發(fā)電機(jī)組與不間斷電源

柴油發(fā)電機(jī)組與UPS組成的電源系統(tǒng)對(duì)供電安全要求較高的部門正在廣泛采用，該系統(tǒng)不但要求柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化程度高，更要求交流同步發(fā)電機(jī)必須適應(yīng)UPS這一非線性負(fù)載的特性，使其在無(wú)市電的情況下保證UPS對(duì)負(fù)載可靠供電。本文就發(fā)電機(jī)組與UPS配套中常出現(xiàn)的問(wèn)題及克服辦法作一簡(jiǎn)要介紹，以期用戶在選購(gòu)、配套柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)作為參考。

1 現(xiàn)代同步交流發(fā)電機(jī)現(xiàn)狀

與現(xiàn)代柴油發(fā)電機(jī)組配套的同步交流發(fā)電機(jī)包括引進(jìn)和成套進(jìn)口的有:新時(shí)代(史坦福)、利萊松馬、馬拉松、西門子等，由于性能及結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，普遍采用自勵(lì)恒壓型式，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1(a)為自激式同步交流發(fā)電機(jī)，(b)為PMG(永磁發(fā)電機(jī))激勵(lì)式同步交流發(fā)電機(jī)，它們的根本區(qū)別是:自激式的同步發(fā)電機(jī)從發(fā)電機(jī)的電樞繞組給AVR同時(shí)提供功率源及信號(hào)源，而PMG式AVR功率源從副勵(lì)磁機(jī)電樞繞組取得，發(fā)電機(jī)電樞繞組
只提供信號(hào)源，AVR功率輸出至勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)繞組，并控制其電流，通過(guò)勵(lì)磁機(jī)電樞繞組、旋轉(zhuǎn)整流器、磁場(chǎng)繞組，使發(fā)電機(jī)輸出電壓保持穩(wěn)定。前者AVR的功率輸出受電樞繞組電勢(shì)波形的影響，而負(fù)載性質(zhì)特別是非線性負(fù)載對(duì)電樞繞組電勢(shì)波形的影響比較明顯；后者AVR的功率源取自于PMG的電樞繞組，與發(fā)電機(jī)電樞繞組的電勢(shì)波形畸變無(wú)關(guān)。

2 UPS與同步交流發(fā)電機(jī)互相影響

非線性負(fù)載——UPS對(duì)發(fā)電機(jī)的影響，在多篇文章中已從理論上進(jìn)行了說(shuō)明，因而這里不再?gòu)?fù)述。在應(yīng)用中，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組與UPS選型不合理時(shí)，常發(fā)生以下現(xiàn)象:

(1)發(fā)電機(jī)組輸出電壓振蕩:振蕩范圍高達(dá)額定電壓±(10%-20%)，當(dāng)調(diào)整AVR達(dá)到時(shí)，振蕩仍大于2%。

(2)電流振蕩:在UPS負(fù)載穩(wěn)定的情況下，發(fā)電機(jī)輸出電流在±(20%—50%)范圍內(nèi)振蕩，且電流振蕩無(wú)法調(diào)整。

(3)頻率(轉(zhuǎn)速)振蕩:一般的情況下，頻率振蕩比電壓、電流振蕩范圍小，但影響比較大，導(dǎo)致UPS處于頻繁切換及非正常工作狀態(tài)。頻率振蕩一般在±5%以內(nèi)，柴油機(jī)由于負(fù)載有規(guī)律的忽大忽小，造成其工作也忽強(qiáng)忽弱，柴油發(fā)電機(jī)組振動(dòng)加劇，加速機(jī)械磨損，甚至機(jī)件嚴(yán)重?fù)p壞。頻率振蕩特征之一，即柴油機(jī)工作噪聲有規(guī)律的忽大忽小，因此必須引起高度重視。

(4)UPS工作不正常:一是頻繁切換，當(dāng)頻率、電壓振蕩變化超出UPS輸人工作范圍時(shí)，由蓄電池供電，而發(fā)電機(jī)在無(wú)UPS負(fù)載時(shí)陜復(fù)正常，隨即UPS又自動(dòng)投入以至交錯(cuò)進(jìn)行；二是容易造成UPS旁路工作，對(duì)負(fù)載造成一定影響。

3 常規(guī)配置對(duì)發(fā)電機(jī)組的影響

根據(jù)UPS容量，一般配套發(fā)電機(jī)組的容量為UPS容量的2—2.5倍。而事實(shí)上，U1)S一般工作在50%～80%額定容量，而對(duì)發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，其發(fā)出的功率可能為額定容量的30%左右。這樣不但造成發(fā)電機(jī)組的容量不能充分利用，增加了設(shè)備的投資，造成了“大馬拉小車”的現(xiàn)象，而且使發(fā)電機(jī)組更容易產(chǎn)生故障，增加了維護(hù)量，降低了發(fā)電機(jī)組的工作可靠性，其原因是:

(1)根據(jù)柴油機(jī)的特性，如果在小負(fù)荷下長(zhǎng)期工作，氣缸內(nèi)溫度較低，正常進(jìn)人氣缸內(nèi)的潤(rùn)滑油不能燃燒，而燃油也不能充分燃燒，造成活塞環(huán)處、噴油嘴處積炭嚴(yán)重，氣缸磨損加劇，因而使上述部位加速故障的產(chǎn)生，使柴油機(jī)工作性能下降，排氣冒黑煙。

(2)柴油機(jī)處于30%額定負(fù)載以下，經(jīng)濟(jì)性變差。

綜合各種因素，發(fā)電機(jī)組要求負(fù)載必須在60%以上額定負(fù)載的情況下工作，對(duì)柴油機(jī)較為有利。

4 發(fā)電機(jī)組與UPS的配置

實(shí)際上UPS與發(fā)電機(jī)的功率比可在1:(1—2.5)之間配套，其關(guān)鍵是要考慮發(fā)電機(jī)組中現(xiàn)代同步交流發(fā)電機(jī)的激勵(lì)方式。

當(dāng)采用圖1(a)中的發(fā)電機(jī)，其功率比至少應(yīng)為1:(2—2.5)，但仍不能排除發(fā)電機(jī)組不受UPS的影響，當(dāng)采用圖(b)的PMG發(fā)電機(jī)時(shí)，功率比可取1:1，且能保證發(fā)電機(jī)組正常工作。

常見(jiàn)UPS一般在200kVA以下，而交流無(wú)刷發(fā)電機(jī)為PMG型式的一般為500kVA以上，但PMG可在任何容量的機(jī)型中裝配，同時(shí)需要更換AVR，因而在選型時(shí)必須認(rèn)真考慮。

5 結(jié)語(yǔ)

在發(fā)電機(jī)組與UPS的配套中，其功率比可以做到1:1，而在發(fā)電機(jī)組的選型上，不但要考慮到功率配套適宜，更應(yīng)當(dāng)了解發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁型式，以便能適應(yīng)UPS(非線性負(fù)載)而正常工作