分析应急发电车的配置与管理

2022-08-26徐斌

电气技术与经济 2022年4期

徐斌

（深圳带电科技发展有限公司）

0 引言

应急发电机车是一种用于在紧急情况下提供电力的装置。它在工业生产和保生活用电上得到广泛的应用。正常情况下，工业设备主要依靠电网供电。当电网因故障而突然停电时，应急发电机立即自动启动，为关键区段保供电运行设备供电，通过应急发电机的运行，确保关键设备的安全可靠供电。

1 应急发电车

应急发电机组应具有独立的冷却单元和燃料供应单元，并应具有符合规范要求的启动装置。它可以是一个发电机或电池组。用作应急电源的发电机称为应急发电机。当主电源因火灾或其他灾害发生故障时，应急发电机组应能尽快自动启动并自动接应急配电柜承担额定负荷，最长不超过45s。当主电源恢复时，应急发电机组自动断开。应急发电机的容量应确保主管当局规定的供电范围和持续时间，同时考虑到这些电气设备同时运行的可能性。

2 应急发电车配置的技术要求

2.1 必须即时实现重要负荷允许断电时间要求

建议选择静态储能或动态储能不间断电源，对允许毫秒级停电的负载采用在线运行模式。如信息中心、机场、高铁信号、电视台等重要场所的重要负荷应采用UPS或EPS。对于允许秒内停机的负荷，建议采用具有自动开关功能的静态储能电源或快速自启动发电机组等类型的电源。对于医院和通信单位等重要负荷，应采用快速自起动发电机组等供电方式。建议选择手动或自动启动的发电机组等电源。对于供水、供气等重要负荷，可采用手动启动的柴油发电机组等动力源。

2.2 必须满足自备应急电源需求

对于容量要求为数百兆瓦的，一般采用自备电站式供电；对于容量为兆瓦级的，一般选用大容量发电机组、动态储能装置或静态储能装置，如大容量EPS电源等类型的电源；对于容量为100kW 左右的，一般选用中等容量的静态储能不间断电源，如UPS或具有储能及EPS的小型发电机组等类型的电源；对于容量为千瓦级的，一般选用小容量的静态储能电源，如小型移动UPS、蓄电池、干电池等类型的电源。

2.3 重要负荷持续供电时间和供电质量要求必须满足

对于连续供电时间在12h以内，且对供电质量没有较高要求的，通常可以选择应用一般发电机组作为应急电源；对于连续供电时间在12h以内，且供电质量要求高的，通常可选用优质高供电的发电机组、动态储能不间断供电、静态储能与发电机组合供电；EPS等大容量静态储能装置，可用于2h内连续供电时间，供电质量高。对于连续供电时间在30min以内且供电质量要求较高的情况，可选用小容量静态储能设备，如UPS。对防火、环保有特殊要求的场所，应根据相应的技术要求合理选用应急电源。

某主电网与应急电网间单线原理示意图如图1所示。

图1 某主电网与应急电网间单线原理示意图

它应满足如下要求：

1）应急电网平时可由总配电盘供电，只有当主发电机出现故障或检修时，应急发电机才由发电机组供电。

2）总配电柜通过电源开关（EMCB）和触点开关（ABTS）与应急配电柜连接。应急配电盘的触点开关与总开关之间有一条电气链条，以保证主发电车向电网供电（即主电网不停电），应急发电车组不工作。

3）一旦主电网停电，触点开关自动断开，应急发电机组自动启动装置延时确认后，自动启动应急发电机组，并自动关闭对应急电网的供电。

4）当主电网恢复供电时，应急发电机车主开关立即自动断开，触点开关自动闭合，应急电网恢复由主电网供电，应急发电机组延时后自动停车。

5）平时需要对应急发电机组进行检查和试验，可将应急发电机组工作模式选择开关置于试验位置，此时应急发电机组只能进行空载运行试验；性能试验时，应将总配电板上的应急配电开关（EMCB）打开，使应急发电机组自动启动、自动关闭，向应急电网供电。

6）在一些具有自动管理功能的应急电站中，为了不与主电网发生冲突，允许应急电网在应急发电机运行后才切换到应急发电机。

3 某主电网与应急电网的连接方式

此外，重要设备在发生紧急情况时，除正常情况下由主电网供电外，还必须配备应急电源。以确保设备的正常运行是分别独立的馈线连接到主网格和应急电源，通常采用的连接方式如图2所示，在正常情况下接触开关关闭，重要的负载主要由应急配电盘供电，当主电源故障时，主母线失电时，触点开关自动断开，应急电源自动进入应急电网为这些重要设备供电。这条线路是主电网的组成部分。

图2 主电网与应急电网的连接

4 应急发电机的设计要求

应急发电机应能够在冷却状态下启动，并在启动后20s内提供必要的额定功率，以达到最大设计基础负载。应急发电机必须能够在合适的位置连续运行。一般适用的条件包括5～40℃的温度、100%的湿度、安装场地的标高等。

