電力應(yīng)急電源車(chē)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究

錢(qián) 忠，董志文，姜 暉

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司嘉定供電公司，上海 嘉定 201800)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，用戶(hù)對(duì)電力供應(yīng)的可靠性提出了更高要求。為減少用戶(hù)停電時(shí)間，需避免重復(fù)停電、大范圍停電，并通過(guò)翻電、帶電、發(fā)電等方式，最大限度地減少用戶(hù)停電時(shí)戶(hù)數(shù)。在發(fā)電這一環(huán)節(jié)，應(yīng)急電源車(chē)發(fā)揮了不可替代的作用，在重大節(jié)日保電、重要場(chǎng)所保發(fā)電、計(jì)劃?rùn)z修、線(xiàn)路故障停電搶修方面發(fā)揮了重要作用，有效縮短了用戶(hù)停電時(shí)間并提高了供電與保發(fā)電可靠性，被廣大用戶(hù)所認(rèn)可[1-2]。

近10年來(lái)，電源車(chē)市場(chǎng)不斷發(fā)展，對(duì)電源車(chē)的性能和技術(shù)要求不斷提高，電源車(chē)呈現(xiàn)出快速反應(yīng)、高可靠性、靜音作業(yè)、聯(lián)合作業(yè)、多功能性和操作舒適的發(fā)展趨勢(shì)[1-3]。目前，針對(duì)應(yīng)急電源車(chē)的理論研究也在不斷深入。文獻(xiàn)[4]介紹了已開(kāi)發(fā)應(yīng)用低噪聲應(yīng)急電源車(chē)的基本技術(shù)性能和技術(shù)亮點(diǎn)，包括車(chē)載系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)組、控制和操作系統(tǒng)、出線(xiàn)電纜系統(tǒng)、降噪和減震技術(shù)等；文獻(xiàn)[5]從輸出電纜施放、相序檢測(cè)、負(fù)載啟動(dòng)電流估算、運(yùn)行階段的過(guò)程監(jiān)控等4個(gè)方面分析應(yīng)急電源車(chē)的應(yīng)用情況；文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)了一種快速接入裝置，解決了應(yīng)急電源車(chē)在應(yīng)用過(guò)程中供電中斷時(shí)間長(zhǎng)、與用戶(hù)母排連接不匹配等問(wèn)題；文獻(xiàn)[7]對(duì)應(yīng)急電源車(chē)加裝雙電源自動(dòng)切換裝置和改造防凍液電加熱裝置，使應(yīng)急電源車(chē)具備了熱備用和低溫自啟動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)了不受環(huán)境溫度影響的應(yīng)急電源快速接入保電模式；文獻(xiàn)[8]研究了3輛在運(yùn)應(yīng)急電源車(chē)的結(jié)構(gòu)部件、穩(wěn)態(tài)輸出性能、瞬態(tài)輸出性能和額定運(yùn)行噪聲的檢測(cè)，對(duì)應(yīng)急電源車(chē)在運(yùn)行質(zhì)量和可靠性方面的提升與優(yōu)化提出了建議。

現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)應(yīng)急電源車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能分析或某個(gè)部件改良展開(kāi)介紹，而缺乏系統(tǒng)性的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究。本文基于應(yīng)急電源車(chē)的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，從現(xiàn)場(chǎng)勘查、負(fù)荷容量匹配、低壓用戶(hù)母線(xiàn)接排、運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)4個(gè)方面進(jìn)行應(yīng)急電源車(chē)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究，對(duì)應(yīng)急電源車(chē)在使用過(guò)程中存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題展開(kāi)討論，并給出具體實(shí)施方案。

1 現(xiàn)場(chǎng)勘查

應(yīng)急電源車(chē)在使用前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，主要包括停車(chē)位置選取、電纜施放路徑確定、負(fù)荷容量估算和用戶(hù)側(cè)電壓相序檢測(cè)這4個(gè)方面。此處著重介紹停車(chē)位置選取和電纜施放路徑確定。

停車(chē)位置應(yīng)滿(mǎn)足以下要求。

(1)路面應(yīng)堅(jiān)實(shí)平穩(wěn)，避免承載力較差、坑洼地段。坡度過(guò)大時(shí)可采用木塊墊于車(chē)胎后以防止車(chē)輛下坡，車(chē)輛下方和近周?chē)荒苡锌佣?、井蓋、管道等，防止塌方；

(2)事先與用戶(hù)溝通、協(xié)調(diào)，遠(yuǎn)離易燃、易爆場(chǎng)所，如企業(yè)倉(cāng)庫(kù)、危險(xiǎn)品存放點(diǎn)等，避免引起火災(zāi)；

