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金融业柴油发电机组机房探讨

分类目录:行业资讯 | 发布日期:2017-09-08 10:28:29 | 作者:柴油发电机组厂家| 来源:cliftonburt.com |
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金融业柴油发电机组机房探讨

该系统不但要求发电机组自动化程度高,更要求发电机必须适应UPS这一非线性负载的特性,使其在无市电的情况下保障UPS对负载的可靠供电。但在实际选配和使用发电机过程中,经常出现由于发电机容量不足或维护不当等原因,造成市电停电时发电机不能正常工作的情况。如何正确选配金融业机房供电系统中发电机组,如何做好发电机组与UPS的匹配及发电机的使用维护等工作是机房管理人员要特别重视的问题。
一、发电机组主要参数
当前,性能优良的柴油发电机是一个功能完善、功率容量范围大、对环境和场地条件要求低、安装使用方便的小型发电设备。其使用相对广泛,输出容量从数KVA到数兆VA。柴油发电机组主体主要由发动机、发电机和控制系统三部分组成。其中与现代柴油发电机组配套的同步交流发电机由于性能及结构的特点,普遍采用自励恒压型,通常选用自激式同步交流发电机和PMG永磁式激励式同步交流发电机。发电机组包括以下几项主要性能参数。
电压调整率:在负载功率因数为0.8-1、负载空载至满载变化、从冷机到满机及转速下跌4.5%以内等情况下,电压调整率可以控制在±1%以内。
频率调整率:负载从0-100%范围内变化,频率稳定不变。
随机频率波动:负载处于0-100%功率之间任何值,随机频率波动率最大值±0.25%。
电压波形:电路开路空载,最大总波形畸变1.5%,只相平衡负载最大总波形畸变5%。
二、发电机使用中容易产生的问题
金融业机房一般采用“市电——发电机——UPS”并机系统组成的供电系统。系统中,发电机的负载主要包括UPS、机房专用空调、应急照明、消防电梯等,这些负载启动或运行时都会对发电机产生振荡和干扰。尽管在组成“市电——发电机——UPS”供电系统时,发电机的负载量在其额定输出容量范围内,但在实际情况中,市电中断而发电机投人运行过程中却经常发生工作不稳定,产生多种使“发电机——UPS”系统不能正常工作的现象。
1、负载反馈的波动电压造成发电机输出电压稳定度较差,常出现发电机组输出电压振荡现象。UPS整流器允许的输人电压范围一般在±15%巧或更宽,发电机的输出电压不稳定对其影响较小。
2、UPS整流器的输人谐波造成多个过零点。
3、发电机的频率(转速)振荡一般情况下,频率振荡比电压、电流振荡范围小,但影响比较大,导致UPS处于频繁切换及非正常工作状态。频率振荡一般在±5%以内,由于负载有规律地忽大忽小,造成发电机组工作也忽强忽弱,加剧机组振动,加速机械磨损,甚至引起机件严重损坏。频率振荡最明显的特征之一,即柴油机工作噪声有规律地忽大忽小,因此必须引起高度重视。
4、工作不正常空调压缩机启动和电梯升降的瞬间会导致发电机发生±Hz频率漂移,造成UPS频繁切换。当频率、电压振荡变化超出UPS输入工作范围时,UPS由蓄电池供电,而发电机在无UPS负载时恢复正常,随即UPS又自动投人,这样交错进行。频率漂移会对UPS正常运行产生两方面影响。
①不能旁路。在旁路电源的频率和电压处于允许的范围内,UPS的逆变器输出跟踪旁路电源,逆变电源与旁路电源锁相、同步。当旁路电源由发电机提供时,频率会发生快速的变化。当频率变化超出预先设定的极限值时,逆变器频率变化就跟不上旁路电源的频率变化。这时静态旁路开关将禁止切换到旁路在这种情况下切换,有可能造成逆变器过流、短路。在这种旁路电源频率无法跟踪的状况下,UPS只会发出警示性告警,逆变器仍继续提供电源给负载。
②电池寿命缩短。瞬间的大负载波动可能导致发电机频率产生±5Hz的漂移,这将导致可控硅整流器的驱动信号与输入交流电失去同步,造成整流器关闭。在整流器重新启动进人正常工作期间,UPS转为电池供电,这样过分的放电循环将明显缩短电池寿命,更严重的情形是会将电池能量全部放光,中断输出。  
三、发电机运行不稳定原因分析
在“市电——发电机——UPS”供电系统中,UPS电路结构决定了其输人非线性的特性。最典型的是传统双变换在线式UPS,由于其输人端AC/DC变换器是整流滤波电路,它的输入电流是脉动电流,不仅输入功率因数低(0.7一0.8),还包括大量的高次谐波电流(30%一40%)。
