吳金兵

【摘要】負(fù)載設(shè)備對于備用高低壓柴油發(fā)電機組的帶載檢測和定期帶載維護，確保備用電源系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。本文主要介紹了模塊化的負(fù)載檢測裝置設(shè)計研究，該裝置運輸、使用方便，有較強的實用性。

【關(guān)鍵詞】高低壓柴油發(fā)電機組；負(fù)載測試；模塊化；數(shù)據(jù)中心

一、發(fā)電機組模塊化負(fù)載檢測系統(tǒng)研究的必要性

近年來，作為備用電源的低壓柴油發(fā)電機組容量要求越來越大，特別是數(shù)據(jù)中心需多臺大功率柴油發(fā)電機組并網(wǎng)才能滿足負(fù)荷的要求，而且機房與實際使用負(fù)載間距離也越來越遠(yuǎn)，采用傳統(tǒng)的多臺低壓柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行暴露出運行和傳輸?shù)娜毕?。為了能夠更加安全、可靠地運行，采用高壓機組是一種更好的選擇。因機組的輸出電壓10.5kV或6.3kV與原供電系統(tǒng)電壓一致，可直接接入供電系統(tǒng)，節(jié)約了大筆供配電系統(tǒng)的設(shè)備投資。同時由于機組的輸出電壓高、輸出電流小，在動力傳輸過程損耗小， 適合遠(yuǎn)距離輸送。高壓機組應(yīng)用于IDC數(shù)據(jù)中心、冶金企業(yè)、機場等應(yīng)急備用電源系統(tǒng)。

因此現(xiàn)階段應(yīng)急柴油發(fā)電機組采用低壓機組的同時，高壓機組已大量投入市場，早期負(fù)載檢測設(shè)備已不能滿足要求。

二、早期的柴油發(fā)電機組負(fù)載測試設(shè)備

第一階段的低壓柴油發(fā)電機組檢測，工廠負(fù)載測試設(shè)備大多采用水負(fù)載設(shè)備，三相極板插入鹽水中，通過減速電機升降極板，改變導(dǎo)電電阻，增大或減小負(fù)載電流，達(dá)到模擬負(fù)載試驗的目的。此種方案，由于帶載后溶液溫度升高而不斷揮發(fā)導(dǎo)致負(fù)載不太恒定，對于檢測穩(wěn)態(tài)參數(shù)誤差較大；同時鹽水溶解度有限，需要及時補充水；另外水負(fù)載設(shè)備要加強安全隔離防護措施。

第二階段的低壓柴油發(fā)電機組檢測，采用電阻發(fā)熱設(shè)備來完成，一般裝載在箱體內(nèi)，對負(fù)載設(shè)備的散熱系統(tǒng)進行設(shè)計，但一般皆為按鈕接觸器式加減負(fù)載，特性仍較硬。

三、數(shù)據(jù)中心備用高壓發(fā)電機組對檢測負(fù)載提出了更高的要求

數(shù)據(jù)中心后備高壓柴油發(fā)電機組，其運行特點為：機組系統(tǒng)一年的啟動工作時間一般不會超過80-100小時（包括正常測試和帶載測試），早期的發(fā)電機系統(tǒng)由于現(xiàn)場條件限制不太做現(xiàn)場帶實際負(fù)載測試，主要采用空載啟動測試或空載啟動并機測試，此種測試方式不利于發(fā)電機的長壽命使用?，F(xiàn)階段產(chǎn)品本身的發(fā)展及系統(tǒng)可靠性的提高，更多的數(shù)據(jù)中心在招標(biāo)時明確要求工廠和現(xiàn)場都要采用測試用假負(fù)載（10.5kV或6.3kV機組）進行單機或并車帶載測試，明確要求供貨內(nèi)容包括負(fù)載設(shè)備，從而滿足現(xiàn)場驗收和日常維護保養(yǎng)的需要。

四、高低壓發(fā)電機組模塊化負(fù)載檢測系統(tǒng)設(shè)計

以兩臺2500kVA/2000kW負(fù)載設(shè)備為例：

擬采用1臺20呎集裝箱、1臺30呎集裝箱組成，包括一套高壓變電系統(tǒng)、兩套低壓400V/2000kW電阻負(fù)載及檢測系統(tǒng)?？梢詽M足：單臺或并機運行0～2000kW低壓負(fù)載檢測需要；單臺或并機運行0～4000kW低壓負(fù)載檢測需要；單臺或并機運行0～2000kW高壓負(fù)載檢測需要；單臺或并機運行0～4000kW高壓負(fù)載檢測需要。箱體戶外防雨水工藝好，防護等級達(dá)到IP54以上，滿足連續(xù)工作要求。

當(dāng)?shù)蛪喊l(fā)電機組檢測時，僅需5000kVA低壓負(fù)載箱；當(dāng)高壓發(fā)電機組檢測時，需5000KVA低壓負(fù)載箱+5000kVA高壓變電箱組合。

系統(tǒng)組成：

1.5000kVA高壓變電箱設(shè)計

高壓變電箱配多抽頭變壓器，可以用于測試高壓發(fā)電機組。變壓器設(shè)計單臺容量為2500kVA，總?cè)萘?000kVA。采用符合GB1094.11-2007的干式電力變壓器，考慮到高壓發(fā)電機輸出電壓的常用等級，變壓器高壓輸入端設(shè)計為2個抽頭，額定輸入電壓6.3kV、11kV，低壓輸出端設(shè)計有1個抽頭，額定輸出電壓400V。變壓器輸入端配有12kV 630A高壓斷路器1臺，設(shè)計采用ABB/VD4或同等用來保護變壓器。