(3)盡量選擇通風(fēng)、散熱性好，不受太陽(yáng)直射的停車(chē)位置，可利于應(yīng)急電源車(chē)在運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)組、輸出電纜等設(shè)備的充分散熱，避免運(yùn)行溫度過(guò)高，必要時(shí)可使用排風(fēng)設(shè)備輔助散熱；

(4)停車(chē)位置及電源車(chē)所有附屬設(shè)備區(qū)域內(nèi)應(yīng)設(shè)置路障、紅白帶、警示牌等，非工作人員不得入內(nèi)。此外，應(yīng)設(shè)置車(chē)輛接地體以保證應(yīng)急電源車(chē)的安全運(yùn)行。

車(chē)輛和用戶(hù)母排位置確定后應(yīng)選擇電纜的施放路徑并估算施放長(zhǎng)度，施放路徑應(yīng)選擇平坦路面，避開(kāi)積水地段，防止電纜絕緣層浸水；禁止電纜在拐角、墻角等處發(fā)生碰撞、擠壓現(xiàn)象。

2 負(fù)荷容量匹配

現(xiàn)場(chǎng)勘查時(shí)應(yīng)對(duì)用戶(hù)的電力設(shè)備情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，確定負(fù)荷側(cè)的需求容量，該容量值可由式(1)表示。

(1)

式中P——負(fù)荷側(cè)需求容量，kW；U——低壓負(fù)荷母排輸出線(xiàn)電壓有效值，400V；I——負(fù)荷側(cè)需求電流，A；cosφ——負(fù)荷的功率因數(shù)。

當(dāng)電纜的傳輸電流大于負(fù)荷側(cè)需求電流且發(fā)熱不嚴(yán)重時(shí)，說(shuō)明應(yīng)急電源車(chē)滿(mǎn)足發(fā)電要求。

電纜的傳輸電流可根據(jù)IEC 60287標(biāo)準(zhǔn)中推薦的公式進(jìn)行計(jì)算，如式(2)和(3)所示。相關(guān)參數(shù)的定義和數(shù)值如表1所示。其中，隔離層熱阻T1、絕緣層熱阻T2、環(huán)境熱阻T3依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算，此處不著重展開(kāi)。

表1 電纜載流量參數(shù)定義及數(shù)值結(jié)果

R=R0[1+α(θ-20)]

(2)

(3)

本文討論的電纜為交聯(lián)聚烯烴絕緣車(chē)輛用電纜，型號(hào)WDZ-DCYJ-125，額定電壓750 V，導(dǎo)體截面積150 cm2，采用空氣敷設(shè)，結(jié)構(gòu)示意圖和尺寸、材料參數(shù)分別如圖1和表2所示。經(jīng)過(guò)計(jì)算，電纜穩(wěn)態(tài)載流量與導(dǎo)體工作溫度的變化曲線(xiàn)如圖2所示。

圖1 電纜結(jié)構(gòu)示意圖

表2 電纜尺寸及材料參數(shù)

圖2 不同溫差下，電纜穩(wěn)態(tài)載流量與導(dǎo)體工作溫度的變化曲線(xiàn)圖

由圖2可知，同一工作溫度下，電纜導(dǎo)體與環(huán)境溫度差Δθ對(duì)電纜載流量的影響較大。也就是說(shuō)，相同工作溫度下，夏季高溫時(shí)的電纜載流量將比冬季低溫時(shí)低很多。

考慮夏季高溫環(huán)境溫度為40℃的情況：對(duì)于額定輸出容量為355 kVA的應(yīng)急電源車(chē)來(lái)說(shuō)，取負(fù)荷率分別為100%，80%和60%，則輸出電纜上的電流、導(dǎo)體工作溫度以及電纜外表皮溫度的計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 環(huán)境溫度為40℃時(shí)，電纜電流、導(dǎo)體工作溫度以及電纜外表皮溫度的計(jì)算值

由表3可知，當(dāng)電纜負(fù)荷率為100%，80%和60%時(shí)，電纜導(dǎo)體的工作溫度達(dá)到92℃，74℃和60℃，電纜外表皮溫度分別達(dá)到82℃，68℃和57℃。由此可見(jiàn)，負(fù)荷率為100%和80%時(shí)，電纜已出現(xiàn)較為嚴(yán)重的發(fā)熱。故正常條件下，應(yīng)急電源車(chē)的帶載率應(yīng)控制在80%以下，特殊情況下需帶載率達(dá)到80%以上時(shí)，應(yīng)采取降溫和散熱措施。

