燃气轮发电机组在通信应急发电车中的应用研究

杨育栋

（浙江邮电职业技术学院，浙江 绍兴312000）

1 燃气轮发电机概述

随着通信运营商移动通信、数据通信、IDC业务的快速发展，新业务不断出现，用户不断的增加，各运营商的核心机房、骨干机房等重要机楼的容量也越来越大，对这些机房的断电保障也提出了更高的容量需求。表1，表2为典型的两地市级机房的容量配置。

表1 某省会城市核心骨干机房容量

表2 某地市核心骨干机房容量

目前，绝大部分的通信应急发电机车都是柴油发电机，容量最大为800 kW。从表中发现800 kW的通信应急发电机车，对于骨干机房容量太大，但对于容量日益增长的核心机房，却已经无法负担。由此可见，中小容量的通信应急发电机车处在一种尴尬的境地，大容量的应急发电机车的应用变得越来越迫切。大功率柴油机改装成移动发电车，其改装难度相当大，目前以柴油机作为大容量的通信应急发电机车还没有太多实例，但随着燃气轮发电机组的兴起，大容量的应急发电机车变得越来越现实。

燃气轮机是一种以连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械。在空气和燃气的主要流程中，只有压气机、燃烧室和燃气透平这三大部件组成的燃气轮机循环，通称为简单循环。燃气轮结构见图1。

图1 燃气轮结构

大多数燃气轮机均采用简单循环方案。因为它的结构最简单，而且最能体现出燃气轮机所特有的体积小、重量轻、启动快、少用或不用冷却水等一系列优点。压气机从外界大气环境吸入空气，并经过轴流式压气机逐级压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再进入到透平中膨胀做功，推动透平带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功。从透平中排出的废气排至大气自然放热。这样，燃气轮机就把燃料的化学能转化为热能，又把部分热能转变成机械能［1］。

2 燃气轮发电机组在通信应急发电车的应用优势

相比较传统的柴油发电机组，燃气轮发电机组在通信应急发电车的应用有以下几个方面的优势。

（1）体积优势

对比某品牌1 600 kW柴油发电机组和燃气轮发电机组，柴油机组的长×宽×高为5 717 mm×2 286 mm×2 321 mm燃气轮机组的长×宽×高为5 500 mm×2 000 mm×2 000 mm，两者体积差别不大。但根据YD／T1269－2012通信用燃气轮机发电机组的规定：燃气轮机发电机组宜采用箱装式，以便于安装、运输、隔热、消声、消防和防震等。可见，燃气轮机组体积数据已经包含了箱体体积，而且由于箱体自带降噪和进排风，所以后期实现车载基本不用太大的改造。而柴油发电机组为实现车载，需要对其降噪和进排风进行改造，其最终的体积可能会更大，从而带来的驾驶、转弯、机房停靠难度大，在一些公共面积狭窄，车位有限的机房，过大的车体带来的后果是致命的。

对比某品牌3 000 kW柴油发电机组和燃气轮发电机组，柴油机组的长×宽×高为8 400 mm×3 300 mm×3 800 mm，燃气轮机组的长×宽×高为7 200 mm×2 600 mm×3 700 mm，根据市场绝大部分机组分析同等功率比较，1 200～1 600 kW带静音箱体的燃机机组约为不带静音箱体的柴油机组的0.8；3 000 kW带静音箱体的燃机机组约为1 600 kW柴油机组的1.2倍，可见更大容量的机组燃气轮在体积上的优势变得更加的明显，若未来超大容量的通信应急发电车得以实现，燃气轮发电机组必定是优先选择。

（2）电气技术指标优势

某品牌柴油发电机组和某燃气轮发电机组电气性能指标比较见表3。

表3 柴油发电机组和燃气轮发电机组电气性能指标

在目前的核心机房、数据中心，对发电机组影响较大的非线性负载UPS电源越来越多，其逆变器或整流器会产生大量谐波，可造成发电机组的损耗增加，降低发电机组的机电转换效率和输出功率，甚至导致发电机组停机。

区别于活塞式柴油机，通信用燃气轮机发电机组的燃气轮机很多为3轴系结构，动力涡轮为气动连接方式，工作时只有旋转运动，且转速高，转动惯量和系统存储能量大，转速稳定不受负荷突变的影响和不易受到谐波的干扰。某型号燃气轮机转速见表4。

表4 某型号燃气轮机转速表

实测表明，燃气轮机发电机组带非线性负载能力是在相同负荷条件下柴油发电机组带载能力的2倍多。因此，通信用燃气轮机发电机组突加突减负载的电气指标、带非线性负载特别是容性负载的能力会明显优于柴油发电机组。

（3）低温启动和带载优势

根据YD／T1269－2012通信用燃气轮机发电机组的规定：环境温度：－15℃～45℃，而根据 YD／T502－2007通信用柴油发电机组的规定：环境温度：－5℃～40℃。在低温状态下，燃气轮发电机组不需任何辅助设备，－15℃仍能正常起动，而柴油发电机组当环境温度低于5℃需用加温器进行预热方能快速起动。同时，燃气轮发电机组启动动之后，60 s左右时间达到恒定额定转速，之后可以立即投入负载运行，机组不需要任何怠速暖机时间，可以快速向设备提供可靠交流电源，节约了大量的时间。而一般的柴油发电机组需要怠速暖机3～5 min，才能进行大负荷的加载，否则对机组将有一定的伤害。同样，在高温状态下，燃气轮发电机组的耐受温度也比柴油发电机组要高5℃。更宽泛的工作温度，对工作在室外的应急发电车来说非常的重要。

（4）运行维护优势

燃气轮机发电机组主要的冷却方式为风冷，在运行中可以避免发生类似柴油发电机组冷却系统的故障，如节温器故障、冷却水泄漏、冷却水沸腾、水系统管路结垢，使整个系统更加可靠、简单。在后期的维护工作中，也避免了大量的冷却水、冷却液添加更换，管道、水泵、阀门、水箱等查漏、检修工作。其他方面的比较见表5。

3 总 结

根据以上分析，在大容量通信应急发电车的应用中，燃气轮发电机组在集功率、电气性能、低温启动性能、运行维护等方面有明显的优势。当然，燃气轮发电机组相比较传统的柴油发电机组也有着燃油消耗大，前期投入成本大等劣势，相信随着设备技术性能的完善，设备厂家生产服务成本的降低，服务体系的完善，燃气轮发电机组必将在大容量通信应急发电车中占有大的比重。

表5 柴油发电机组和燃气轮发电机组运行比较