟動指令自動啟動，啟動成功率大于99%。一個啟動循環包括三次啟動，兩次啟動之間的間歇時間為10-15秒。
（2）機組啟動成功后，當機油壓力達到規定值時應能自動加載，加載時間通常為10秒。
（3）機組三次啟動失敗后不再啟動，并發出啟動失敗報警信號；如有備用機組應能將啟動指令傳遞給備用機組。
3.2自動卸載停機
機組接到自控或遙控停機指令后，能自動卸載停機，其停機方式有正常停機和緊急停機兩種。正常停機步驟：切斷主電路后（斷開空氣開關或將ATS轉換至市電側）；緊急停機步驟：立即切斷主電路、燃油油路。
3.3自動保護
機組具有機油壓力低、過電壓、超速、過載、短路、缺相保護，水冷機組有高水溫保護功能，風冷機組有高缸溫保護功能。
4、遠程監控功能
滿足遠程監控的技術要求，具有遙測、遙信和遙控功能，能實時遠距離監控機組的運行參數、運行狀態，當機組出現異常情況或嚴重故障時能向監控中心自動報警，并能實現遠程控制機組。能夠提供標準的通信協議。
5、串、并機功能
（1）串機備份功能：可配合ATS實現市電與柴油發電機組的自動切換功能或兩臺柴油發電機組之間的雙備用切換功能。
（2）并機擴容功能：兩臺或多臺規格型號完全相同的三相機組，在額定功率因數下，滿足在（20-100）%額定功率范圍內穩定并聯運行。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。在控制箱（屏）內的調壓裝置可使穩態電壓調整率在5%范圍內調整。
6、其他功能要求
（1）具有蓄電池的均充和浮充功能。
（2）具有自動計時功能。
圖1是自啟動備用柴油發電機組的設備原理示意圖
三、選擇機組容量
1、機組額定功率
1.1標準規定
ISO8528-1：1993及GB2820.1-1997對交流發電機組的用途、定額和性能作了明確規定，該標準將交流發電機組的輸出功率分為三種，即持續功率（COP）、基本功率（PRP）和限時運行功率（LTP），而該標準同時也對發電機組運行的現場條件做出規定，一般額定現場條件為：
—絕對大氣壓力：89.9kPa（或海拔高度1000m）
—環境溫度：313K（40℃）
—相對濕度：60%
1.2通常情況
柴油發電機組銘牌標稱的輸出功率分為備用功率（StandbyPower）和長行功率（PrimePower），其現場條件等同于GB2820.1-1997或ISO8528-1：1993。即海拔高度1000m，環境溫度40℃，相對濕度60%。
1.2.1長行功率（PrimePower）
為在規定的維修周期之間和規定的環境條件下，每年可能運行的時數不受限制的某一可變功率序列內存在的最大功率，等同于國際和ISO標準中的基本功率（PRP）。
1.2.2備用功率（StandbyPower）
為發電機組在規定的維修周期之間和規定的環境條件下能夠連續運行300h，每年最多500h工作小時的最大功率。等同于國際和ISO標準中的限時運行功率（LTP）。
1.3通信備用柴油發電機組
一般情況，通信樞紐樓有市電供應，當市電停電時柴油發電機組給負載供電，保證供電的可靠性，柴油發電機組使用時間短，按備用容量來選擇。
2、在非額定現場條件下，必須考慮功率冗余度
2.1高溫環境
當環境溫度過高時，空氣密度降低，柴油發動機燃燒時氧氣量減少，燃燒效率減低，因而會減低柴油機的機械輸出功率；同時發電機工作時需要冷空氣對繞組進行冷卻，在環境溫度過高時，冷卻效果降低，發電機繞組內部溫度升高，為保證發電機的繞組溫度在允許范圍內也必須降低發電機的輸出功率。
不同品牌的柴油發電機組因選用的柴油機、發電機不同，功率定義所參照的標準也不同，因而選型時要參考廠家的功率修正曲線來計算降容后的實際功率。通常可按照環境溫度超過40℃時每升高5℃，輸出功率下降3-4%來進行功率損失的計算，但要注意的是有些廠家的機組標稱功率是基于環境溫度27℃時的輸出功率。
因此，選用機組時必須根據溫度情況，針對性核算功率冗余。
2.2海拔高度
