關(guān)注：
通信行業(yè)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(tǒng)的“心臟”。為確保通信樞紐機房的電力供應(yīng)，“市電供電+柴油發(fā)電機組備用”的供電系統(tǒng)成為通信行業(yè)的標準配置方案。本文就通信用自動化柴油發(fā)電機組的性能和通信備用柴油發(fā)電機組的選用問題做一闡述。
一、通信備用柴油發(fā)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(fā)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?qū)崿F(xiàn)與計算機聯(lián)接，進行遠程監(jiān)控，實現(xiàn)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(guān)鍵性能
1、必須滿足的技術(shù)標準
（1）GB/T2820-1997eqvISO8528:1993《往復式內(nèi)燃機驅(qū)動的交流發(fā)電機組》
（2）GB/T4712-1996《自動化柴油發(fā)電機組分級要求》
（3）YD/T502-2000《通信專用柴油發(fā)電機組技術(shù)要求》
�。�4）YD/T1051-2000《通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求》
2、技術(shù)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(zhuǎn)速1500rpm。
�。�4）環(huán)境溫度低于5℃以下，標配加裝水套加熱器。
2.2發(fā)電機
�。�1）采用無刷自勵或無刷永磁勵磁機勵磁方式。
�。�2）發(fā)電機安裝阻尼繞組。
�。�3）相對溫度大于85%環(huán)境使用時，標配驅(qū)潮裝置。
2.3機組額定參數(shù)
�。�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(shù)：0.8（滯后）
�。�6）額定轉(zhuǎn)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(yīng)不超過5%。
�。�8）機組的發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)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(wěn)態(tài)和瞬態(tài)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(huán)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(guī)定值時應(yīng)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(fā)出啟動失敗報警信號；如有備用機組應(yīng)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(guān)或?qū)TS轉(zhuǎn)換至市電側(cè)）；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(jiān)控功能
滿足遠程監(jiān)控的技術(shù)要求，具有遙測、遙信和遙控功能，能實時遠距離監(jiān)控機組的運行參數(shù)、運行狀態(tài)，當機組出現(xiàn)異常情況或嚴重故障時能向監(jiān)控中心自動報警，并能實現(xiàn)遠程控制機組。能夠提供標準的通信協(xié)議。
5、串、并機功能
�。�1）串機備份功能：可配合ATS實現(xiàn)市電與柴油發(fā)電機組的自動切換功能或兩臺柴油發(fā)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(guī)格型號完全相同的三相機組，在額定功率因數(shù)下，滿足在（20-100）%額定功率范圍內(nèi)穩(wěn)定并聯(lián)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(wěn)定性，要求機組中柴油機調(diào)速器具有穩(wěn)態(tài)調(diào)速率在（2-5）%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的裝置。在控制箱（屏）內(nèi)的調(diào)壓裝置可使穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率在5%范圍內(nèi)調(diào)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(fā)電機組的設(shè)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(guī)定
ISO8528-1：1993及GB2820.1-1997對交流發(fā)電機組的用途、定額和性能作了明確規(guī)定，該標準將交流發(fā)電機組的輸出功率分為三種，即持續(xù)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(fā)電機組運行的現(xiàn)場條件做出規(guī)定，一般額定現(xiàn)場條件為：
—絕對大氣壓力：89.9kPa（或海拔高度1000m）
—環(huán)境溫度：313K（40℃）
—相對濕度：60%
1.2通常情況
柴油發(fā)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(xiàn)場條件等同于GB2820.1-1997或ISO8528-1：1993。即海拔高度1000m，環(huán)境溫度40℃，相對濕度60%。
1.2.1長行功率（PrimePower）
為在規(guī)定的維修周期之間和規(guī)定的環(huán)境條件下，每年可能運行的時數(shù)不受限制的某一可變功率序列內(nèi)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(fā)電機組在規(guī)定的維修周期之間和規(guī)定的環(huán)境條件下能夠連續(xù)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(fā)電機組
一般情況，通信樞紐樓有市電供應(yīng)，當市電停電時柴油發(fā)電機組給負載供電，保證供電的可靠性，柴油發(fā)電機組使用時間短，按備用容量來選擇。
2、在非額定現(xiàn)場條件下，必須考慮功率冗余度
2.1高溫環(huán)境
當環(huán)境溫度過高時，空氣密度降低，柴油發(fā)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(fā)電機工作時需要冷空氣對繞組進行冷卻，在環(huán)境溫度過高時，冷卻效果降低，發(fā)電機繞組內(nèi)部溫度升高，為保證發(fā)電機的繞組溫度在允許范圍內(nèi)也必須降低發(fā)電機的輸出功率。
不同品牌的柴油發(fā)電機組因選用的柴油機、發(fā)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�？砂凑窄h(huán)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(huán)境溫度27℃時的輸出功率。
因此，選用機組時必須根據(jù)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(fā)動機和發(fā)電機的輸出功率。不同品牌的柴油發(fā)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(jù)海拔高度，針對性核算功率冗余。
3、考慮機房空調(diào)電動機起動問題
3.1定頻空調(diào)（感性負載）
因感應(yīng)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(shù)很低，電動機起動瞬間發(fā)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(fā)電機。
3.2變頻空調(diào)（非線性負載）
應(yīng)用變頻電動機和軟啟動調(diào)速控制電路的空調(diào)，請參考以下的有關(guān)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(fā)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(fā)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(xiàn)在以下幾種現(xiàn)象：
