摘要：民用柴油發(fā)電機組可根據GB標準的性能等級來(lái)選擇功率和機型，以適合工廠(chǎng)的供電用途和實(shí)際需求。在柴油發(fā)電機組確定方案后，應如何核驗柴油發(fā)電機組方案設計能否符合自己的實(shí)際需求。因此，康明斯公司本文提出的計算公式目的是通過(guò)計算確定該方案是否可行。根據常用的柴油發(fā)電機容量選擇和校核方法，現行《廠(chǎng)用電技規 DL/T  5153-2002》與《電力工程設計手冊》略有不同，本文所述計算公式擬分別按兩種方法計算和校核。

一、柴發(fā)性能等級

       根據國家標準《往復式內燃機驅動(dòng)的交流發(fā)電機組》GB/T10304，柴油發(fā)電機組性能等級可以分為四級，分別是G1級、G2級、G3級和G4級，如圖1所示。這些等級分別對應不同的應用場(chǎng)景和性能要求：

1、G1級性能要求

      適用于只需規定其電壓和頻率的基本參數的連接負載。主要作為一般用途，如照明和其他簡(jiǎn)單的電氣負載。

2、G2級性能要求

      適用于對電壓特性與公用電力系統有相同要求的負載。當其負載變化時(shí)，可有暫時(shí)的然而是允許的電壓和頻率偏差。如照明系統、泵和風(fēng)機等。

3、G3級性能要求

      適用于對頻率、電壓和波形特性有嚴格要求的連接設備。如無(wú)線(xiàn)電通信和晶閘管整流器控制的負載。

4、G4級性能

      要求適用于對頻率、電壓和波形特性有特別嚴格要求的負載。如數據處理設備或計算機系統，典型案例如圖2所示。

      因此，在購買(mǎi)柴油發(fā)電機組時(shí)，一定要根據實(shí)際的實(shí)用范圍和用電主體的特性來(lái)選擇相應性能等級的柴油發(fā)電機組，這樣才能保證柴油發(fā)電機組的正常使用及供電安全。

二、柴油發(fā)電機組選型考慮因素

      柴油發(fā)電機組容量的估算是十分重要也是比較復雜的問(wèn)題，容量過(guò)小，無(wú)法帶全部負載或者在啟動(dòng)大功率負載時(shí)導致突然停機；容量過(guò)大，投資及維護成本高，造成經(jīng)濟浪費。而且根據柴油機的特性，如果在小負載下長(cháng)期工作，將造成活塞環(huán)、噴油嘴積炭嚴重，氣缸磨損加劇等損壞發(fā)電機組的不良后果。所以在容量估算時(shí)需要考慮多方面的因素，包括：使用環(huán)境、負載的類(lèi)型和預留裕量等內容。

1、使用環(huán)境

      不同的工作環(huán)境會(huì )影響發(fā)電機組的輸出功率。工作環(huán)境主要包括環(huán)境溫度、海拔和相對濕度。當環(huán)境溫度、海拔過(guò)高時(shí)，空氣密度降低，發(fā)電機組運行時(shí)燃燒所需氧氣供應量減少，發(fā)電機組的輸出功率應做相應的下調。換而言之，選用的發(fā)電機組功率要比負載的功率絕對值高。柴油發(fā)電機組的額定功率是在標準狀態(tài)環(huán)境下滿(mǎn)負載運行時(shí)測得，即：進(jìn)氣溫度為27℃，海拔為152.4m，相對濕度為60％。當超過(guò)該標準時(shí)，標定功率就要有所折扣了。

      值得注意的是，電控柴油機采用了電子噴油控制技術(shù)，通過(guò)對安裝在發(fā)電機上的電子控制單元對進(jìn)氣歧管的進(jìn)氣壓力、燃油溫度的精確測量，控制每個(gè)噴油器的噴油正時(shí)和噴油量，使得發(fā)電機組在非標準環(huán)境下有較小的功率下降。

2、負載的類(lèi)型

      不同類(lèi)型的負載對發(fā)電機組容量要求相差是很大的，負載類(lèi)型一般分為電阻性、電感性等線(xiàn)性負載與內含整流電路的非線(xiàn)性負載（又稱(chēng)整流性負載）。阻性負載如燈泡、電爐子、烤箱等，感性負載如空調、機床、水泵等，非線(xiàn)性負載如UPS、電子計算機、程控交換機、PLC設備等。帶電阻性負載時(shí)，發(fā)電機組的容量只需要略大于負載功率。但是在帶電感性負載和非線(xiàn)性負載時(shí)，容量就需重新計算。

