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摘要：本文主要以某大型的工业厂房10kV应急柴油发电机组的设计为研究对象，探究10kV应急柴油发电机组输出电压的选择及10kV市网与柴油发电机之间的并网控制，从而对柴油发电机机房土建条件进行设计与分析，最终为相关工程中存在的应急柴油发电机组设计提供一定的借鉴。
关键词：10kV应急柴油发电机组；大型工业厂房；并网控制
低温多晶硅AMOLED生产线项目的主要工序包括模组、OLED、彩膜以及阵列等，其主要应用到的相关动力设备和工艺设备设施的用电负荷均为一级，其他的设备则属于二级或三级。在一级用电负荷之中，一些如疏散照明、备用照明、工艺冷却水系统、废气处理装置以及新风机组等均是非常重要的负荷。该大型工业厂房的生产过程就是在一个封闭的环境下进行，并且清洁度、温湿度均是封闭的。任何一周连续24h生产，整个生产过程有着很高的自动化水平，并且需要水系统、化学品以及多种气体等维持生产。当发生停电现象时，就会对连续生产工作造成扰乱，从而需要很长的时间才能对其进行修复，这样就会导致出现严重的经济损失，所以这一个项目对于供电的要求是非常高的。文章就结合了笔者的实际工作经验，对于工业厂房中的应急柴油发电机组的设计进行研究，旨在对其他相关的厂房柴油发电机组设计提供一定的帮助。
1 应急柴油发电机组输出电压分析
对于柴油发电机组而言，可以依据其输出电压存在的差异，从而将其划分为10kV高压发电机组和0.4kV低压发电机组。[1]除了由于发电机组的配置存在差异而导致其输出的电压也存在差异之外，两种发电机组在控制系统、发动机以及技术方面并没有太过明显的差异。
过严密的负荷计算，工业厂房的该项目在失电的过程中，应当要求柴油发电机组提供的供电负荷至少为6200kVA。但如果只是依据低压发电机组方面进行分析，则就需要功率为1000kW的发电机组10台。但这样一来就可能造成如下方面的问题：
第一，由于低压回路较多，则就需要进行过多的分切开关设置，这就对于电力SCADA系统控制逻辑造成沉重的负担；第二，现阶段国内0.4kV低压配电柜没有电流能达到6300A的研究报道，如果并联运行发电机组容量过大，则就会出现一系列问题；第三，导致建设投资金额不断增加。例如，在机房建设场地方面的投资以及柴油发电机组的设备成本等。由于在厂区中的应急负荷的位置较为分散，则如果按照0.4kV电力电缆进行供电计算，则就会导致电缆的投资增加。
综合上述几个方面的因素进行考虑，认为采用10kV应急柴油发电机组进行设计最为合理。
2 应急柴油发电机组容量分析
在日常的民用建筑工程建设项目中，要想确定柴油发电机组的容量，都应当考虑到以下几个方面的因素，如最大单台电动机启动校验、消防负荷容量以及非常重要的负荷等。[2]由于该项目特殊的工艺流程，对于供电的可靠性有着十分严格的要求，供配电系统设置为4×2000kVA的不间断动态电源。应急柴油发电机组不单单是其备用电源，更是在建筑内部中的消防负荷及重要负荷的备用电源。就算在整个厂区内排除1号建筑的大多数的建筑物产生火灾事故时，其中拥有重要生产工艺线的1号建筑依然可以保证整个生产过程的顺利进行。因此，在进行设计的过程中，需要通过设备容量计算，并结合最大台电动机启动母线降压校验多方面因素进行考虑，从而选择采用10kV的5×2000kW柴油发电机组，符合率大约为55%。
3 应急柴油发电机组并网控制分析
