杜穎

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610072）

1 柴油發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)負(fù)荷分類

1.1 廠內(nèi)柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷分類

1）廠內(nèi)保安負(fù)荷，主要包括廠內(nèi)滲漏排水泵、直流充電電源和通信充電電源、火災(zāi)事故照明及疏散指示燈等消防用電負(fù)荷、地下廠房部分通風(fēng)及事故照明等；

2）電站黑啟動(dòng)負(fù)荷，主要包括勵(lì)磁、技術(shù)供水泵、調(diào)速器油壓裝置主油泵、進(jìn)水閥操作系統(tǒng)工作泵、推力軸承冷卻油泵、高壓油頂起裝置高壓油泵、主變冷卻負(fù)荷、GCB冷卻風(fēng)機(jī)、地下廠房部分通風(fēng)及事故照明等。

1.2 大壩柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷分類

1）泄洪設(shè)施用電負(fù)荷（數(shù)量為由需要同時(shí)工作的閘門(mén)啟閉機(jī)）。

2）大壩滲漏排水用電負(fù)荷。柴油發(fā)電機(jī)的容量，不必考慮電站黑啟動(dòng)的負(fù)荷與保安負(fù)荷同時(shí)出現(xiàn)，而應(yīng)按保安負(fù)荷與黑啟動(dòng)負(fù)荷二者的最大值選取。

2 影響柴油發(fā)電機(jī)容量選擇的幾個(gè)關(guān)鍵因素

影響柴油發(fā)電機(jī)容量選擇的因素很多，如供電負(fù)荷大小、性質(zhì)，輸電距離，電動(dòng)機(jī)容量，啟動(dòng)次序，柴油機(jī)的調(diào)速性能，過(guò)載能力，柴油發(fā)電機(jī)在高原的降容問(wèn)題，發(fā)電機(jī)的技術(shù)性能、勵(lì)磁、調(diào)壓方式等。

2.1 大容量滲漏排水泵啟動(dòng)型式的選擇

一般大型電站的滲漏排水泵負(fù)荷較大，對(duì)于600 MW左右的機(jī)組，滲漏排水泵一般在400 kW以上?，F(xiàn)在各大電站的啟動(dòng)方主要有：①供電電壓0.4 kV：一般300 kW以下的滲漏水泵采用這種方式。這種啟動(dòng)方式較經(jīng)濟(jì)，但是啟動(dòng)電流大，對(duì)于常用母線電壓形成沖擊也較大。因此，水泵都采用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)以控制對(duì)母線電壓的影響。②10 kV供電：優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)電流對(duì)電壓母線的影響小，可不帶軟啟動(dòng)器。例如，某電站，黑啟動(dòng)負(fù)荷為187 kW，大壩滲漏排水300 kW電動(dòng)機(jī)，靜止充電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算為9.9 kW。根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》（電氣一次部分），得到計(jì)算參數(shù)，見(jiàn)表1。

根據(jù)計(jì)算得知，先投入187 kW的連續(xù)運(yùn)行負(fù)荷和靜止負(fù)荷，待負(fù)荷運(yùn)行平穩(wěn)后，再繼續(xù)投入300 kW電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)所需的柴油發(fā)電機(jī)容量：

式中：∑PD——連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)額定功率之和，kW；∑PJ——連續(xù)運(yùn)行的靜止負(fù)荷之和，kW。

1）當(dāng)300 kW滲漏水泵供電電壓為0.4 kV，帶軟啟動(dòng)器時(shí)，啟動(dòng)系數(shù)，KDQ=3，則：

其中：KGF為發(fā)電機(jī)短時(shí)過(guò)負(fù)荷系數(shù)，取1.5（IEC60034-18.2.2）。選 1000 kVA（800 kW）的柴油發(fā)電機(jī)能滿足要求。

表1 計(jì)算用參數(shù)

2）當(dāng)300 kW滲漏水泵供電電壓為10 kV，不帶軟啟動(dòng)器時(shí)，為全壓?jiǎn)?dòng)，此時(shí)啟動(dòng)系數(shù)KDQ=6，則：

校驗(yàn)發(fā)電機(jī)容量：

選1800 kVA（1440 kW）的柴油發(fā)電機(jī)能滿足要求。

對(duì)比以上計(jì)算，可得出結(jié)論：在其他負(fù)荷相同的情況下，大容量的滲漏排水泵供電電壓采用0.4 kV加裝軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，柴油發(fā)電機(jī)容量較小。主要原因是0.4 kV水泵加裝了軟啟動(dòng)器，限制了啟動(dòng)電流。

