柴油发电机功率、容量、电压、等级的选择

摘要：在选型之前需要确定所需的柴油发电机类型，包括静音型、手推式、移动式等。一般来说，静音型发电机组适合小型建筑应用，移动电站适合需要移动供电的场合，因此，选择适合自己应用场景的柴油发电机是非常重要的。康明斯公司本文通过计算柴油发电机的选型和考虑实际需求、环境条件等因素，可以选择到较适合您的柴油发电机，确保其具备良好的性能和可靠性。

一、选型的考虑因素

1、负载类型

负载类型分为纯电阻性负载、纯电感性负载、纯电容性负载和混合负载等。其中，纯电阻性负载较为稳定，负载波动较小，所需的发电机额定功率为实际负载功率的1.2-1.5倍；纯电感性负载相对稳定，但有过负载的风险，所需的发电机额定功率为实际负载功率的2-2.5倍；纯电容性负载及混合负载的波动性较大，所需的发电机额定功率为实际负载功率的2.5-3倍。

2、环境条件

环境条件包括温度、气压、海拔高度等。这些因素会影响柴油发电机的输出功率和工作效率。

3、需要供电的设备功率和数量

柴油发电机的额定功率必须大于所需供电设备的总功率，并考虑到设备的启动峰值功率和过载剩余能力。

康明斯发电机组侧面图

二、容量选择

1、选型和数量确定

柴油发电机容量与台数应根据负荷大小和投入顺序以及单台电动机较大启动容量等因素综合确定。当应急或备用负荷较大时，可采用多机并列运行，应急柴油发电机组并机台数不宜超过4台，备用柴油发电机组并机不宜超过7台。额定电压为230V/400V的机组并机后总容量不宜超过3000kW。当受并机条件限制时，可实施分区供电。

2、方案设计

在方案及初步设计阶段，按以下方法估算，并取容量较大值。

（1）按建筑面积估算，建筑面积在10000㎡以上的建筑按15~20w/㎡，建筑面积在10000㎡以下的建筑按10~15w/㎡。

（2）按配电变压器容量估算，占配电变压器的10%~20%。按照我国实际情况，建筑物规模大时取下限，规模小时取上限。

3、施工阶段

施工图阶段，柴油发电机容量选择

（1）按照下述方法进行计算，并取其中容量较大者：

① 按需要供电的稳定负荷来计算发电机容量；

② 按较大的单台电动机或成组电动机启动的需要，计算发电机容量；

③ 按启动电动机时，发电机母线允许电压降计算发电机容量。

（2）施工图设计阶段应根据一级负荷、消防负荷及重要的二级负荷进行计算，并应满足功率较大一台电动机的启动条件。

（3）按其供电范围内的总设备容量计算柴油发电机容量，计算公式如下：

Pe=K·Kx·Pn/η

式中Pe——发电机组的额定功率（kW）；

K——可靠系数（取1.1-1.2）；

Kx——需要系数；

Pn——总设备容量（kW）；

η——并联机组不均匀系数，一般取0.9，单台时取1.0。

（4）按较大一台电动机启动条件校验发电机的容量，即：

Pe≥K·P1+P

式中，Pe——柴油发电机额定功率（kW）；

K——发电机组供电负荷中较大一台电动机的较小启动倍数（见表1）；

P1——较大一台电动机额定功率（kW）；

P——在较大一台电动机启动之前，发电机已带的负荷（kW）。

表1 发电机组供电负荷中较大一台电动机的较小启动倍数 (K)

（5）当柴油发电机组除为消防、安防等负荷供电，同时还为其它非消防重要负荷（如：宴会厅、大型商业营业厅、高级客房、计算机房等照明及部分客梯等）供电时，在火灾发生时，应自动切除非消防重要负荷。发电机的容量应按消防负荷及非消防重要负荷之间的较大者确定发电机的容量。

（6）有电梯和消防水泵负荷时，在全电压直接启动较大一台异步电动机情况下，发电机母线电压应不低于额定电压的80%，当无电梯负荷时，发电机母线电压应不低于额定电压的75%。

