劉巧麗 石康寧 呂文敘

（山東核電有限公司，山東 煙臺(tái)265116）

0 引言

目前，以往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力的柴油發(fā)電機(jī)組在需要連續(xù)可靠供電的場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。在配置柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)，最重要的是機(jī)組額定功率的確定，即容量的選擇。過(guò)大的功率會(huì)造成運(yùn)輸、安裝的困難和不必要的浪費(fèi)，增加維護(hù)量；過(guò)小的功率又會(huì)使發(fā)電機(jī)負(fù)荷過(guò)重，降低機(jī)組可靠性和壽命，甚至在關(guān)鍵時(shí)刻超載停機(jī)，造成事故。因此，需要根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組的使用條件、供電負(fù)荷大小及種類合理選擇機(jī)組的容量。

1 柴油發(fā)電機(jī)組的功率

柴油發(fā)電機(jī)組主要由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和交流同步發(fā)電機(jī)2大部分組成。柴油發(fā)電機(jī)組的功率主要有持續(xù)功率、基本功率、限時(shí)運(yùn)行功率3種。持續(xù)功率適用于對(duì)電力質(zhì)量要求較高或因市電昂貴而選擇柴油發(fā)電的單位，又稱為常用功率。基本功率適用于在電網(wǎng)中斷時(shí)提供應(yīng)急后備電力功率，又稱為備用功率。限時(shí)運(yùn)行功率指在規(guī)定的維修周期和環(huán)境條件下能夠連續(xù)運(yùn)行300 h、每年供電達(dá)500 h的最大功率。

2 柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的特性、容量的選擇及校驗(yàn)

2.1 柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷的特性及計(jì)算

備用柴油發(fā)電機(jī)組的供電對(duì)象一般是保安負(fù)荷，因而保安負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)結(jié)果是選擇柴油發(fā)電機(jī)組容量的依據(jù)。在統(tǒng)計(jì)保安負(fù)荷時(shí)，對(duì)于在時(shí)間上能錯(cuò)開(kāi)運(yùn)行的保安負(fù)荷不應(yīng)全部計(jì)算，可分階段統(tǒng)計(jì)同時(shí)運(yùn)行的保安負(fù)荷，取其大者作為計(jì)算功率。

此次力能區(qū)凈水站需采購(gòu)的柴油發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷運(yùn)行方式為：10kV凈水站一線通過(guò)＃1變、進(jìn)線開(kāi)關(guān)至A段0.4 kV母線，10kV凈水站二線通過(guò)＃2變、進(jìn)線開(kāi)關(guān)至B段0.4 kV母線，A段與B段之間設(shè)有低壓母聯(lián)開(kāi)關(guān)。正常運(yùn)行時(shí)低壓母聯(lián)開(kāi)關(guān)在合位，凈水站1臺(tái)變壓器帶2段母線運(yùn)行，另1臺(tái)變壓器備用。柴油發(fā)電機(jī)的接入方式：由發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)下口（負(fù)載側(cè)）接入凈水站配電室B段＃2柜4JS2－11下端口。正常情況下，4JS2－11開(kāi)關(guān)在斷位，發(fā)電機(jī)備用。當(dāng)凈水站配電室0.4 kV母線故障失電后，值班人員手動(dòng)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組。

力能區(qū)凈水站2段400 V母線的負(fù)荷有：生產(chǎn)水泵（37 kW）、生活水泵（15kW）、消防水泵（75kW）、砂石料場(chǎng)水泵（45kW）、2臺(tái)大的生活水泵（45kW／臺(tái)）以及照明箱、插座箱、檢修電源等。根據(jù)施工需求，備用柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后，首次加載的負(fù)荷為生產(chǎn)水泵和生活水泵，共計(jì)52 kW；消防水泵置于手動(dòng)位置，當(dāng)出現(xiàn)火情時(shí)啟動(dòng)，此時(shí)功率達(dá)到127 kW；考慮臨時(shí)照明，柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后投入運(yùn)行的最大負(fù)荷約為130 kW。又知：

式中，SC為發(fā)電機(jī)組的最大計(jì)算負(fù)荷。

將cosφ＝0.85、PC＝130 kW代入公式（1），得SC＝153 kVA。

2.2 柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組容量選擇

DL／T5153—2002規(guī)定：發(fā)電機(jī)連續(xù)輸出容量Se應(yīng)大于最大計(jì)算負(fù)荷SC，即Se≥nSC，當(dāng)每個(gè)單元機(jī)組配置1臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)n＝1，代入上式得Se≥153 kVA。

此外，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的容量還應(yīng)按照滿足負(fù)荷中單臺(tái)最大容量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的要求進(jìn)行校驗(yàn)。發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷啟動(dòng)1臺(tái)最大容量的電動(dòng)機(jī)時(shí)，短時(shí)過(guò)負(fù)荷能力校驗(yàn)如下：發(fā)電機(jī)在熱狀態(tài)下，能承受150%Se，時(shí)間為15 s，即有：

式中，Pem為最大電動(dòng)機(jī)的額定功率；KQ為最大電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù)，約為6；K為換算系數(shù)，取0.8。