3 低壓用戶(hù)母線(xiàn)接排

目前應(yīng)急電源車(chē)可應(yīng)用于用戶(hù)配電柜、箱式變電站、電纜分支箱、桿變低配變?nèi)劢z箱等場(chǎng)合，在應(yīng)急電源車(chē)出線(xiàn)電纜接口裝置與低壓用戶(hù)母線(xiàn)接排前應(yīng)提前確認(rèn)。

(1)市電輸入斷開(kāi)，即市電輸入側(cè)的高壓隔離開(kāi)關(guān)和低壓側(cè)的負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)均需斷開(kāi)并加掛接地線(xiàn)，同時(shí)低壓用戶(hù)母排與變壓器連接處應(yīng)有明顯斷開(kāi)點(diǎn)，低壓用戶(hù)側(cè)若采用導(dǎo)線(xiàn)或電纜為進(jìn)線(xiàn)時(shí)，應(yīng)保證每個(gè)進(jìn)線(xiàn)端子斷開(kāi)。

(2)用戶(hù)側(cè)應(yīng)停用電梯、空氣壓縮泵等頻繁啟動(dòng)、啟動(dòng)沖擊電流大的設(shè)備，停用電容電流補(bǔ)償設(shè)備，防止損傷應(yīng)急電源車(chē)和其他用戶(hù)設(shè)備。

(3)輸出電纜的連接相序應(yīng)正確無(wú)誤，這在接排前后均需確認(rèn)?，F(xiàn)場(chǎng)勘查時(shí)，使用相序檢測(cè)儀檢測(cè)市電輸入的電壓相序。當(dāng)市電輸入與電源車(chē)輸出電纜的電壓相序相同時(shí)，才可以閉合應(yīng)急電源車(chē)的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。現(xiàn)場(chǎng)接排時(shí)由于市電輸入已斷開(kāi)，應(yīng)將與市電輸入相對(duì)應(yīng)的低壓母排相色順序和輸出電纜的電壓相序保持一致即可。接排后可先對(duì)用戶(hù)側(cè)單獨(dú)的三相動(dòng)力設(shè)備(水泵房、食堂、空調(diào)等)送電，再次確認(rèn)相序正確。

低壓用戶(hù)母線(xiàn)的接排目前有傳統(tǒng)銅接線(xiàn)端子和新型快速接頭2種方式，現(xiàn)場(chǎng)接排時(shí)應(yīng)根據(jù)低壓母排的裝置形式進(jìn)行選擇。新型快速接頭的接入方式克服了銅接線(xiàn)端子螺栓、螺帽固定耗時(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急電源車(chē)與電纜、母線(xiàn)和線(xiàn)路的快速接線(xiàn)，有效提高了接排作業(yè)的快速性、安全性和靈活性[12]。

本文設(shè)計(jì)了一種快速接排方案，如圖3所示。新型快速接頭分為“公”插頭和“母”插頭2種，可快速對(duì)接使用，該種接排方式下電纜兩端快速接頭類(lèi)型相同，無(wú)需考慮兩端接頭類(lèi)型不同而帶來(lái)的接排不便，效率更高。

圖3 快速接排方案

目前，輸出電纜的長(zhǎng)度為50～100 m，基本可以滿(mǎn)足大部分發(fā)電場(chǎng)合下的長(zhǎng)度需求，距離不足時(shí)可通過(guò)快速接頭對(duì)兩根電纜對(duì)接使用以延長(zhǎng)供電距離；若實(shí)際供電距離較小時(shí)，電纜的全部施放易造成繞圈和交叉現(xiàn)象，因此推薦10，20 m的短輸出電纜投入使用，使電纜施放不受供電距離所限。

需要強(qiáng)調(diào)的是，母線(xiàn)接排過(guò)程中電纜可帶電，但不可帶載。應(yīng)急電源車(chē)發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)后，應(yīng)使用鉗形電流表或其他檢測(cè)裝置檢測(cè)低壓母排的三相電壓、頻率、水溫、油壓等，判斷應(yīng)急電源車(chē)運(yùn)行狀態(tài)是否良好。狀態(tài)良好方可合上電源車(chē)送電開(kāi)關(guān)并測(cè)量電流，判斷送電是否正常。

4 運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)

4.1 維護(hù)保養(yǎng)

除了定期維護(hù)保養(yǎng)外，應(yīng)急電源車(chē)在每次保發(fā)電任務(wù)前也需進(jìn)行必要的維護(hù)保養(yǎng)。下面以額定輸出容量為355 kVA的應(yīng)急電源車(chē)為例展開(kāi)討論。

