柴油发电机带超前负荷能力和LAM模块技术

摘要：关于IDC参数中心动辄几万kW的容量要求，传统的低压发电机并联输出的额定电流之和已经突破了汇流铜排和断路器的额定电流极限（通常为6400A），在400～690V的低压装置不能满足要求的情况下，现代IDC数据中心对康明斯发电机组的要点往高压、大容量和多机并列的方向发展，为了实现更高可靠性，往往在传统控制技术基本上，发展出了发电机组的冗余控制，甚至发电机的稳压板自动电压调整器需要具备主备两套调压板，自动互为后备或者采取多通道智能数字化DVR配置运转，当发电机组监控系统、调压板事故或DVR其中一个通道发生损坏时，系统自动转换到备用发电机组控制器、AVR或DVR另一个通道运转，不影响装置的正常运转。

另外，关于IDC参数中心大功率空调压缩主机电动机首次单步突加负载的要点以及美国NFPA110等消防法规对首次单步突加负荷能力（负载接受能力）的要点，发电机服务站都有针对性地推出领悟决方案，像PMG和辅助绕组等传统技术的基础上，结合快速发展的数字技术，发展出了利莱森玛的负荷接收模块（Load Acceptance Module，LAM）技术、cummins发电机技术、CGT和巴斯勒BASLER的DWELL技术，以下以利莱森玛的LAM技术举例说明：

康明斯发电机组较大带载能力是指机组的额定容量，也就是所有能带的负荷的总功率，在这个容量下无过载能力，每年运转时间不能超过200小时。

带负荷能力，就是代表器件的输出电流的大小。 带负荷能力是指，外接器件后，输出的电压或电流大小不受危害的能力。 内阻越小，能够输出大容量的潜力就越大. 这还要看负荷配不配合。要求负荷电阻大，能够输出电压大，这并不能说明它的实载能力就强，相反，在负荷电阻很小的情况下，它也能输出很大的电压，这才是实载能力强。

柴油发电机组容量足够的前提下，发电机在超负载的情形下也会保证足够的转速，这时候发电机的绕组电流超过了额定值，会过热严重，直至烧毁！

因为现代柴油机均采用涡轮增压技术，升功率越来越大，气缸的平均有效压力（BMEP）也越来越大发电机不正常运行状态，突然加大负荷时，发动机速度会瞬间大幅度减少，每分钟几万转高速旋转的涡轮增压器的转速会降低更多，依靠涡轮增压器进行压气的发动机进气量会减轻较多，即使调速装置快速反应，加大喷油量，但由于进气量不能及时跟上，喷入气缸的燃油不能完全燃烧，大部分燃油变成黑烟排放浪费了，导致发动机的输出容量增加有限，因而需要固有的恢复时间。与自然吸气发动机相比，柴油机恢复到额定转速需要更长的时间，如果在发电机的调压系统不考虑柴油机的这一特点，不考虑柴油机和发电机的反应时间存在较大差别这一要素，不考虑从优化发电机组整体电气指标，只片面追求发电机自身的电气指标，那么应通过瞬时增加励磁电流将输出电压快速恢复到额定值。如前所述，由于现代大容量柴油机普遍选取涡轮增压技术而存在的固有滞后效应，此时发动机的速度是不能像发电机那样快速恢复到额定值的，而柴油机的输出功率与速度是成比例的，瞬间就增加了励磁的发电机，输出电压也瞬态达到甚至超过额定值，实时功率需求基本等于甚至大于额定功率了，被拖慢的柴油机的输出功率肯定远远低于额定功率发电机组，在存在比较大的瞬态容量缺口的状况下，柴油机的瞬态转速会进一步拖低，严重时甚至会拖死柴油发电机多久保养一次、停机，发电机输出电压会再次跌落，形成几次反复，从而输出不稳定的电压，相对于快速稳定电压的初衷，可谓欲速则不达，LAM正是解除了柴油机和发电机协同作业，应对突加负荷的一项技术。

当LAM测量到频率下降超过额定电压值的4％左右时（可设置），LAM会改变传统发电机的稳压板，试图瞬态大幅增大励磁电流，提高输出电压到额定电压甚至输出电压过冲（超过额定输出电压），令增压柴油机的负载不减反升，致使柴油机不堪重负，较终死火或者速度崩溃，对此应关于增压型柴油机因高速增压器的速度下降较多，增压器进气量短时间严重不足，即使油门开到较大，柴油机输出容量也无法快速增加，引起提速较慢的机械特性，采用先逐步提高励磁电流，使电压保持在一个既对柴油机起到减载缓冲的效果，同时又不会危害负荷正常作业的偏低输出电压值。因为发电机输出容量（P＝（UxU）/R），因此发动机的负荷（即发电机的输出）相应成二次方地减小，从而帮助发动机能够在偏低的负载水平下迅速恢复转速，增压器的速度恢复到正常额定速度之后，柴油机的进气量才能达到额定的布置水平，此时柴油机才有可能输出额定容量，等增压型柴油机的速度慢慢恢复到额定值之后，再次逐步增大励磁电流，从而恢复输出电压至额定值，从输出电压波形图中可以明显看到，有LAM用途的发电机的输出电压不会像没有LAM功用的发电机的输出电压那样，即电压高效值波形幅值在上下振荡多次之后慢慢收敛，而是在瞬态跌落之后，等速度接近或达到额定值之后，逐步恢复到额定电压值。

LAM电位器通常有两档设置，即8％和15％。当设置8％时，若瞬态突加大负荷，柴油机承受的负载降低值大约是额定值的（100％-8％）的二次方，即84.64％，相当于实际加载到柴油机的负荷减小值相当于负载铭牌功率的15％；若设置15％，若瞬间突加大负载，柴油机承受的负荷降低值大约是额定值的（100％-15％）的二次方，即72.25％，相当于实际加载到柴油机的负荷减轻值为负荷铭牌容量的28％，通过发电机的LAM值的优化设定，找到发电机电压快速恢复和发动机转速快速恢复的较佳平衡点，柴油机的性能和发电机的性能才能完全匹配，达到发电机组的较佳输出性能。

L公司的LAM的专利技术，能帮助发动机在突加负荷时快速恢复速度，从而满足电压降和频率降幅值和恢复时间的要点，轻松应对GB2820标准中G3性能等级要点。

针对参数中心的容性负载，通过选择较大的定子绕组线圈的截面积，以成型绕组代替散嵌绕组等技术工艺，减少发电机的次暂态电抗，减轻发电机的PQ运转特点曲线的粗实线拐点的功率因数，即增强发电机能够承担的较高容性负载比例，例如通过采用各种工艺，使发电机的次暂态电抗由2.5P．U．减少到2.0P．U．，发电机的PQ运行特征曲线。

一般康明斯发电机组带容性负荷能力较弱，而且呈快速衰减回缩。在轻载模式下，要尽量减轻发电机组的带容性负荷，当容性负荷小于20％时，上升速率较为平稳，在发电机的清除能力之内。如果大于30％，则面临较大的过电压的风险。