將SC＝153 kVA，n＝1，KQ＝6，K＝0.8，Pem＝75kW 代入公式（2），得Se≥437 kVA。

綜上所述，柴油發(fā)電機(jī)的容量Se需大于437 kVA。

2.3 柴油機(jī)輸出功率的復(fù)核

2.3.1 環(huán)境條件修正

P r為標(biāo)準(zhǔn)使用條件下的輸出功率，功率修正公式如下：

式中，PX為實(shí)際輸出功率，PX＝PC＝130 kW；Pr為標(biāo)準(zhǔn)使用條件下的輸出功率；查表得海陽(yáng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件修正系數(shù)為a＝0.98。代入公式（3）可得Pr＝133 kW。

2.3.2 持續(xù)1 h運(yùn)行狀態(tài)下輸出功率校驗(yàn)

停電1 h內(nèi)，柴油發(fā)電機(jī)組要具有承擔(dān)最大保安負(fù)荷的能力，一般柴油機(jī)1 h允許承受的負(fù)載能力為1.1PX，故有：

式中，a為柴油發(fā)電機(jī)組的功率配合系數(shù)，取1.10；ηG為發(fā)電機(jī)的效率，取0.9。

將PC＝130 kW 代入公式（4），得，PX≥145kW。

2.3.3 首次加載能力校驗(yàn)

制造廠保證柴油發(fā)電機(jī)組首次加載能力不低于額定功率的50%。因此，要求柴油機(jī)的實(shí)際輸出功率不低于初始投入的啟動(dòng)有功功率的2倍。

2.3.4 母線電壓水平校驗(yàn)

當(dāng)直接啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于啟動(dòng)電流很大且異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低，機(jī)組輸出電壓顯著下降，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)必須進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)磁，才能補(bǔ)償機(jī)組輸出電壓的下降。柴油發(fā)電機(jī)組因其特性上的差別，啟動(dòng)空載異步電動(dòng)機(jī)的容量不得超過(guò)其額定容量的70%，啟動(dòng)有載異步電動(dòng)機(jī)的容量不得超過(guò)其額定容量的35%。按最不利情況有載啟動(dòng)功率最大的消防水泵（75kW）計(jì)算，力能區(qū)柴油發(fā)電機(jī)的額定功率應(yīng)滿足：PX≥75kW／35%，即PX≥215kW。

2.4 柴油機(jī)組最終容量的確定

由上述負(fù)荷的投運(yùn)、容量的選擇和柴油機(jī)輸出功率復(fù)核可知，在滿足電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流倍數(shù)KQ為6，柴油發(fā)電機(jī)組15 s過(guò)負(fù)荷能力為1.5Se的條件時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)的容量應(yīng)大于437 kVA，功率應(yīng)大于260 kW。

但若容量大于437 kVA，而機(jī)組的功率選取較大，在正常運(yùn)行時(shí)功率又遠(yuǎn)小于機(jī)組的額定功率，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性較差。根據(jù)公式（2）可知，若要降低柴油發(fā)電機(jī)容量可采用下述幾種方法：（1）電機(jī)采用降壓?jiǎn)?dòng)，將KQ降低，以滿足啟動(dòng)的需要。（2）公式（2）中分母的1.5為過(guò)負(fù)荷倍數(shù)，而目前許多制造廠提供的柴油發(fā)電機(jī)組15 s過(guò)負(fù)荷能力已經(jīng)超過(guò)1.5Se，因此在計(jì)算時(shí)應(yīng)將制造廠提供的過(guò)負(fù)荷倍數(shù)帶入分母，這樣就不會(huì)浪費(fèi)柴油發(fā)電機(jī)組提高的過(guò)負(fù)荷能力，從而降低柴油發(fā)電機(jī)的容量。

由力能區(qū)凈水站負(fù)荷情況得知，消防水泵電機(jī)為直接啟動(dòng)，通過(guò)降低KQ來(lái)降低柴油發(fā)電機(jī)組容量的辦法行不通，只能通過(guò)提高柴油發(fā)電機(jī)組15 s過(guò)負(fù)荷能力來(lái)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)與廠商溝通，廠家提供的功率250 kW的柴油發(fā)電機(jī)可滿足啟動(dòng)75kW（力能區(qū)最大負(fù)荷）電動(dòng)機(jī)的短時(shí)過(guò)負(fù)荷能力的要求。因此，最終決定采購(gòu)型號(hào)為WD344／8、機(jī)組備用容量為344 kVA、常用功率為250 kW、備用功率為275kW、額定頻率為50 Hz的產(chǎn)品。

3 結(jié)語(yǔ)

與商運(yùn)后整個(gè)發(fā)電廠的輔助柴油發(fā)電機(jī)組相比，山東海陽(yáng)核電廠力能區(qū)凈水站自備柴油發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷及容量的確定比較簡(jiǎn)單。通過(guò)對(duì)力能區(qū)備用柴油發(fā)電機(jī)組容量的探討，加深了對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組和電氣系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，希望能給有關(guān)人員提供一點(diǎn)借鑒。

［1］楊貴恒，賀明智，袁春，等.柴油發(fā)電機(jī)組技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009