2.5000kVA低壓負(fù)載箱設(shè)計

低壓干式負(fù)載箱作為電能負(fù)荷測試裝置：操作簡易、體積小、運輸方便，可視負(fù)荷容量大小進行多臺并聯(lián)使用。控制方式設(shè)計為手動和電腦自動控制兩種方式。負(fù)荷測試精度高，調(diào)節(jié)更容易，測試準(zhǔn)備時間短，可連續(xù)長期使用等諸多優(yōu)越性。

負(fù)載箱的控制設(shè)計為就地手動控制、就地電腦軟件自動控制和遠(yuǎn)程筆記本電腦控制三種控制方式。

當(dāng)電腦軟件自動控制、負(fù)載測試時，在電腦上輸入被測發(fā)電機組的額定功率和加載的時間，系統(tǒng)將自動完成從0%、25%、50%、75%、100%、110%、100%、75%、50%、25%、0%的加載測試，或者通過軟件按照負(fù)載總功率10%、20%、30%……110%，0%-50%-100%-0%突加突卸測試靈活控制（加載時間設(shè)計為面板設(shè)置），單臺負(fù)載可在1.25-2500kVA/1-2000kW/0.75-1500kvar范圍內(nèi)任意可調(diào)，阻性負(fù)載、感性負(fù)載設(shè)計為單獨手動/自動加載，亦可混合加載。

測試過程中并把發(fā)電機組的V、I、kW、Hz在加載中出現(xiàn)的變化、恢復(fù)時間和曲線以表格及圖形的方式儲存和顯示，并自動完成發(fā)電機組所有電參數(shù)的測量，自動生成各種圖表、曲線及檢測報告。規(guī)范操作，權(quán)威性強。檢測報告數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富，報表適用性強，并且可以根據(jù)不同用戶需要個性化設(shè)計等。

三相交流干式負(fù)載箱內(nèi)部設(shè)計分為3個區(qū)域。左側(cè)區(qū)域配有4000A斷路器兩臺，用來保護低壓輸出端的負(fù)載，在測試低壓發(fā)電機組時需切斷高壓端電源，以防止電源回流；集裝箱中間設(shè)計為電阻電抗區(qū)，下部為電抗器安裝區(qū)，上部為電阻安裝位置。電阻區(qū)裝設(shè)獨立的冷卻風(fēng)機，保證了整個系統(tǒng)的散熱和使用壽命；集裝箱右側(cè)為控制區(qū)域，可接筆記本電腦遠(yuǎn)程控制。

負(fù)載部分的核心部件的設(shè)計要求：電阻管的選型制作宜采用進口新型材料，溫度系數(shù)低、低阻抗的電阻，防水耐鹽霧耐酸堿，使用無紅熱，加卸載測試時精度不超過±3%。負(fù)載箱電抗器選用優(yōu)質(zhì)防水、防鹽霧、防霉菌的三防材料制造。

匹配相應(yīng)大功率風(fēng)機設(shè)計滿足長期連續(xù)工作，布局設(shè)計合理，保證各處熱量能有效均勻散發(fā)。

負(fù)載箱設(shè)計多重安全保護功能：當(dāng)風(fēng)機發(fā)生機械或電氣故障時、箱內(nèi)超過設(shè)定溫度時負(fù)載自動脫載保護；負(fù)載箱內(nèi)部每段負(fù)載安裝熔斷器具有短路、過電流脫載保護；設(shè)置風(fēng)壓傳感器，當(dāng)負(fù)載工作時風(fēng)量不足或氣流不暢時自動脫載保護；負(fù)載設(shè)置在線絕緣監(jiān)測功能，當(dāng)絕緣不好時，負(fù)載報警并卸載。

負(fù)載為模塊化設(shè)計，當(dāng)某一個模塊發(fā)生故障時，對應(yīng)的負(fù)載卸載，不會影響其他負(fù)載運行，也避免負(fù)載全卸造成被測設(shè)備損壞的可能性。

五、結(jié)語

高低壓發(fā)電機組模塊化負(fù)載檢測系統(tǒng)的應(yīng)用有以下幾個方面：

1.作為柴油發(fā)電機組生產(chǎn)廠移動檢測設(shè)備，可作為出廠檢測、客戶現(xiàn)場檢測租用，避免重復(fù)投資，亦可作為產(chǎn)品提供給客戶；

2.高低壓發(fā)電機組均可使用，將低壓、高壓模塊化負(fù)載及智能化測試系統(tǒng)有機優(yōu)化組合，運輸、組裝簡便，操作使用；

3.負(fù)載加減實現(xiàn)智能化控制，負(fù)載測試穩(wěn)定可靠、檢測精度高；

4.負(fù)載功率因數(shù)實現(xiàn)智能化調(diào)節(jié)，模擬負(fù)載接近實際負(fù)載，有效保證了數(shù)據(jù)中心等應(yīng)急電源的日常維護工作，使備用發(fā)電機組起到可靠的保障作用；

5.高低壓發(fā)電機組模塊化負(fù)載檢測系統(tǒng)的應(yīng)用可作為企業(yè)技改項目、促進產(chǎn)品服務(wù)的轉(zhuǎn)型升級。

參考文獻

[1]楊貴恒，等.柴油發(fā)電機組技術(shù)手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]林小村.數(shù)據(jù)中心建設(shè)與運行管理[M].科學(xué)出版社， 2010.