关于柴油发电机作应急电源电气设计的探讨

关于柴油发电机作应急电源电气设计的探讨摘要：根据有色冶金企业应急负荷的特点，在关键工序增设柴油发电机组作为应急电源，探讨应急负荷计算，优化柴油发电机容量选择等相关电气设计，提高性价比。关键词：柴油发电机；应急电源；电气设计引言在有色冶金企业，广泛应用着各种中温、高温炉窑，为了强化工艺过程，回收余热节能降耗，均采取了相应技术措施。当电网突然停电时，须有应急供电（有的也称为保安供电），确保上述措施的安全。1.柴油发电机的应用传统的应急供电方案，是用大型蓄电池组转换和外接保安供电回路，实践表明，在多数情况下，柴油发电机组有更高的功能价格比，优点与不足分述如下：1.1工作可靠，性能良好。智能化控制，机电系统保护完善，故障率低。1.2操作简单，转换灵活。自动投入功能可在12s内启动机组，同时带1/4额定容量的负荷，启动后转入满负荷工作，瞬时和稳态的电压波动率，均满足要求。1.3机组紧凑，机组与底座之间有减震装置，正常工作噪音较低，有配套的专用消声器。燃油燃烧充分，有害排放物少，对周围空间影响不大。1.4柴油作燃料，价格较低，机组效率高，曾做过测算，发电的单位成本，约为地区电网供电成本的5倍左右。1.5发电机额定电压：400/230V，三相四线制。有多种容量规格供选择。为了靠近负荷，又便于使用管理，可在关键工序，设置相应规格的发电机组，以适应地域广阔的厂区。1.6发电机组启动时，先由蓄电池供电的直流电机驱动，制造厂家规定，连续启动时间不超过30s，若前30s没有成功，继续启动须间隔1～2min。1.7制造厂家承诺，发电机组可以实行无人值守。但日常的保养管理不能疏漏，还要定期进行启动及试运行。2.应急负荷的特点和确定2.1应急负荷的特点①在应急负荷中，有稳定负荷，更多的是电动机启动冲击负荷，且开停比较频繁；②应急工作时，普遍负荷率低。因主工艺从正常生产转入待产保温，应急工作的水泵、风机等设备，负荷率均明显降低；③应急设备的工作同时率相对较高。与现行设计手册上推荐的同时系数计算的结果有很大出入；④企业的常用电突然消失后，一般要经过15～60s的确认时间，才能决定开起发电机组，按既定程序恢复应急供电，而回转式冶金炉需直接启动发电机组，立即倾转炉体。2.2应急供电的确定①因缺少可供借鉴的参数，简捷的做法是采用工况分析、数理统计法。把每台主要应急设备在30min内的负荷变化，绘成负荷曲线或负荷运行表，再汇总成应急负荷工作曲线，从中选取最大应急负荷值，作为选择发电机容量的基础数据；②在计算应急负荷时，会遇到容量较大的单相负荷，应均衡地分配在三相系统上，还要注意可能会有线电压或相电压的不同要求；③计算机实时监控系统应首选不间断电源（UPS）作为应急供电；大型回转式冶金炉（如粗炼转炉、阳极精炼炉）不能用单台柴油发电机作为唯一的应急供电；其它工艺装备均可以选用柴油发电机组作为应急供电。3.柴油发电机的负荷性能3.1发电机功率为有功功率，有两种表征方式：①常用功率，能连续工作12h的稳定输出；②备用功率，在常用功率状态下，每12h内允许超负荷10%，其运行时间不超过1h。3.2允许冲击电流发电机绝缘等级为H级，智能化调节控制，能承受3倍额定电流，历时10s的冲击。因考虑匹配的柴油发动机，制造厂家在出厂时设定：过电流保护为1.5倍发电机额定电流值，允许时间10s，超过时间将切断发动机的燃油停机；过负荷保护为1.2倍发电机额定电流，延时60s发出报警信号。3.3环境因素影响①海拔影响，设计的工作条件，是海拔在2000m以下，若海拔在2000m以上，每增加300m，输出功率将降低3.5%；②环境温度影响，工作环境温度：-40℃～+70℃。超过上述条件，制造厂提供功率修正曲线。低于-4℃时启动，须投用配套的加热装置。3.4主要电气参数及调节①电压，发电机额定电压400/230V；②频率，额定频率50Hz；③功率因数，额定功率因数0.8（滞后）。3.5其它参数及性能①发电机电抗，一般瞬态电抗（x’d）：0.20；次瞬态电抗（xnd）：0.15，准确值可向制造厂家索取；②发电机组防护等级一般为IP23，特殊要求在订货时商定；③启动方式，自动启动和人工控制启动，负荷率在20%左右，允许带负荷直接启动。4.柴油发电机的附属设计4.1发电机输出联接和转换母线由于应急负荷的要求、分布及功率大小等不同，发电机输出与常用电系统的联接主母线及转换形式有两种：①集中转换，用于应急负荷分布相对集中，又靠近发电机组的大宗分路；②单独转换，靠近常用电的单一分路，在应急设备附近转换。4.2自用电系统①较大发电机组的安装场地设有机房、燃油库（装分体油箱）等单间，若无特殊要求，通常机房的照明灯具、开关等可用通用型，燃油库内若装灯具、开关，应考虑防火防爆要求；②发电机组启动用的蓄电池，经常在浮充电状态下。发电机组的冷却水在冬季低温时需要通电加热，均用220V供电，要向制造厂家咨询用电功率，机房的照明、检修等用电也要一起安排。4.3接地系统①发电机的输出为四线制，为确保单相负荷（220V）的电压稳定和用电安全，N相要可靠接地，固定中点电位，不能接错；②发电机组N相接地已联接在机座上，外部宜设专用的接地装置，接地电阻在4Ω左右。用绝缘铜绞线联接，导线截面一般不应外供的N线截面；③电气盘柜的金属框架、转换开关的金属底板、金属电缆桥架等都要保护接零。燃油输送金属管道，虽然不长，也应重复接地。5.结束语结合有色冶金企业的生产工艺，尤其是铜铅锌火法粗炼工厂的实际，论述和探讨采用柴油发电机作应急电源的工程应用和计算，并在确保安全经济运行的基础上，努力提高功能性价比。参考文献：[1]航空工业部第四规划设计研究院.工厂配电设计手册[M].北京：水利电力出版社，1989.[2]钢铁企业电力设计手册编委会.钢铁企业电力设计手册[M].北京：冶金工业出版社，1996.[3]电气工程手册编辑委员会.电气工程手册[M].北京：机械工业出版社.