用于应急发电机的所有基本设备应符合最新的相关国家标准或国际标准。应急发电机应在原工厂组装和测试，并将完整的机身交付到安装现场。原动机型号没有说明，但必须能在15s内启动，性能可靠。不要使用危险的液体燃料，如汽油、酒精、水和类似的高挥发性液体。应急发电机的最小连续总负荷限额不应低于与发电机连接的同时运行的所有装置的功耗。输出电压和频率应在所有负载条件下保持，以保证所有装置的平稳运行。每台应急发电机应安装告示板，并悬挂在应急发电机室和总开关室的显著位置，以指示与应急发电机和电梯连接的安装的负荷。

5 应急发电机的工作原理

首先，总配电板断电，然后是应急配电板断电。应急配电板欠压继电器动作，发电机启动。电压建立后，应急发电机的ACB合闸向各应急回路供电。当主发电机恢复正常启动时，主发电机ACB自动或手动关闭，应急配电盘感应电压信号使应急发电机ACB打开，然后延迟自动停机。

应急发电机组的运行控制原理与主发电机类似。柴油发动机机油低压和冷却水高温报警不停机；启动至少两种能源，通常是电动和液压或弹簧手动启动；柴油用于燃烧（为了节约成本，主发电机经常使用重柴油），柴油柜设置高报警，为了防止柴油外溢对施工区域的安全造成危害，也经常设置高报警；因为它通常是电启动的，还要用专用的启动电池和充放电板；为了保证在正常工况下机舱内能够监控应急发电机的状态，在机舱总配电盘上设置了应急发电机的运行指令。应急发电机的静态调整率为3%，而主发电机的静态调整率为2.5%；应急发电机一般要求一次承载全部应急负荷，不超过2次，主发电机根据汽缸直径不同，可承载全部应急负荷最多3次；有些机组要求应急发电机过载，不能断路只能报警，而主发电机可以优先跳闸和断路。至于应急发电机的具体工作原理和线路，各个厂家有所不同。

6 应急发电机的应用案例

应急发电机用于冶金钢包提升的案例：当市电正常供电时，两台320kW 绕组转子异步电动机带动一台差动减速机，通过万向轴带动另外两台硬齿面减速机，最后使转鼓转动，钢包升降。两台电机分别由两个调压装置控制。通过切换转子电阻和调压装置的组合控制来实现电机的转速控制。当市电出现异常时，由发电机向升降机构供电，将悬在空中的260t钢包转移到安全的地方。

应急供电时，只允许一台电机工作，减速机传动比加倍，输出转矩恒定的条件下，电机升降速度减半。正如前面分析的，在实际操作中，当发电机在空载状态的解除机制（空桶的重量是20t），该系统由发电机和电动机仍能稳定地工作在允许的范围内，发电机（640kW）逆功率（最大额定功率15%）由于小逆功率（5kW）。在发电机（钢包重量230t）负载状态下，绕组异步电机分级切换电阻速度时，发电机系统仍能在1档（额定转速15%）、2档（额定转速30%）、3档（额定转速45%）稳定工作。当所有电阻都移开后（此时晶闸管全开），电机转速大于同步转速，工作在发电状态。由于反向功率（155kW）大于发电机反向功能允许范围，发电机停止超速保护。而电动机在额定负载下，其发电量约为一半。由于晶闸管的调压调速功能，产生了大的谐波电流。频谱分析表明，谐波电流主要是额定电流的5倍和7倍，其值分别为额定电流的1／5和1／7。谐波电流也会对发电机的正常运行产生不利影响。在电机启动阶段，虽然调压调速装置采取了限流措施（额定电流的2倍），但由于线路较长，仍产生较大的线路压降。压降过大会导致系统欠压保护工作。不利于系统的正常运行。

7 加强发电车配置的技术管理

1）电力用户对发电机轿厢开关和工作电源开关应分开设置，不能一起使用，节约成本；发电车运行时，发电车系统与工作供电系统之间各方面至少应设置明显的断线点，以防止发电车反向送电到电网。

2）应采取有效的技术措施，确保工作的电源开关不退出运行，备用电源开关不能投入运行。或待机电源不退出运行，工作电源不能正常运行。值得注意的是，手动操作的开关应设置机械锁存器，电动操作的开关应设置电气或逻辑锁存器。为保证负荷安全高效运行，在额定电压确定后，备用电源应一一正常恢复电气设备的运行。严禁备用电源带负载升压为零。

3）为了尽量减少停电时间，必要时要设置双电源自动切换装置或备用电源自动输入装置，选择这类装置要选择正常厂家质量值得信赖的产品，经电力产品和技术监督部门审批，已允许产品联网运行，设备和人身安全得到有效保障。

4）建立一个双电源自动切换装置，需要注意当工作电源异常，备用电源可以正常投入运行，所有的切换方式，应确保电源开关不能出现自动切换，能由人工操作投入运营，防止设备负载回路压力突然增大，造成人身伤害。应指出，应设置工作电源和备用电源的电压监测装置。备用电源必须有足够的容量，且相对于总负载有一定的冗余度，以保证大容量负载的顺利启动。

5）当负载电路短路或其他短路时，由于故障因其断电而无法及时根除，要保证备用电源不会自动投入运行，以免造成事故或危险。要注意一个负载只能配置一个备用电源。此外，备用电源的保护装置和保护动作值的设定应科学合理，以保证发电机车的稳定、长期运行。