对于应急柴油发电机组来说，其实现并网控制的核心设备就是并机控制柜和主控制柜，共同完成对于整个柴油发电机组的监示控制及并联控制。整个柴油发电机组应急供电系统运行的核心就是主控制柜，其能判断市电的具体状态，同时还能接收信号，从而顺利完成整个柴油机组开关柜的操作。[3]至于并机控制柜则是分析10kV柴油机组出口和母线的相位差、频率差以及电压差，同时能够实现对机组的相位和频率的调节，满足在并车条件下的脉冲合闸信号。[4]在机组实现并车之后，并机控制柜则就能够依据不同机组的功率分配情况对机组电压及频率进行调节，从而对各个机组的无功功率和有功功率进行调节。并机控制柜对于发电机组具有低频、过电流、过电压等报警及保护功能。
5台柴油发电机组构成的应急系统如图1所示。从图1可知，5台柴油发电机组均存在自动运行和手动运行模式。当处于自动运行状态的时候，一旦市电停电，则市电母线的S1、S2市电进线开关就会自动断开，主控制柜此时就会同时向5台发电机组自动发出信号，从而使其起动开来；而当主控制处于手动控制模式的时候，应急柴油发电机的系统同样也就处在一种手动的状态之下，此时由柴油发电机组选择开关对机组的停止与起动进行有效控制。
图1 柴油发电机应急系统示意图
4 应急柴油发电机组机房土建条件分析
第一，通风方面。机房通风系统对于发电机组的长期安全运行和额定功率输出有重要意义。在设计的过程中应当通过厂家提供的柴油发电机组燃烧空气量和发热量等相关参数，从而对柴油发电机组通风情况进行计算，最终满足机组的运行需求。由于工业厂房自身携带的非线性负载，同样会造成发电机组升温过快，从而为了有效防止发电机升温后对柴油发电机安全运行造成影响，在设计时必须充分考虑到发电机的冷却情况。[5]
第二，机组燃油系统方面。由于该项工程在化学品库设置方面存在室外油罐，则应当充分考虑到成本因素，考虑到柴油发电机组燃油情况与化学品库的燃油存储条件。在设计时可以考虑采用双管路进行供油管路设计，同时需要沿着不同的路径进行敷设，从而有效提升发电机组和供油应急电源系统的科学性和可靠性。
第三，机房布置方面。如果场地条件允许，则应当将很多台的柴油发电机组都安置在不同的防火墙间隔之中，这就能有效防止某一台发电机出现火灾后对其机组产生的损失。若布置时分开进行，则能够大大降低柴油发电机组气体灭火钢瓶数量以及水喷雾系统的水量。[5]机房的温度必须能够充分满足应急柴油发电机组的需求，在布置机房设备时还应当依据台数和尺寸的大小决定，尽可能在保证安全的前提下力求经济合理、维护方便。除此之外，当柴油发电机组的控制室、配电室以及机房等毗邻设置时，则出线端最好布置在配电室或控制室的某一侧，这样能够减少电能损耗、缩短缆线的长度。
结语：
本文对10kV应急柴油发电机组输出电压的选择10kV市网与柴油发电机之间的并网控制，进行设计与分析了柴油发电机机房土建条件，旨在为相关工程中存在的应急柴油发电机组设计提供参考。
参考文献：
[1]马志华,南卫,李岚.CPR1000核电机组重要厂用水泵功率变化对应急柴油发电机负荷影响分析[J].给水排水,2011,04:58-61.
[2]曹宇.核电厂应急柴油发电机组稳态调速率与机组定期试验模式关系的探讨[J].核动力工程,2011,S2:63-68.
[3]张东福,崔建华.基于Matlab的核电站应急柴油发电机组的建模与仿真[J].发电设备,2015,02:149-154.
[4]袁振邦,秦鹏,李汉峰,张春宝.4×150MW燃煤发电厂黑启动柴油发电机组选型研究[J].广东电力,2012,03:44-47+87.
[5]周宁,侯振宇.核电应急柴油发电机组机外压缩空气系统设计及抗震计算[J].内燃机与动力装置,2012,06:4-8+33.
[6]叶晓丽,吴永重.岭澳二期核电工程“一拖一”型应急柴油发电机房的工艺布置设计[J].科技信息,2014,13:349+391.
论文作者:李延
论文发表刊物:《电力设备》2015年第12期供稿
论文发表时间:2016/4/28
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