      当条件允许时，电动机可采用降压启动方式。电动机的较小启动倍数见表1。

（7）发电机的使用容量应考虑海拔高度及温湿度等环境的影响。

      外界环境气压、温度、湿度等条件不同时，按下表校正系数进行校正，即：实际功率=额定功率×C。 

注：增压柴油机是指柴油发电机组的柴油机带有增压器，增压柴油机工作时，燃烧所需的空气是经增压后送入柴油机。

三、额定电压选择

1、当符合下列情况之一时，宜选择低压柴油发电机组：

（1）电压降能满足规范要求，只需向低压设备供电；

（2）机组不需要并机运行，或并机后总容量不大于3200kW。

2、当符合下列情况之一时，宜选择高压柴油发电机组：

（1）经计算，低压供电不满足电压降要求；

（2）需向高压设备供电时；

（3）多台大容量机组并联运行。

康明斯发电机组后视图

四、性能等级分类

      为了覆盖各供电系统（负载）的不同要求、性能等级划分为：

（1）G1：

      连接的负载只规定基本的电压和频率参数，适用于照明和简单的电气负载。

（2）G2：

      电压特性与电网类似，当负载发生变化时，允许暂时的然而是允许的电压和频率的偏差，适用于照明、水泵、风机等。

（3）G3：

      连接的设备对发电机的电压、频率和波形有特别严格要求，适用于电信负载和晶闸管控制的设备。

（4）G4：

      连接的设备对发电机的电压、频率和波形有特别严格要求，适用于数据处理设备和计算机系统。

五、机组选型

1、采用发电机长期运行的负荷率不应低于15%，且不宜高于85%。

2、为响应节能等绿色设计理念，宜尽量选择机组外形尺寸小、结构紧凑、重量轻、且耗油和辅助设备少的产品，以减少机房的面积和高度。

3、宜选用高速柴油发电机组和无刷励磁交流同步发电机，并选择耗油量少、效率高的产品。配自动电压调整装置。选用的机组应装设快速自启动装置和双电源自动切换装置。 

4、当用电负荷谐波较大时，应考虑对发电机的影响。

5、自启动装置应保证在市电中断后15s内自启动供电，并具有三次自启动功能，其总计时间不大于30s。自启动方式为电气启动（启动电源为直流电压24V）。

6、冷却方式的选择应根据建筑物特点、对应急电源的运行要求、建筑物所处的环境及配置条件选择。

7、宜选用单台机组，且额定容量不宜超过2000kVA。当需多台机组为同一系统并联供电时，发电机组总台数不宜超过4台，此时单台机组的额定容量不宜超过1000kVA：当受并列条件限制时，可分区设置。

8、选用多台机组时，应选择型号、规格和特性相同的机组和配套设备。

9、为同一系统供电的发电机组在两台以上时，应考虑机组并列（并机）运行，但不考虑与当地电力系统的并联运行。其并机的基本条件是：待并机组与系统的相序、电压波形一致（电压波形畸变率不大于10%且都是正弦波）。机组的并机方式，可采用手动准同期法；当两台自启动机组并机时，应采用自动同期法，在机组间同期后再向负荷供电。

10、柴油发电机的单机容量，额定电压为3kV~10kV时不宜超过2400kW，额定电压为1kV以下时不宜超过1600kW。

11、3kV~10kV高压发电机组的电压等级宜与用户侧供电电压等级一致。

12、柴油发电机组产品性能表（参考表2)

表2  康明斯发电机组技术参数表（低压）

注：

（1）柴油发电机组电压等级为AC400V。

（2）本表根据康明斯公司提供的技术资料编制，发电机组型号参数以较新样本为准。

六、功率性质说明

1、持续功率（COP）（恒定负荷持续运行）

      在商定的运行条件下并按制造商的规定进行维护保养，机组以恒定负载持续运行，且每年运行时间不受限制的最大功率。

（1）特性：

      无运行时间限制，为恒定负载连续供电的最大功率，通常用于负荷变化不大，需持续供电的场所（比如金融行业数据中心）。

（2）应用范围

① 固定负载与市电长期并联使用的场所；

② 热电联产业的单位；

③ 功率恒定的同时运行时间不限。

2、基本功率（PRP）（变负荷连续运行）

      在商定的运行条件下并按制造商的规定进行维护保养，机组以可变负载连续运行，其每年运行时间不受限制的最大功率。24h运行周期内允许的平均功率输出（Ppp）应不超过PRP的70%。

（1）特性：

      通常用于负载经常变化，其需要连续供电的场所（比如生产不能停止的工厂）。

（2）应用范围

① 自然灾害偏多且偏远地区，没有市电的用户；

② 调峰、削减用电费率的用户；

③ 年运行时间超过200小时应急备用。

注：推荐至少两台机组+ATS切换功能

3、限时运行功率（LTP）

      在商定的运行条件下并按制造商的规定进行维护保养，机组每年运行时间可达500h的最大功率。

（1）特性：

      通常用于负荷变化不大，无需长期持续供电的场所（如B级数据中心）。

（2）应用范围

① 市电高峰，基底负荷，自用的场所；

② 与市电并网，运行时间≤ 500小时的用户。

4、应急备用功率（ESP）（变负荷限时运行）

      在商定的运行条件下并按制造商的规定进行维护保养，在市电一旦中断或在试验条件下，机组以可变负载运行且每年运行时间可达200h（按100%ESP运行，每次运行一般不超过1h）的最大功率，24h运行周期内允许的平均功率输出 （Ppp）应不超过70%ESP。

（1）特性：

通常用于市电供电可靠的场合，提供短时供电和照明（比如消防负荷）。

（2）应用范围

① 市电供电可靠性高场所；

② 应急备用：人身安全、法定需要的用户；

③ 非法定备用，仅为减少经济损失或设备损坏的用户；

总结：

      现代社会中，在应急电力设计中会经常性将柴油发电机用作备用电源，在其所有参数中设备的功率是较重要的一项指标。如果功率过小将无法为您的用电设备供电；如果功率过大，除了浪费购买成本还会增加维护费用。因此，我们首先应该确定用电负载真实数据，并通过瞬间电流启动系数计算出较终设备的容量，才能真正满足您当前的电力需求和预期的需求。