備用發(fā)電機(jī)在配網(wǎng)供電中的應(yīng)用探討

趙松雷 趙炳旭

摘 要：深入研究了配網(wǎng)供電中備用發(fā)電機(jī)的作用以及備用發(fā)電機(jī)并聯(lián)入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，綜合分析了備用發(fā)電機(jī)選擇的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境指標(biāo)，并從發(fā)電機(jī)容量、發(fā)電機(jī)類型、發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)和發(fā)電機(jī)控制等方面研究了備用發(fā)電機(jī)的應(yīng)用，以期為供電企業(yè)電網(wǎng)規(guī)劃提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：供電企業(yè);配網(wǎng)供電;備用發(fā)電機(jī);自動(dòng)化控制

0 引言

根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50052—2009），配電網(wǎng)除雙重電源供電外，還應(yīng)當(dāng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。其中，應(yīng)急電源是指維持電氣設(shè)備、電氣裝置運(yùn)行的供電系統(tǒng)，其設(shè)置目的是降低非正常停電對(duì)環(huán)境、設(shè)備造成的損失和傷害。

1 備用發(fā)電機(jī)在配網(wǎng)供電中的并網(wǎng)方式

在配網(wǎng)供電系統(tǒng)中，備用發(fā)電機(jī)可通過并聯(lián)方式并網(wǎng)，如圖1所示，且每個(gè)發(fā)電機(jī)都具備能夠調(diào)節(jié)子電壓和頻率的控制器。當(dāng)配網(wǎng)供電中斷時(shí)，控制器會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)，經(jīng)總線并聯(lián)兩臺(tái)及以上的備用發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)備用發(fā)電機(jī)荷載負(fù)載均衡，保障各發(fā)電機(jī)均衡提供負(fù)載需要的總電量。通過多臺(tái)子備用發(fā)電機(jī)均衡負(fù)載，可滿足特殊情況的供配電需求。

2 備用發(fā)電機(jī)組選擇依據(jù)

在選擇備用發(fā)電機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)供電配網(wǎng)內(nèi)供電保障類型合理選擇備用發(fā)電機(jī)組。當(dāng)備用發(fā)電機(jī)組作為通信保障供電時(shí)，必須符合《通信用柴油發(fā)電機(jī)組的進(jìn)網(wǎng)質(zhì)量認(rèn)證檢測(cè)實(shí)施細(xì)則》24項(xiàng)性能指標(biāo)要求和GB 2820—1997中G3、G4級(jí)發(fā)電機(jī)規(guī)定要求，并通過行業(yè)主管部門設(shè)立的通信電源設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)監(jiān)督。當(dāng)備用發(fā)電機(jī)組作為軍事通信供電用柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)，應(yīng)滿足《通信電源設(shè)備的質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)定和GB 2820—1997中相關(guān)要求，并經(jīng)相關(guān)組織部門檢驗(yàn)。在選擇備用發(fā)電機(jī)組時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮發(fā)電機(jī)組機(jī)械性能、電氣性能、負(fù)荷容量、變化范圍和自動(dòng)化功能等。結(jié)合發(fā)電機(jī)組用途，確定備用發(fā)電機(jī)容量、變化范圍，并根據(jù)供電保障需求合理選擇發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化功能。

3 備用發(fā)電機(jī)組選擇要求

根據(jù)供電配網(wǎng)相關(guān)政策要求，選擇備用發(fā)電機(jī)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下性能指標(biāo)：

3.1 ? ?外觀要求

在選擇備用發(fā)電機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)供配電要求合理選擇發(fā)電機(jī)界限尺寸、安裝尺寸、連接尺寸等，并檢查機(jī)組焊接質(zhì)量、焊縫質(zhì)量，確保焊縫均勻，無虛焊、空焊、漏焊、夾渣、氣孔等問題，確保發(fā)電機(jī)外觀無明顯裂縫、脫落、銹蝕等現(xiàn)象，鍍層應(yīng)光滑，機(jī)組緊固件應(yīng)緊固到位，無松動(dòng)、脫落等問題。備用發(fā)電機(jī)電氣安裝應(yīng)符合電氣電路圖要求，機(jī)組各導(dǎo)線連接處不應(yīng)出現(xiàn)易脫落的明顯標(biāo)志，柴油發(fā)電機(jī)端子接觸應(yīng)良好、可靠。此外，在備用發(fā)電機(jī)進(jìn)場(chǎng)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)檢查發(fā)電機(jī)標(biāo)牌內(nèi)容，確保發(fā)電機(jī)型號(hào)、參數(shù)與標(biāo)牌相符。

3.2 ? ?絕緣電阻與絕緣強(qiáng)度

備用發(fā)電機(jī)選擇應(yīng)符合配電網(wǎng)絕緣電阻和絕緣強(qiáng)度要求，備用發(fā)電機(jī)獨(dú)立電氣回路接地及回路間絕緣電阻應(yīng)不小于2 MΩ，回路接地及回路間承載的交流試驗(yàn)電壓應(yīng)確保1 min內(nèi)無擊穿或閃絡(luò)問題?；芈冯妷汉驮囼?yàn)電壓應(yīng)控制在100～1 440 V。

