周凌飛 弓亞蘭

摘 要：電動(dòng)機(jī)作為一種感性負(fù)載，在其啟動(dòng)瞬間電流很大。當(dāng)采用柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急供電時(shí)，如何選擇滿足使用要求的機(jī)組，同時(shí)又做到經(jīng)濟(jì)合理是一個(gè)重要而又復(fù)雜的問題。文章結(jié)合電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式和啟動(dòng)特點(diǎn)，以工作中實(shí)際項(xiàng)目為例，介紹和探討啟動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)柴油發(fā)電機(jī)組的容量計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)；柴油發(fā)電機(jī)組；啟動(dòng)；容量

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）11-0075-02

1 問題的起源

柴油發(fā)電機(jī)組作為機(jī)電一體、成套而成的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，有著靈活、方便、穩(wěn)定的顯著特點(diǎn)。常作為長行、備用和應(yīng)急發(fā)電設(shè)備而被廣泛地應(yīng)用于銀行、通信、交通站、油田等國民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域。近幾年來已有大量柴油發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行，但目前對(duì)于其容量的選擇多采用經(jīng)驗(yàn)估算法，尤其是一些民用企業(yè)，缺乏專業(yè)設(shè)計(jì)人員的嚴(yán)格詳細(xì)的選型計(jì)算，所采購的柴油發(fā)電機(jī)組容量與實(shí)際需求不符合，造成嚴(yán)重后果。容量過小，無法帶全部負(fù)載，在啟動(dòng)大功率負(fù)載時(shí)導(dǎo)致突然停機(jī)或壓降過大，導(dǎo)致設(shè)備根本無法正常啟動(dòng)；容量過大，投資及維護(hù)成本高，造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。所以在容量的選擇計(jì)算時(shí)，要考慮多方面的因素，包括：現(xiàn)場使用環(huán)境、負(fù)載的類型，尤其是要充分考慮非線性負(fù)載、感性負(fù)載等設(shè)備的啟動(dòng)瞬態(tài)特性與發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)能力相匹配。另外就是要考慮一定的預(yù)留與未來擴(kuò)容需求。本文主要討論如何根據(jù)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式、負(fù)載特性、各負(fù)載的啟動(dòng)順序、發(fā)電機(jī)的性能曲線來計(jì)算啟動(dòng)大功率電動(dòng)機(jī)時(shí)所需的柴油發(fā)電機(jī)組容量。

2 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式與特點(diǎn)

2.1 啟動(dòng)方式的分類

電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)有直接啟動(dòng)和降壓啟動(dòng)兩種。直接啟動(dòng)主要就是指利用交流接觸器將電動(dòng)機(jī)直接接到具有額定電壓的電源上。這種啟動(dòng)方法雖然簡單，但由于其啟動(dòng)電流較大，過大的啟動(dòng)電流在短時(shí)間內(nèi)會(huì)在線路上造成較大的電壓降落，而使負(fù)載端的電壓降低，影響附近負(fù)載的正常工作。同時(shí)，若直接啟動(dòng)，一般啟動(dòng)電流值為正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的5～7倍，這就要求機(jī)組容量足夠大滿足其啟動(dòng)要求。但隨之而來的問題是柴油發(fā)電機(jī)組的容量選大了，而正常運(yùn)行時(shí)功率又遠(yuǎn)小于機(jī)組的額定值，這顯然是不經(jīng)濟(jì)的。所以大功率電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)絕大多數(shù)都會(huì)采用降壓啟動(dòng)。

2.2 啟動(dòng)方式的特點(diǎn)

降壓啟動(dòng)常用星三角轉(zhuǎn)換啟動(dòng)、軟啟動(dòng)器等，電動(dòng)機(jī)不同啟動(dòng)方式的特點(diǎn)，結(jié)合電工手冊說明歸納見表1。

3 柴油發(fā)電機(jī)組容量計(jì)算

以下主要介紹常用的采用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)時(shí)如何計(jì)算所需柴油發(fā)電機(jī)組的功率，并結(jié)合具體實(shí)際案例加以說明。

3.1 電動(dòng)機(jī)信息

某電動(dòng)機(jī)廠家提供的500 kW電動(dòng)機(jī)參數(shù)資料及信息如圖1所示：

同時(shí)結(jié)合實(shí)際使用信息可知：

啟動(dòng)順序：兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)逐臺(tái)順序啟動(dòng)，但實(shí)際應(yīng)用中一些照明、配電等共計(jì)約80 kW的負(fù)載先于電動(dòng)機(jī)工作，計(jì)算時(shí)，忽略其對(duì)啟動(dòng)的影響。