�。�1）發(fā)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(fā)電機組輸出頻率到50～60Hz，致使UPS保護動作。
（3）發(fā)電機組在出現(xiàn)頻率或電壓異常的同時出現(xiàn)嚴重的機械共振現(xiàn)象，柴油機出現(xiàn)有節(jié)奏的搖擺和聲音起伏，嚴重時還出現(xiàn)損壞發(fā)電機的勵磁回路和AVR（自動電壓調(diào)節(jié)器）。
�。�4）UPS因檢測到過電壓或過頻率而自動關(guān)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(fā)電機
永磁勵磁系統(tǒng)由五部分組成：發(fā)電機主勵磁繞組（轉(zhuǎn)子），永磁發(fā)電機（PMG），自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR），勵磁機和旋轉(zhuǎn)二極管。圖2是無刷永磁式勵磁交流發(fā)電機的工作原理圖，在這個系統(tǒng)中有以下幾個特點：
(1)由于PMG系統(tǒng)提供一個與定子輸出電壓波形畸變及大小無關(guān)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(chǎn)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(fā)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(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率（通�？蛇_±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�？蛇_3倍額定電流，持續(xù)10S）。
2.2 采用“小馬拉大車”方式，選用大容量發(fā)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(fā)電機，以提高機組帶非線性負載的能力。通常柴油機和發(fā)電機的功率匹配關(guān)系是柴油機凈輸出機械功率略大于發(fā)電機功率，但是這里發(fā)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(fā)電機和UPS功率匹配關(guān)系
注：（1）Sg表示發(fā)電機的標稱功率（kVA），Su表示UPS的標稱功率（kVA）
（2）發(fā)電機采用永磁機勵磁式（PMG）發(fā)電機、AVR三相電壓檢測并采取隔離變壓器將發(fā)電機組輸出電壓經(jīng)過隔離后再輸送到AVR。
從上面的匹配關(guān)系來看，柴油發(fā)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(fā)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(fā)電機的容量，發(fā)電機組在帶UPS負載時，只要加大發(fā)電機的容量，其瞬態(tài)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(fā)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(shè)備
1、選擇控制系統(tǒng)
各品牌機組均有手動控制系統(tǒng)、自啟動控制系統(tǒng)和三遙控制系統(tǒng)，需要說明的是為了便于使用和維護，優(yōu)先選用具有中文操作界面、人性化的控制系統(tǒng)。
表3
2、選擇ATS
作為備用柴油發(fā)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(tǒng)中已考慮實現(xiàn)，則在柴油發(fā)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(guān)的結(jié)構(gòu)類型
ATS的主要元件—主切換開關(guān)的類型不外乎接觸器、空氣斷路器和雙路電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，這三種類型的主開關(guān)性能對照如表4。
表4
（2）三極或四極切換問題
從電源開關(guān)的極數(shù)來看，每個廠家都提供三極和四極開關(guān)。根據(jù)配電系統(tǒng)運行的安全性來說，四極開關(guān)更可靠，故ATS應(yīng)采用四極結(jié)構(gòu)。
�。�3）額定電流
通常主開關(guān)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(jù)備用柴油發(fā)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(zhì)量不高應(yīng)增配油水分離器
油水分離器可保護發(fā)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(yōu)的除污效果，特別注意將油水分離器安裝在油泵（真空）側(cè)。
�。�2）加裝電子調(diào)速器
通常大部分廠家機組功率在100kW以下時均采用機械調(diào)速柴油機，如果對機組頻率有很高的要求（穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)整率小于1%，頻率波動率小于1%時），要將標準配置為機械調(diào)速器改裝為電子調(diào)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(fā)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?shù)貧鉁乜赡艿陀?℃，則標配水套加熱器。一般來說，在外部裝有加熱器的發(fā)動機的冷卻水循環(huán)模式為：冷卻水從發(fā)動機的低部流入加熱器，在加熱器內(nèi)加熱后，從發(fā)動機后面的頂端重新流進發(fā)動機機體。注意不要在加熱器已經(jīng)通電后再運行發(fā)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(jù)柴油機的功率和環(huán)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(qū)、隧道等），尤其是備用機組運行時間相對較短，發(fā)電機的絕緣性能下降，控制系統(tǒng)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(fā)電機、控制元器件等。長期處在相對濕度較大的環(huán)境中。通常可以通過加裝發(fā)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(jù)消防規(guī)定，機房內(nèi)日用油箱容量不超過1000L，因而如果超過1000L油箱時要設(shè)置單獨的油箱間，并按照有關(guān)消防規(guī)定設(shè)置消防設(shè)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(yīng)用于特殊場合的柴油發(fā)電機組。
目前，部分廠家生產(chǎn)的特殊用途機組經(jīng)過精心設(shè)計、選用經(jīng)濟環(huán)保新型材料、采用先進生產(chǎn)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(jù)機組本身重量和所需輔助設(shè)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(jīng)過降噪處理，機組自帶底座油箱或在機廂內(nèi)安裝日用油箱，廂內(nèi)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(jié)省設(shè)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(chǎn)廠家的技術(shù)能力和產(chǎn)品品質(zhì)，甚至要讓設(shè)備在最高環(huán)境溫度下滿載運行試驗進行驗證。
七、結(jié)束語
由于柴油發(fā)電機組所涉及的技術(shù)層面比較廣，僅是比較初淺地探討通信柴油發(fā)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(chǎn)廠家的技術(shù)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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