3.3 ? ?相序要求

發(fā)電機(jī)控制屏幕接線端子相序排布應(yīng)遵循自左至右或由上而下的順序。

3.4 ? ?運(yùn)行溫度要求

備用發(fā)電機(jī)運(yùn)行應(yīng)具備加熱裝置，滿足特殊情況下應(yīng)急啟動(dòng)及快速加載時(shí)機(jī)油溫度要求。備用發(fā)電機(jī)冷卻介質(zhì)溫度應(yīng)大于15 ℃。

3.5 ? ?備用發(fā)電機(jī)可靠性檢查

在供電配網(wǎng)中，為滿足應(yīng)急情況下備用發(fā)電機(jī)快速啟動(dòng)、切換要求，供電企業(yè)應(yīng)定期對(duì)備用發(fā)電機(jī)進(jìn)行可靠性檢查，重點(diǎn)檢查備用發(fā)電機(jī)接到自控或遙控啟動(dòng)指令后是否自動(dòng)啟動(dòng);機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)3次失敗后是否自動(dòng)發(fā)出啟動(dòng)失敗信號(hào)，控制程序是否將啟動(dòng)指令發(fā)送給另一臺(tái)備用機(jī)組;啟動(dòng)命令發(fā)出至供電荷載時(shí)間應(yīng)控制在3 min以內(nèi);備用發(fā)電機(jī)加載后不應(yīng)低于標(biāo)定負(fù)載的50%;當(dāng)發(fā)出停機(jī)指令或供配電供電恢復(fù)后，備用發(fā)電機(jī)控制是否能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)切換或自動(dòng)停機(jī)，且其停機(jī)延遲應(yīng)符合發(fā)電機(jī)參數(shù)要求。

3.6 ? ?電力參數(shù)

在備用發(fā)電機(jī)容量滿足應(yīng)急供電要求的前提下，備用發(fā)電機(jī)空載電壓整定范圍應(yīng)控制在標(biāo)定電壓的95%～105%。同時(shí)，備用發(fā)電機(jī)應(yīng)具備相應(yīng)的自動(dòng)保護(hù)功能，當(dāng)發(fā)電機(jī)組、線路出現(xiàn)250 kW以內(nèi)短路、過電流、溫度過高、油壓過低時(shí)，備用發(fā)電機(jī)應(yīng)自動(dòng)報(bào)警。同時(shí)，在空載額定標(biāo)壓下，備用發(fā)電機(jī)線電壓波形正弦畸變率應(yīng)控制在5以內(nèi)，電壓穩(wěn)態(tài)調(diào)整率應(yīng)控制在32%以內(nèi)，電壓穩(wěn)定時(shí)間應(yīng)小于1.5～2 s，電壓波動(dòng)率應(yīng)小于0.5%。

3.7 ? ?噪聲控制

根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求和城市噪聲控制要求，備用發(fā)電機(jī)1 m處噪聲聲壓平均值應(yīng)低于102 dB，其運(yùn)行時(shí)外部噪聲中，白天噪聲應(yīng)低于50 dB，夜間噪聲應(yīng)低于45 dB。經(jīng)研究表明，當(dāng)噪聲低于40 dB時(shí)，工作人員能夠保持注意力集中;當(dāng)噪聲高于50 dB時(shí)，工作人員易出現(xiàn)情緒暴躁、聽力下降、神經(jīng)衰弱等問題。因此，供電企業(yè)在選擇發(fā)電機(jī)組時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)噪聲控制的衡量，保障供電企業(yè)工作人員身心健康。

3.8 ? ?運(yùn)行工況

除備用發(fā)電機(jī)電力參數(shù)要求外，還需綜合考慮發(fā)電機(jī)負(fù)荷和能耗，在標(biāo)定工況下連續(xù)運(yùn)行12 h（包括過載10 h，運(yùn)行1 h）情況下，測(cè)算發(fā)電機(jī)組能耗情況，并與技術(shù)說明書進(jìn)行核對(duì)，確保發(fā)電機(jī)能耗滿足經(jīng)濟(jì)指標(biāo)控制要求。在運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)工程中，供電企業(yè)應(yīng)對(duì)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查，重點(diǎn)檢查有無漏水、漏氣等情況。

3.9 ? ?備用發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化控制要求

根據(jù)關(guān)鍵供電保障區(qū)域用電負(fù)荷、容量、切換保障時(shí)間等要求，供電企業(yè)應(yīng)合理選擇智能型機(jī)組和非智能型機(jī)組。一般而言，發(fā)電容量200 kW以上時(shí)應(yīng)選擇智能型發(fā)電機(jī)組，其自動(dòng)化控制水平應(yīng)能實(shí)現(xiàn)遙控開關(guān)、緊急停車、主備切換、工作狀態(tài)切換、自動(dòng)和手動(dòng)工作方式切換、異常保護(hù)、輸出功率遙測(cè)等功能，并具備通用型通信接口，包括R5-232和RS-485/422接口，并支持完整的通信協(xié)議。