當海拔高度升高時空氣密度也會降低，同樣影響柴油發動機和發電機的輸出功率。不同品牌的柴油發電機組要參考廠家的功率修正曲線來計算降容后的實際功率，通常可按照海拔高度超過1000m時每升高500m輸出功率下降4-5%來進行功率損失的計算，但要注意的是有些廠家的機組標稱功率是基于海拔高度300m時的輸出功率。
因此，選用機組時必須根據海拔高度，針對性核算功率冗余。
3、考慮機房空調電動機起動問題
3.1定頻空調（感性負載）
因感應電動機直接起動時起動電流為正常電流的6-7倍，而且功率因數很低，電動機起動瞬間發電機的端電壓會下降到低于正常值80%以下，從而影響其他負載的供電，需要考慮加大機組容量才能滿足要求，通常是選擇PMG勵磁方式的發電機。
3.2變頻空調（非線性負載）
應用變頻電動機和軟啟動調速控制電路的空調，請參考以下的有關非線性負載的討論。
四、選擇適合非線性負載的機組
1、UPS等非線性負載對機組的影響
非線性負載會向柴油發電機組反射大量的高次諧波，其中以5次和7次諧波危害最嚴重，尤其是非線性負載較大而發電機組容量又較小時這種危害就更明顯，機組帶UPS時主要表現在以下幾種現象：
（1）發電機組的輸出電壓突然增高到440V以上，其后果是造成UPS損壞。
（2）發電機組輸出頻率到50～60Hz，致使UPS保護動作。
（3）發電機組在出現頻率或電壓異常的同時出現嚴重的機械共振現象，柴油機出現有節奏的搖擺和聲音起伏，嚴重時還出現損壞發電機的勵磁回路和AVR（自動電壓調節器）。
（4）UPS因檢測到過電壓或過頻率而自動關斷整流器，由后備電池組向負載放電或從旁路直接向負載供電。
2、非線性負載帶載解決方案
2.1 采用無刷永磁式勵磁交流發電機
永磁勵磁系統由五部分組成：發電機主勵磁繞組（轉子），永磁發電機（PMG），自動電壓調節器（AVR），勵磁機和旋轉二極管。圖2是無刷永磁式勵磁交流發電機的工作原理圖，在這個系統中有以下幾個特點：
(1)由于PMG系統提供一個與定子輸出電壓波形畸變及大小無關的恒定的勵磁電源，因而能提供較高的電動機起動承受能力，并對非線性負載產生的主機定子輸出電壓的波形畸變具有抗干擾性，可提高發電機帶非線性負載能力。
（2）AVR檢測三相輸出電壓（三相方均根檢測），具有精度極高的穩態電壓調整率（通常可達±0.5%）。
（3）更強的抗無線電干擾能力。
（4）更強的承受短路電流能力（通常可達3倍額定電流，持續10S）。
2.2 采用“小馬拉大車”方式，選用大容量發電機
在不增加柴油機功率的條件下配置一臺較大容量的發電機，以提高機組帶非線性負載的能力。通常柴油機和發電機的功率匹配關系是柴油機凈輸出機械功率略大于發電機功率，但是這里發電機輸出功率一般可以按照下表2的參考值進行選擇：
表2 發電機和UPS功率匹配關系
注：（1）Sg表示發電機的標稱功率（kVA），Su表示UPS的標稱功率（kVA）
（2）發電機采用永磁機勵磁式（PMG）發電機、AVR三相電壓檢測并采取隔離變壓器將發電機組輸出電壓經過隔離后再輸送到AVR。
從上面的匹配關系來看，柴油發電機組的容量會比UPS大許多（2倍以上）。但是請注意，從上面提出的是“發電機容量”而并非機組的容量，而機組的輸出有功功率大小取決于柴油機的出力，而視在功率則主要取決于發電機的容量，發電機組在帶UPS負載時，只要加大發電機的容量，其瞬態特性就會大大的增強，而機組的輸出有功功率其實并未增加，因而采用這種所謂“小馬拉大車”的方式來解決非線性負載的問題。即柴油機的功率按照所有負載有功功率之和略大來選擇，發電機功率則按照上面所說的方法來配置。
五、選用主要配套設備
1、選擇控制系統
各品牌機組均有手動控制系統、自啟動控制系統和三遙控制系統，需要說明的是為了便于使用和維護，優先選用具有中文操作界面、人性化的控制系統。
表3
2、選擇ATS
作為備用柴油發電機組，通常要考慮備用機組與市電的自動切換問題，即選擇一套ATS。當然，也許市電和油機的雙電源切換是在低壓配電系統中已考慮實現，則在柴油發電機組選型時無需另外配置。ATS選型時主要考慮如下幾個方面：