低输人功率因数和谐波电流都会通过发电机定子线圈的感性内阻,由于发电机组定子线圈内阻大于电力变压器的短路阻抗,因此发电机更易受到非线性负载的影响,即在同样的负载电流波形失真度(THDI)情况下,其电压波形失真度(THDI)大于变压器。同时的谐波电流使发电机损耗明显增大(磁滞损耗正比于电流频率,涡流损耗比于电流频率的平方及导线的电流趋肤效应),并使得发电机的输出电压波形失真度明显增大,严重影响发电机的正常工作。
此外,负载的阶跃变化、UPS前端滤波器提供的容性电流都是造成发电机组不能正常工作的主要原因。例如,某机房配置的发电机与双变换在线式UPS并机系统,测量发现发电机带载时负荷率达到70%、输人端电流波形失真度4.8%、发电机负载功率因数为容性超前时0.93,发电机带载时UPS会有“旁路电源相位超限,系统降级运行,旁路不可用”等警示性报警信息,同时发电机无功功率显示数据变化较大。
 四、发电机组与UPS的配置
要改善备用发电机与UPS设备之间的匹配问题,在尽量选择性能优良的发电机的同时,应主要改善UPS的输人特性和两种设备之间的连接方式。
1、不同的功率输出对柴油发电机组的影响
根据UPS容量,一般配套发电机组的容量为UPS容量的2-2.5倍。而事实上,UPS一般工作在50%-80%额定容量,对发电机组来说,其发出的功率仅为额定容量的30%左右,这样发电机组的容量不能充分利用,浪费了设备投资,造成了“大马拉小车”的现象,而且使发电机组更容易产生故障,增加了维护量,降低了发电机组的工作可靠性。 
(1)根据柴油机的特性,如果在小负荷下长期工作,气缸内温度较低,造成喷入燃烧室内的燃油不能完全燃烧。一部分未能燃烧的燃油顺缸壁流入曲轴箱,破坏了润滑油的油膜降低润滑效果,造成活塞环处、喷油嘴处积炭严重,气缸磨损加剧,因而使上述部位加速故障的产生,使柴油机工作性能下降。
(2)柴油机处于30%额定负载以下,经济性变差。
综合各种因素,发电机组要求负载必须在60%以上额定负载的情况下工作,对柴油机较为有利。
2、现代同步交流发电机励磁方式的不同对负载的影响 
UPS与发电机的功率比可在1:1-1.5之间配套,关键是要考虑发电机组中现代同步交流发电机的励磁方式。当采用自激式同步交流发电机时,其UPS功率与发电机组功率之比至少应为1:2-2.5,但仍不能排除发电机组不受的影响当采用永磁式发电机时,功率比可取1:1.2-1.25,即可保证发电机组正常工作。
3、与发电机组匹配时选择应考虑的问题
(1)应选择电流波形失真度较小、功率因数较高的UPS,同时UPS应具备高速宽频的整流控制电路,具有旁路锁相频率范围和逆变器同步速率现场可调功能。
(2)UPS应具有斜坡启动功能,保证整流器在发电机上逐渐启动,启动过程应持续大约10秒钟当市电恢复时,整流器应可以通过一个辅助开关逐渐斜坡停止,从而避免干扰其他负载,防止发电机飞车。
(3)UPS还应具有延时启动的功能,防止所有负载在发电机上同时启动,造成发电机过载,延迟时间为0-255秒。
(4)UPS应具有发电机运行时的第二级充电限流,防止出现发电机出力不足,电池组却需要很大充电电流的矛盾,第二级充电限流应为0-0.1C10(C10为电池安时数)可调。
由上可见,UPS发电机与配合的好坏或兼容性,主要取决于发电机输出阻抗和UPS的输人电流失真度。在发电机组与的配套中,其功率比完全可以做到1:1,而在发电机组的选型上,不但要考虑到功率配套适宜,更应了解发电机的励磁型式,以便能适应UPS(非线性负载)而正常工作。
考虑到市电中断时,金融业机房发电机所带负载包括UPS(计算机类设备)、空调、应急电源、消防电梯等设备,对发电机启动干扰较大,一般建议发电机配备容量至少应满足所有负载总功率要求,并留有30%-40%的余量。
五、发电机组的使用与维护
为确保发电机组的安全运行,日常运行维护和快速的故障排除至关重要。根据发电机组的不同,维护和检修的内容、步骤、方法有所区别,一般应按照发电机组保养要求和本单位制定的维护计划进行。
(1)定期检查项目定期测量发电机电池组的电压及内阻情况,并进行记录定期检查空气过滤器、冷却液位、驱动皮带、排烟系统、燃油液位、机油液位、各种控制器及工作环境等情况。
(2)须按照发电机组保养要求及时更换机油、三滤、启动电池及冷却液。
(3)定期由供应商对发电机组进行检测,并出具报告。
(4)定期(至少一个季度一次)进行发电机组空载、带载测试。

针对柴油发电机组出现的故障,应该有步骤有目的地进行检查与分析,切不可盲目检查,胡乱拆卸。应根据故障的异常征兆、迹象、响声、出现时机、变化规律来寻找故障产生的部位,从原理与结构层面进行细致的分析推理,做出正确判断来寻找产生故障原因。查找故障时,应从简到繁、由表及里,按系统部位分段分步骤进行。

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