2.2 負(fù)荷啟動(dòng)順序的選擇

負(fù)荷啟動(dòng)的順序也是決定柴油發(fā)電機(jī)的容量選擇的重要因素。根據(jù)電站黑啟動(dòng)的要求，負(fù)荷是分步投入的。在選擇柴油發(fā)電機(jī)的過(guò)程中，分別按下列2個(gè)啟動(dòng)順序計(jì)算柴油發(fā)電機(jī)的容量：

方案1：先啟動(dòng)黑啟動(dòng)所需的電動(dòng)機(jī)負(fù)荷及靜止充電負(fù)荷，再啟動(dòng)大容量滲漏排水泵。

方案2：先啟動(dòng)大容量滲漏排水泵，啟動(dòng)黑啟動(dòng)所需的電動(dòng)機(jī)負(fù)荷及靜止充電負(fù)荷。

方案2的啟動(dòng)順序下選擇的柴油發(fā)電機(jī)容量約為600 kW，小于方案1中選擇的容量。但若選擇方案2的啟動(dòng)順序，當(dāng)全廠停電時(shí)，啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，先啟動(dòng)滲漏排水泵，再啟動(dòng)黑啟動(dòng)負(fù)荷。因水泵的工作方式是間歇式的，也就是當(dāng)滲漏排水泵的達(dá)到停機(jī)水位時(shí)，滲漏水泵退出運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)上所帶負(fù)荷為黑啟動(dòng)負(fù)荷。但滲漏水泵很可能根據(jù)水位計(jì)水位的變化再次啟動(dòng)，此時(shí)的啟動(dòng)方式將是方案1的啟動(dòng)順序。因此柴油機(jī)容量選擇按先啟動(dòng)黑啟動(dòng)負(fù)荷再啟動(dòng)大容量滲漏排水泵的順率比較合適。

2.3 電纜長(zhǎng)度對(duì)壓降的影響

為滿足消防的要求，廠房的柴油發(fā)電機(jī)組一般都放在地面，大壩的柴油發(fā)電機(jī)組也放在地面，根據(jù)不同的廠房布置型式，如果柴油發(fā)電機(jī)與供電負(fù)荷間的距離很長(zhǎng)，一般不采用0.4 kV電纜直接連接負(fù)荷，而是先采用變壓器將0.4 kV升高到10 kV及以上，然后采用高壓電纜連接，這段電流小，壓降低，不會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)出口壓降產(chǎn)生很大的影響。

2.4 柴油發(fā)電機(jī)過(guò)負(fù)荷能力的選擇

在柴油發(fā)電機(jī)容量選擇中，還有一個(gè)與柴油發(fā)電機(jī)本身性能有關(guān)的因素，那就是柴油發(fā)電機(jī)本身的過(guò)負(fù)荷能力。IEC 60034標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)GB 755中規(guī)定：額定輸出在1200 MVA及以下的交流發(fā)電機(jī)應(yīng)能承受1.5倍額定電流，歷時(shí)不少于30 s。某柴油發(fā)電機(jī)制造廠提供的柴油發(fā)電機(jī)過(guò)負(fù)荷曲線，見(jiàn)圖1。

圖1 發(fā)電機(jī)短路電流

從圖1曲線可以看出：若電動(dòng)機(jī)采用全壓?jiǎn)?dòng)，全壓?jiǎn)?dòng)的時(shí)間一般在10～15 s，根據(jù)上面的曲線，柴油發(fā)電機(jī)的過(guò)負(fù)荷系數(shù)可以選為2.0。因此柴油發(fā)電機(jī)容量選擇時(shí)，考慮其過(guò)負(fù)荷能力，可以減小。此種選擇已有工程采用，并經(jīng)制造廠認(rèn)可且在工程實(shí)際中已成功啟動(dòng)。但這種柴油發(fā)電機(jī)的選擇方式只對(duì)全壓?jiǎn)?dòng)有效。因?yàn)槿珘簡(jiǎn)?dòng)的時(shí)間短。對(duì)于采用軟啟動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)，不建議采用這種方式。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間與軟啟動(dòng)器的性能有關(guān)，不易判斷。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在水電廠的應(yīng)急電源的配置中，當(dāng)無(wú)外來(lái)電源或者外來(lái)電源不可靠的情況下選擇可快速起動(dòng)的柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源已成趨勢(shì)。

[1]水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣一次）[M].北京：水利電力出版社，1982.

[2]電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣一次）[M].北京：中國(guó)電力出版社，1989.

[3]DL/T 5164-2002，水力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[4]DL/T 5153-2002，火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].

[5]IEC 60034-1，Rotating electrical machines-Part 1 Rotating and Performance[S].

[6]GB755-2008，旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額和性能[S].