（1）電感性負載對容量的影響

      電感性負載（如三相籠型異步電動(dòng)機）的特性是當啟動(dòng)時(shí)有很大的電流，而且功率因數大大低于正常運轉值。如果直接啟動(dòng)，啟動(dòng)電流值為正常運轉時(shí)的5～7倍，這就要求發(fā)電機組容量足夠大滿(mǎn)足其啟動(dòng)要求。但是隨之而來(lái)的問(wèn)題是發(fā)電機組的功率選大了，而正常運行時(shí)功率又遠小于發(fā)電機組額定值，這顯然是不經(jīng)濟的。

      為了減小電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)的影響，往往采用降壓?jiǎn)?dòng)的方法，就是在啟動(dòng)時(shí)降低加在電動(dòng)機定子繞組上的電壓，待電動(dòng)機轉速接近穩定時(shí)，再把電壓恢復到正常值。一般有以下幾種降壓方法：

① 星形-三角形（Y-Δ）換接啟動(dòng)；

② 自耦降壓?jiǎn)?dòng)；

③ 電抗降壓?jiǎn)?dòng)；

④ 軟啟動(dòng)；

⑤ 變頻啟動(dòng)。

      其中Y-Δ法的啟動(dòng)電流為直接啟動(dòng)電流的1/3；自藕降壓?jiǎn)?dòng)法的設備具有抽頭根據啟動(dòng)轉矩的要求得到不同電壓；電抗降壓?jiǎn)?dòng)電流按其端電壓的比例降低；延邊三角形啟動(dòng)電流一般為直接啟動(dòng)時(shí)的1/2。具體的操作方法可在電工手冊上查得。

（2）非線(xiàn)性負載對容量的影響

      非線(xiàn)性負載（如電子計算機等）設備都有啟動(dòng)沖擊電流、諧波反饋、電流突變等干擾，而且往往對發(fā)電機組電壓降值有很高的要求。由于柴油發(fā)電機組所送出的電源本身不但電壓畸變度大，而且隨著(zhù)發(fā)電機組的額定輸出功率容量的減小，其內阻增大的矛盾會(huì )顯得更加突出。當帶電阻性負載時(shí)，這種影響比較小。然而，在帶計算機和通信設備這種整流濾波型負載或UPS時(shí)，會(huì )影響負載的正常運行乃至使用壽命。雖然康明斯電力技術(shù)有限公司的發(fā)電機組有著(zhù)優(yōu)良的電氣性能，但出于安全考慮仍應把容量選得大一些。

      在電壓降的要求上，大容量發(fā)電機組帶較小的負載產(chǎn)生電壓降較小，PMG比SHUNT小得多，當SHUNT無(wú)刷自勵式發(fā)電機組帶無(wú)輸入濾波器的UPS時(shí)，往往要求容量為UPS容量的2～2.5倍。選擇帶高效輸入濾波器的UPS或帶PMG永磁式發(fā)電機組則容量匹配可以非常接近。

      總之，計算發(fā)電機組容量時(shí)應明確各個(gè)負載的性能，以做出正確的選擇，幾種負載的參考特性參數見(jiàn)表1。

表1    不同負載時(shí)的啟動(dòng)電流和運行電流

3、其他考慮因素

      根據現有負載進(jìn)行計算發(fā)電機組容量后，還要加入其他考慮因素，如：是否有些負載可能發(fā)生過(guò)載的現象，今后是否有擴充負載的需要，建議根據自己的實(shí)際需要適量加大發(fā)電機組的容量。

      另外，在經(jīng)濟條件許可的情況下，建議采用2臺或多臺發(fā)電機組，其中一些發(fā)電機組用于敏感的負載（如電子計算機系統和其他電子設備），另一些發(fā)電機組則用于不敏感的負載（如電阻性負載和電動(dòng)機）。防止由于電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)造成發(fā)電機組電壓波形畸變對敏感性負載的影響。