4 備用發(fā)電機(jī)組選擇

在配網(wǎng)供電系統(tǒng)中，備用發(fā)電機(jī)組主要用于應(yīng)急供電迅速恢復(fù)、切換、應(yīng)急保障等。一般而言，備用發(fā)電機(jī)通常長(zhǎng)期處于停機(jī)備用狀態(tài)，只有當(dāng)供配電網(wǎng)絡(luò)全部出現(xiàn)故障斷電時(shí)才會(huì)啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)組，當(dāng)主用電源恢復(fù)正常后，通過自動(dòng)切換或手動(dòng)切換方式切斷備用發(fā)電機(jī)組的供電。在選擇備用發(fā)電機(jī)組時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮發(fā)電機(jī)組容量、機(jī)組臺(tái)數(shù)、發(fā)電機(jī)類型和控制技術(shù)。

（1）發(fā)電機(jī)容量選擇。作為備用發(fā)電機(jī)，其時(shí)間間隔一般小于12 h，可按用戶功率計(jì)算12 h內(nèi)用電容量，并以此選擇相應(yīng)容量的備用發(fā)電機(jī)。備用發(fā)電機(jī)組容量應(yīng)滿足一級(jí)負(fù)荷中單臺(tái)最大負(fù)荷要求，并對(duì)發(fā)電機(jī)輸出功率進(jìn)行校驗(yàn)，防止因輸出功率不足而影響用戶供電可靠性。（2）備用發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)確定。為滿足備用發(fā)電機(jī)的可靠性要求，避免因單臺(tái)發(fā)電機(jī)故障影響應(yīng)急情況下供電需求，至少選擇兩臺(tái)備用發(fā)電機(jī)組成發(fā)電機(jī)組，必要時(shí)可選擇兩臺(tái)以上發(fā)電機(jī)組成并聯(lián)供電系統(tǒng)。應(yīng)選擇相同型號(hào)、功率、容量、調(diào)壓、調(diào)速特性的發(fā)電機(jī)，并按比例分配功率荷載，避免出現(xiàn)一臺(tái)備用發(fā)電機(jī)故障情況下，單臺(tái)發(fā)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過載導(dǎo)致設(shè)備故障、供電中斷等問題。（3）發(fā)電機(jī)類型選擇。綜合發(fā)電機(jī)技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，供電企業(yè)應(yīng)選擇低油耗、高速、增壓發(fā)電機(jī)。相較于其他類型的發(fā)電機(jī)，高速發(fā)電機(jī)單機(jī)容量大，占據(jù)空間小，調(diào)速性能良好，可滿足應(yīng)急情況下快速切換、恢復(fù)供電的技術(shù)要求。發(fā)電機(jī)類型應(yīng)選配無刷勵(lì)磁或復(fù)勵(lì)裝置的同步電機(jī)，該類型電機(jī)故障率低，維護(hù)維修簡(jiǎn)單方便，能夠降低供電企業(yè)設(shè)備維護(hù)成本，提高供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。（4）備用機(jī)組控制。為保障供電系統(tǒng)故障時(shí)備用發(fā)電機(jī)能夠快速投入、啟用，供電企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)備用發(fā)電機(jī)組控制邏輯、控制方式，并進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和選擇。當(dāng)主電源故障時(shí)，備用機(jī)組應(yīng)能快速啟動(dòng)并恢復(fù)供電，一級(jí)負(fù)荷切換時(shí)間要求一般為幾秒至十幾秒，應(yīng)根據(jù)用戶供電需求合理確定。當(dāng)重要用戶供電中斷后，備用發(fā)電機(jī)應(yīng)經(jīng)3～5 s延時(shí)確定，以此避開瞬時(shí)電壓降低及供電電網(wǎng)合閘或其他備用發(fā)電機(jī)投入時(shí)間，經(jīng)確定后，發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令，發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)。

5 結(jié)語

新時(shí)期背景下，供電企業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)、生活的主要?jiǎng)恿碓?，其重要性不言而喻。受自然、設(shè)備、突發(fā)情況等影響，供電企業(yè)主電源故障、中斷供電等風(fēng)險(xiǎn)客觀存在，將對(duì)生產(chǎn)、活動(dòng)、軍事、醫(yī)療等方面產(chǎn)生重要影響。在此背景下，供電企業(yè)應(yīng)結(jié)合用戶用電需求和供電保障要求，深入研究備用發(fā)電機(jī)技術(shù)方案，從技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性等方面合理選擇備用發(fā)電機(jī)，保障供電企業(yè)供電連續(xù)性、可靠性，降低非正常斷電對(duì)用戶生產(chǎn)、生活的影響，提高用戶滿意度。

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收稿日期：2020-11-12

作者簡(jiǎn)介：趙松雷（1970—），男，吉林白山人，助理工程師，研究方向：配電網(wǎng)運(yùn)行。