啟動(dòng)方式：軟啟動(dòng)器啟動(dòng)。

效率：96%。

運(yùn)行功率因數(shù)：0.88。

啟動(dòng)功率因數(shù)：根據(jù)相關(guān)手冊說明，取0.2。

啟動(dòng)電流：根據(jù)軟啟動(dòng)器說明書，如圖2所示：

并結(jié)合實(shí)際使用情況，取啟動(dòng)電流為1.8 In。

3.2 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行kW與kVA計(jì)算

運(yùn)行kW=500 kW/0.96=521 kW

運(yùn)行kVA=運(yùn)行kW/運(yùn)行功率因數(shù)

=521 kW/0.88=592 kVA

啟動(dòng)kVA=運(yùn)行kVA×啟動(dòng)電流倍數(shù)

=592 kVA×1.8=1 066 kVA

啟動(dòng)kW=運(yùn)行kVA×啟動(dòng)功率因數(shù)

=1 066 kVA×0.2=213 kW

3.3 各負(fù)載啟動(dòng)與運(yùn)行kW與kVA統(tǒng)計(jì)（見表2）：

3.4 發(fā)電機(jī)功率計(jì)算及考慮的修正系數(shù)

已經(jīng)在線運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，會(huì)降低發(fā)電機(jī)啟動(dòng)能力。當(dāng)已經(jīng)有一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)在線運(yùn)行，再啟動(dòng)一個(gè)或一組電動(dòng)機(jī)，則需考慮其影響。

因此，需要對(duì)上面計(jì)算表中第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)kVA做修正。

X=已運(yùn)行電動(dòng)機(jī)/（已運(yùn)行電動(dòng)機(jī)+本步啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)）×100

對(duì)于按順序啟動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)來說，計(jì)算時(shí)，第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)已在線運(yùn)行，對(duì)第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)有一定影響。此處計(jì)算，X取50，故修正系數(shù)Y取1.083。如圖3所示。

啟動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)的功率因素是變化的，計(jì)算時(shí)主要考慮啟動(dòng)瞬間（堵轉(zhuǎn)時(shí)）和啟動(dòng)穩(wěn)定后對(duì)應(yīng)的有功功率和無功功率。如圖4所示：

功率因數(shù)是電路中有功功率與視在功率之比，也就是電流和電壓向量夾角的余弦。

啟動(dòng)時(shí)：

有功功率kW：82+521+213=816

無功功率kVAr：

運(yùn)行穩(wěn)定后：運(yùn)行有功功率kW：82+521+521=1 124

運(yùn)行無功功率kVAr：

137×sin？夼1+592×sin？夼2+592×sin？夼4=672

（其中sin？夼1=0.8，sin？夼2=sin？夼4=0.475）

結(jié)論：

3.5 發(fā)電機(jī)選型

通常按啟動(dòng)壓降15%考慮，結(jié)合某發(fā)電機(jī)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)能力曲線，如圖5所示。

該發(fā)電機(jī)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)能力為1 760 kVA。

1 760 kVA>啟動(dòng)kVA=1 727 kVA，不受海拔高度及環(huán)境溫度影響，故此款發(fā)電機(jī)完全滿足啟動(dòng)要求。該發(fā)電機(jī)額定功率為2 046 kVA>負(fù)載額定運(yùn)行1 310 kVA。故此款發(fā)電機(jī)選型滿足使用要求。

3.6 發(fā)動(dòng)機(jī)選型

最后根據(jù)所選定的發(fā)電機(jī)來選擇對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，通常直接配備標(biāo)準(zhǔn)功率匹配比的發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)于國際品牌來說，其發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)有固定的組合搭配，作為整體的柴油發(fā)電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。而對(duì)于國內(nèi)組裝成套商OEM來說，有時(shí)為了降低成本，在特定場合還可配備功率不匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)，通常是功率較小的發(fā)動(dòng)機(jī)，即整體的柴油發(fā)電機(jī)組采用“小馬拉大車”的做法。

4 結(jié) 語

發(fā)電機(jī)容量的計(jì)算是一個(gè)十分重要也是比較復(fù)雜的問題。一個(gè)用電設(shè)備組中的設(shè)備并不一定同時(shí)工作，工作的設(shè)備也不一定都工作在額定狀態(tài)下。而對(duì)于大功率電動(dòng)機(jī)來說，其應(yīng)用越來越廣，作為設(shè)備組中一系列的大型設(shè)備，尤其是大功率水泵、機(jī)床等都需要電動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)需要多大功率的柴油發(fā)電機(jī)組才能保證設(shè)備的正常啟動(dòng)，同時(shí)又做到經(jīng)濟(jì)合理，顯得非常重要。本文以計(jì)算大功率電動(dòng)機(jī)按順序啟動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)kVA為核心，并結(jié)合發(fā)電機(jī)啟動(dòng)性能曲線，最終計(jì)算出所需要的發(fā)電機(jī)容量。經(jīng)工程實(shí)踐證明，此計(jì)算方法得出的機(jī)組容量與實(shí)際測試所需容量十分吻合。

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