4、特殊用途發(fā)電機組的選擇

      特殊用途發(fā)電機組的開(kāi)發(fā)和應用，擴大了柴油發(fā)電機組的應用范圍，拓展了用戶(hù)的選擇空間。

（1）適合于特殊噪聲要求場(chǎng)合的靜音箱式發(fā)電機組；

（2）城市范圍內的短距離應急供電或工程事故搶修供電的防音型拖車(chē)發(fā)電機組，外形如圖4所示；

（3）自備動(dòng)力，適合于城市范圍遠距離移動(dòng)應急供電的車(chē)載電站；

（4）適合放置大型發(fā)電機組，同時(shí)具有防音效果的集裝箱發(fā)電機組。

三、設備容量校核方法

1、 “技規”方法

（1）按發(fā)電機帶負荷起動(dòng)一臺最大容量的電動(dòng)機時(shí)過(guò)負荷能力校驗：

Se ≥ sjs +  1（.25Kq − K） PDM/1.5....................（公式1）

式中，Se－發(fā)電機額定容量；

Sjs－計算負荷；

PDM －最大電動(dòng)機的額定功率；

Kq－最大電動(dòng)機的起動(dòng)電流倍數，取 6；

K－換算系數，取 0.8。

（1）計算長(cháng)期連續運行所需要的容量

P_c=∑P_DK₁+∑P_JK₂....................（公式4）   

Q_c=∑P_DK_{1 tg?D} + ∑P_JK_{2 tg?J}....................（公式5）   

式中，∑P_D －連續運行的電動(dòng)機額定功率之和；

∑P_J －連續運行的靜止負荷之和；

K₁ 、K₂－系數，分別為 0.9 和 0.32；

K_{1 tg?D} －運算系數，為 0.53；

K_{2 tg?J} －運算系數，為 0.24。

（2）計算起動(dòng)所需要的容量：                         

      考慮嚴重情況，發(fā)電機已帶一臺機組的起動(dòng)負荷和靜止負荷，達到穩定運行后， 再投入另一臺機組的成組起動(dòng)負荷和靜止負荷。 由于＃2柴油發(fā)電機組成組起動(dòng)負荷較＃1 柴油發(fā)電機組為大，可只計算帶＃1 柴油發(fā)電機組負 荷再投入＃2柴油發(fā)電機組負荷的情況。

P_zq=0.9∑Pzq1+3.45∑P_zq2 +0.32（∑P_J1 +∑P_J2）....................（公式6）   

Q_zq=0.53∑P_zq1+7.9∑P_zq2 +0.24（∑P_J1 +∑P_J2）....................（公式7）   

式中，∑PJ1   、∑PJ2 －為兩臺機組靜止負荷之和；

（3）計算單臺電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)所需的容量：

      以嚴重情況，即＃1 柴油發(fā)電機組中盤(pán)車(chē)投入情況計算：

P_zq1=P_c+0.9（∑P_zD−P_md1） +3.45 P_md1....................（公式8）   

式中，Pmd1— ＃1柴油發(fā)電機組的單臺自起動(dòng)電動(dòng)機中最大的一臺電動(dòng)機;

∑PzD—與Pmd1在運行時(shí)間上重疊的其它短時(shí)運行的電動(dòng)機容量之和。

      在進(jìn)行適當的工程假設和理論抽象的基礎上，可以在綜合考慮諸多影響要素后，對發(fā)電機容量校驗給出實(shí)用的計算公式，并可滿(mǎn)足工程要求。確定發(fā)電機容量時(shí)，應滿(mǎn)足穩定計算負荷需要和進(jìn)行允許電壓降校驗。其中，選定恰當的電動(dòng)機啟動(dòng)方式，可使允許電壓降校驗得以自然滿(mǎn)足，且所得發(fā)電機容量最為經(jīng)濟合理。當條件允許時(shí)，大容量的電動(dòng)機盡量采用降壓?jiǎn)?dòng)，以有效減少發(fā)電機容量、降低工程造價(jià)。

      部分人傳統觀(guān)念中的僅以額定容量最大的電動(dòng)機來(lái)校驗發(fā)電機容量，是不夠嚴謹的，尚應考慮電動(dòng)機啟動(dòng)方式、距離發(fā)電機遠近、已接負荷和發(fā)電機自身特性等因素的影響。

總結：

     大家知道，民用建筑中備用柴油發(fā)電機容量首先應滿(mǎn)足穩定計算負荷需要，并經(jīng)母線(xiàn)上允許電壓降校驗通過(guò)。而傳統技術(shù)視角大多僅關(guān)注額定容量最大的電動(dòng)機對于柴油發(fā)電機容量校驗之影響。實(shí)際上，除了電動(dòng)機額定容量外，電動(dòng)機啟動(dòng)方式、配線(xiàn)距離及截面、發(fā)電機自身特性、母線(xiàn)上已接負荷等，都跟發(fā)電機容量的確定產(chǎn)生關(guān)聯(lián)?？紤]到電動(dòng)機啟動(dòng)容量、配線(xiàn)、已接負荷和發(fā)電機特性等諸多影響因素，上文探討嚴格意義上的民用建筑中柴油發(fā)電機容量校驗，提出及推導若干實(shí)用校驗公式，并介紹其具體應用。