(1)機(jī)油、燃油(柴油)、冷卻液。保證油量充足，滿(mǎn)載時(shí)最少應(yīng)滿(mǎn)足8 h的供電時(shí)間；根據(jù)季節(jié)變化選擇合適的機(jī)油標(biāo)號(hào)類(lèi)型；燃油不能注滿(mǎn)，隨發(fā)隨注，防止燃油受潮；機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中不準(zhǔn)加注燃油，防止發(fā)生火災(zāi)或因加注過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡、空氣等而影響發(fā)電機(jī)組出力[10]。

(2)開(kāi)機(jī)維護(hù)?？蛰d運(yùn)行5～30 min，油壓保持在0.4 MPa以?xún)?nèi)，燃油速率維持在7 L/h左右，輸出線(xiàn)電壓為400 V，表明發(fā)電機(jī)組運(yùn)行正常。

4.2 過(guò)程監(jiān)控

應(yīng)急電源車(chē)正常運(yùn)行后，應(yīng)時(shí)刻查看機(jī)組的機(jī)油、燃油、冷卻液使用情況，油量不足時(shí)應(yīng)停機(jī)加油；同時(shí)還需檢查機(jī)組控制屏面板上電瓶電壓、油壓、水溫、轉(zhuǎn)速、輸出電壓、輸出電流、頻率等運(yùn)行參數(shù)是否正常，具體要求如下。

(1)電瓶電壓從24 V開(kāi)始不斷升高至28 V并保持穩(wěn)定，低于20 V時(shí)電源車(chē)將無(wú)法啟動(dòng)；油壓保持在0.4 MPa左右，轉(zhuǎn)速在1 500 r/min左右，水溫至50～60℃后開(kāi)始分段加載；燃油速率與帶載率有關(guān)，當(dāng)帶載率為60%時(shí)，燃油速率在50～60 L/h之間，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)水溫約為85℃。

(2)輸出電壓、電流在正常值范圍內(nèi)且三相不平衡系數(shù)應(yīng)分別小于10%和30%，頻率約為50 Hz；發(fā)電機(jī)組耐受沖擊電壓幅值為額定電壓的1.5倍，時(shí)間不超過(guò)10 s。

(3)帶載率控制在30%～80%之間，低于30%時(shí)，發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間應(yīng)不超過(guò)30 min。過(guò)載運(yùn)行時(shí)，只能超過(guò)額定負(fù)荷的10%，并且運(yùn)行時(shí)間不能超過(guò)1 h。正常運(yùn)行時(shí)，電源車(chē)頂蓋排煙口為無(wú)色煙，冒青煙為欠載，黑煙為過(guò)載。

(4)某些情況下，如油壓超過(guò)0.5 MPa、水溫超過(guò)98℃等，將造成發(fā)電機(jī)組工作溫度過(guò)高，此時(shí)應(yīng)采取停機(jī)操作或分段卸載負(fù)荷，使帶載率控制在60%以下。不可強(qiáng)制停機(jī)，應(yīng)依靠機(jī)組自身的循環(huán)散熱后再停機(jī)。

(5)遇到人身觸電、設(shè)備故障等緊急情況時(shí)，應(yīng)立即按下電源車(chē)紅色緊急停車(chē)按鈕。

5 結(jié)語(yǔ)

基于應(yīng)急電源車(chē)的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，從現(xiàn)場(chǎng)勘查、負(fù)荷容量匹配、低壓用戶(hù)母線(xiàn)接排、運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)4個(gè)方面開(kāi)展應(yīng)急電源車(chē)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究，結(jié)論如下。

(1)停車(chē)路面應(yīng)堅(jiān)實(shí)平穩(wěn)，遠(yuǎn)離易燃、易爆場(chǎng)所，并且通風(fēng)性、散熱性好。

(2)對(duì)輸出電纜進(jìn)行載流量校核與發(fā)熱分析，確定輸出電纜能否滿(mǎn)足負(fù)荷容量要求以及是否采取降溫和散熱措施。

(3)接排時(shí)應(yīng)將與市電輸入相對(duì)應(yīng)的低壓母排相色順序和輸出電纜的電壓相序保持一致，并根據(jù)低壓母排的裝置形式選擇接排方式。

(4)帶負(fù)載運(yùn)行后，必須時(shí)刻查看機(jī)組控制屏面板上的油壓、水溫、轉(zhuǎn)速、輸出電壓、電流、頻率等運(yùn)行參數(shù)是否在正常范圍內(nèi)。