柴油发电机在电厂的应用

赵越

摘 要：目前，柴油发电机被广泛应用于大型电厂的机组保安电源系统中，当正常厂用电突然中断时，紧急保安电源能及时、安全、可靠地投用。为了保证运行中的电厂在失去正常交流电源的情况下能够安全停运，对电厂柴油发电机组提出了特殊的技术要求。

关键词：柴油发电机；电厂；应用

一、柴油发电机组的技术要求

（一）自起动功能

柴油发电机组必须保证在电厂的全厂停电事故中，能快速自起动带载运行。

（二）带负载稳定运行功能

（1）柴油发电机组自起动成功后，保安负荷分级投入，机组按设置的自动顺序合闸。（2）机组在功率因数为0.8的额定负载下及每隔12h的稳定运行中，允许有累计1h的1.1倍过载运行；发电机允许20s的2倍过载运行。（3）整套柴油发电机组能满足容量不小于0.2倍柴油发电机组额定容量（Pe）的四极笼型异步电动机全电压直接起动。

（三）自动调节功能

（1）柴油发电机组的空载电压整定范围为95%Ue～105%Ue，线电压波形正弦畸变率不大于2%。（2）柴油发电机组在空载状态，突加功率因数小于等于0.4（滞后）、稳定容量为0.2Pe的三相对称负载或在已带80%Pe的稳定负载再突加上述负载时，母线电压0.2s后不低于85%Ue。突减额定容量为0.2Pe的负载时，柴油发电机组升速不超过额定转速的10%。（3）柴油发电机组空载额定电压时的正弦电压波形畸变率不大于5%。柴油发电机组在一定的三相对称负载下，在其中任一相加上25%的額定相功率的电阻性负载，应能正常工作。发电机线电压最大值（或最小值）与三相线电压平均值相差不超过三相线电压平均值的5%。柴油发电机组各部分温升不超过额定运行工况下的水平。

（四）自动控制功能

柴油发电机组属无人值守电站，其控制系统功能有：保安段母线电压自动连续监测；自动程序起动，远方起动，就地手动起动；运行状态的柴油发电机组具备自动检测、监视、报警、保护功能。

（五）模拟试验功能

柴油发电机组在备用状态时，切换开关在模拟位置时，模拟保安段母线电压低至25%Ue或失压状态，能按设定时间快速自起动运行试验，试验中不切换负荷。切换开关在工作位置时，当保安段电压降低至25%Ue时能快速切换带负荷。

二、电气接线

电厂的重要负荷（如事故照明、盘柜控制电源、润滑油系统电机等）需专门的两段保安电源供电。正常情况下，保安段由汽机段和锅炉段分别供电；全厂失电情况下，保安段由柴油发电机供电。典型的保安电源一次接线见图1。

三、柴油发电机组容量选择

（一）发电机容量选择

DL/T5153—2002附录D“柴油发电机组的选择”中对发电机容量选择规定为：发电机连续输出容量应大于最大计算负荷，即Se≥nSc，并注明Se为发电机的额定容量。电厂的柴油发电机组是属于备用机组，因此此处Se应该是备用功率对应的额定容量。按标准JB/T10303—2001中规定，机组超过12h连续运行时，（在按使用说明书规定进行保养的条件下）其输出功率按发动机规定功率的90%修正后折算的电功率，但此时电功率最大不得超过发电机的额定功率。由于这里的Sc为最大计算负荷，它仅会在电厂机炉事故停机过程中的一段时间内出现，且持续时间不会很长，在此之后的时间内，只有部分负荷需要持续供电，其值不会超过最大计算负荷的90%，因此即使发生严重的电网停电事故，电网供电不能很快恢复时需柴油发电机组连续运行超过12h时，也不会超出柴油发电机组的承受能力。

（二）发电机带负荷起动一台最大容量的电动机时短时过负荷能力校验

DL/T5153—2002附录D规定发电机在热状态下，能承受150%Se，时间为15s。

Se≥[nSc+（1.25Kq-K）PDm]/1.5（1）

式中：PDm为最大电动机的额定功率，Kq为最大电动机的起动电流倍数。目前许多制造厂提供的柴油发电机组15s过负荷能力已经超过1.5倍，在校验时再使用式（1）就不能将提高的过负荷能力反映进去。根据公式的实际意义，分母上的1.5就是过负荷倍数，因此在计算时应该用制造厂提供的过负荷倍数代入分母，这样不会浪费柴油发电机组提高的过负荷能力。

（三）柴油机输出功率的复核

在柴油机输出功率的复核的规定中采用了Pr，即标准使用条件（海拔高度0m，空气温度20℃）下的输出功率。此处也要相应的采用备用功率。

在持续1h运行状态下输出功率校验时，考虑了全厂停电1h内，柴油发电机组要有承担最大保安负荷的能力。柴油机1h允许承受能力为1.1Px（Px为折算到实际使用地点的柴油机输出功率）。

DL/T5153—2002附录D中柴油机首次加载能力校验规定：制造厂保证的柴油发电机组首次加载能力，不低于额定功率的50%。为此，要求柴油机的实际输出功率，不小于2倍初始投入的启动有功功率。

Px≥2.5KQ∑P"eDcosφQ（2）

式中：∑P"eD为初始投入的保安负荷额定功率之和，KQ为启动负荷的电流倍数，宜取5；cosφQ为启动负荷的功率因数，宜取0.4。

式（2）使用时有个问题，它只适用于旋转负荷，而首次加载的保安负荷内还包括静止负荷，如果一起计入∑P"eD，再用该公式校验，会使得计算结果偏大。因此，在实际工程应用中，应将首次加载的保安负荷分为旋转负荷和静止负荷两类，对于静止负荷取启动负荷的电流倍数为1，功率因数取0.8进行计算，再根据两类负荷的启动有功功率的总和确定Px是否满足要求。

另外，有的制造厂能保证柴油发电机组首次加载能力超过50%，可以按照制造厂承诺的数值对公式中的系数进行调整。

四、柴油发电机组的一般故障及解决方法

（1）启动程序不当造成柴油发电机不能启动：运行人员应按指示程序启动柴油发电机。（2）负载太大，造成柴油发电机工作频率不稳定：除了供给本厂的应急保安电源外，其他负载应除去。（3）电线接线部分松动，引起输出电压不稳定：检查各连接部分并予以修理，确保输出电压稳定。（4）启动马达故障，使得柴油机不能启动：更换启动马达。（5）启动/停止开关失效，造成柴油发电机不能启动：联系检修对启动/停止开关进行更换。（6）柴油发电机运行中，周率转换器或周率表失效会使得发电机频率不稳定：对周率转换器或周率表进行更换。电子调速器故障：检查电子调速器及转速感知器。（7）机组运转振动过大，引擎速度不稳定，造成发电机电压不稳定：运行人员应检查机组避震设备，调整或更换引擎燃油系统零件，使其速度稳定。

五、结语

综上所述，柴油发电机组在电厂中的设置，是电厂安全性能的要求，也是衡量一个电厂能否安全、可靠、稳定运行的重要指标，在全厂厂用电中断的情况下，它能够快速成功恢复机组供电，为机组尽快恢复运行提供了保障。

参考文献：

[1]郭建飞. 浅析SID-408B保安电源备自投装置在电厂的运用[J]. 南方农机，2018，（03）：170-171.

[2]陈永远，刘晓慧，窦峰. 火力电厂两台柴油发电机互为备用改造[J]. 水利水电施工，2016，（03）：62-64+87.