（1）主切換開關的結構類型
ATS的主要元件—主切換開關的類型不外乎接觸器、空氣斷路器和雙路電源轉換開關，這三種類型的主開關性能對照如表4。
表4
（2）三極或四極切換問題
從電源開關的極數來看，每個廠家都提供三極和四極開關。根據配電系統運行的安全性來說，四極開關更可靠，故ATS應采用四極結構。
（3）額定電流
通常主開關的額定電流按通過ATS的負載額定電流進行選擇，而要避免直接根據備用柴油發電機組的額定容量來進行選擇。
3、選擇機組的其他附件
（1）如果柴油質量不高應增配油水分離器
油水分離器可保護發動機的精密部件免受灰塵、銹蝕、菌藻、瀝青、清漆及燃油中普遍存在的水分的侵害。為取得最優的除污效果，特別注意將油水分離器安裝在油泵（真空）側。
（2）加裝電子調速器
通常大部分廠家機組功率在100kW以下時均采用機械調速柴油機，如果對機組頻率有很高的要求（穩態頻率調整率小于1%，頻率波動率小于1%時），要將標準配置為機械調速器改裝為電子調速器。
（3）加裝水套加熱器
對于機房固定安裝作為市電備用電源的水冷柴油發電機組來說，這是一種簡便有效地解決機組冷起動問題的方法，通常當地氣溫可能低于5℃，則標配水套加熱器。一般來說，在外部裝有加熱器的發動機的冷卻水循環模式為：冷卻水從發動機的低部流入加熱器，在加熱器內加熱后，從發動機后面的頂端重新流進發動機機體。注意不要在加熱器已經通電后再運行發動機。加熱器的電源通常取單相220V或三相380V，直列式柴油機安裝一個加熱器，V型柴油機對稱安裝兩個相同功率的加熱器。根據柴油機的功率和環境溫度不同選用不同功率的加熱器，通常建議加熱器的功率見表4。
（4）防潮加熱器
機組長期停放在空氣相對濕度較大的場所（如地下室、沿海地區、隧道等），尤其是備用機組運行時間相對較短，發電機的絕緣性能下降，控制系統的電器元件也因受潮而易于損壞，因而需要采取一定的措施，防止發電機、控制元器件等。長期處在相對濕度較大的環境中。通常可以通過加裝發電機防潮加熱器和控制屏防潮加熱器來解決。
（5）日用油箱
一般要求機組日用油箱的容量按8小時滿載運行的燃油量來進行選配。根據消防規定，機房內日用油箱容量不超過1000L，因而如果超過1000L油箱時要設置單獨的油箱間，并按照有關消防規定設置消防設施。目前，部分廠家為方便機組的安裝和保持機房整潔，在500kW以下機組采用了獨特的機組自帶一體化機底燃油箱，一般不需要另外單獨制作日用燃油箱。
六、特殊用途機組的選型
特殊用途機組指采取了降低噪聲措施或增加移動功能的防音型、拖車或拖掛防音型、汽車電站等應用于特殊場合的柴油發電機組。
目前，部分廠家生產的特殊用途機組經過精心設計、選用經濟環保新型材料、采用先進生產工藝加工。機組外形十分美觀；降噪效果顯著，通常可達機組1米外70-80dB（A）；滿足用戶全天候工作要求；操作檢修也非常方便。
尤其是汽車電站，根據機組本身重量和所需輔助設備重量來選用合適載重量的廂式貨車進行改裝，機廂采用高效吸音材料經過降噪處理，機組自帶底座油箱或在機廂內安裝日用油箱，廂內還可配置電纜架和動力電纜、快速電纜插件，移動快速方便，汽車行駛到目的地后可迅速供電，是節省設備投資的最佳選擇。
需要說明的是，由于防音型機組、汽車電站等采取了降噪措施，通常要盡可能減小機廂進排風口的面積，而進排風口的面積太小又會造成機組在運行時所需進排風量不足，從而使機組無法滿載運行或運行時冒黑煙。因此，在選用這類機組時一定要了解生產廠家的技術能力和產品品質，甚至要讓設備在最高環境溫度下滿載運行試驗進行驗證。
七、結束語
由于柴油發電機組所涉及的技術層面比較廣，僅是比較初淺地探討通信柴油發電機組的選用問題。特別說明的是，由于各品牌主機的性能差異，生產廠家的技術能力、工藝水平還是存在較大差別，在選用時要全面考慮、精心比較。
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