新聞主題	柴油發(fā)電機帶超前負載能力和LAM模塊技術(shù)

 

摘要：針對IDC數據中心動(dòng)輒幾萬(wàn)kW的功率要求，傳統的低壓發(fā)電機并機輸出的額定電流之和已經(jīng)突破了匯流銅排和斷路器的額定電流極限（一般為6400A），在400～690V的低壓系統無(wú)法滿(mǎn)足要求的情況下，現代IDC數據中心對柴油發(fā)電機組的要求往高壓、大容量和多機并機的方向發(fā)展，為了實(shí)現更高可靠性，往往在傳統控制技術(shù)基礎上，發(fā)展出了發(fā)電機組的冗余控制，甚至發(fā)電機的AVR自動(dòng)電壓調節器需要具備主備兩套AVR，自動(dòng)互為備用或者采用多通道智能數字化DVR配置運行，當發(fā)電機組控制器、AVR故障或DVR其中一個(gè)通道出現故障時(shí)，系統自動(dòng)切換到備用發(fā)電機組控制器、AVR或DVR另一個(gè)通道運行，不影響系統的正常運行。

 

另外，針對IDC數據中心大容量空調壓縮主機電動(dòng)機首次單步突加負載的要求以及美國NFPA110等消防法規對首次單步突加負載能力（負載接受能力）的要求，發(fā)電機廠(chǎng)家都有針對性地推出了解決方案，像PMG和輔助繞組等傳統技術(shù)的基礎上，結合快速發(fā)展的數字技術(shù)，發(fā)展出了利萊森瑪的負載接收模塊（Load Acceptance Module，LAM）技術(shù)、康明斯發(fā)電機技術(shù)、CGT和巴斯勒BASLER的DWELL技術(shù)，以下以利萊森瑪的LAM技術(shù)舉例說(shuō)明：

 

 一、柴油發(fā)電機組帶載能力的定義

 

柴油發(fā)電機組最大帶載能力是指機組的額定功率，也就是所有能帶的負載的總功率，在這個(gè)功率下無(wú)過(guò)載能力，每年運行時(shí)間不能超過(guò)200小時(shí)。

帶負載能力，就是代表器件的輸出電流的大小。 帶負載能力是指，外接器件后，輸出的電壓或電流大小不受影響的能力。 內阻越小，能夠輸出大功率的潛力就越大. 這還要看負載配不配合。要求負載電阻大，能夠輸出電壓大，這并不能說(shuō)明它的帶載能力就強，相反，在負載電阻很小的情況下，它也能輸出很大的電壓，這才是帶載能力強。

 

柴油發(fā)電機組功率足夠的前提下，發(fā)電機在超負荷的情況下也會(huì )保證足夠的轉速，這時(shí)候發(fā)電機的繞組電流超過(guò)了額定值，會(huì )發(fā)熱嚴重，直至燒毀！

 

二、發(fā)電機的負載接收模塊（LAM）技術(shù)

 

由于現代柴油機均采用渦輪增壓技術(shù)，升功率越來(lái)越大，氣缸的平均有效壓力（BMEP）也越來(lái)越大，突然加大負載時(shí)，發(fā)動(dòng)機轉速會(huì )瞬間大幅度降低，每分鐘幾萬(wàn)轉高速旋轉的渦輪增壓器的轉速會(huì )降低更多，依靠渦輪增壓器進(jìn)行壓氣的發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣量會(huì )降低較多，即使調速系統快速反應，加大噴油量，但由于進(jìn)氣量不能及時(shí)跟上，噴入氣缸的燃油不能完全燃燒，大部分燃油變成黑煙排放浪費了，導致發(fā)動(dòng)機的輸出功率增加有限，因而需要固有的恢復時(shí)間。與自然吸氣發(fā)動(dòng)機相比，柴油機恢復到額定轉速需要更長(cháng)的時(shí)間，如果在發(fā)電機的調壓系統不考慮柴油機的這一特性，不考慮柴油機和發(fā)電機的反應時(shí)間存在較大差異這一因素，不考慮從優(yōu)化發(fā)電機組整體電氣指標，只片面追求發(fā)電機自身的電氣指標，那么應通過(guò)瞬時(shí)增加勵磁電流將輸出電壓快速恢復到額定值。如前所述，由于現代大功率柴油機普遍采用渦輪增壓技術(shù)而存在的固有滯后效應，此時(shí)發(fā)動(dòng)機的轉速是無(wú)法像發(fā)電機那樣快速恢復到額定值的，而柴油機的輸出功率與轉速是成比例的，瞬間就增加了勵磁的發(fā)電機，輸出電壓也瞬間達到甚至超過(guò)額定值，實(shí)時(shí)功率需求基本等于甚至大于額定功率了，被拖慢的柴油機的輸出功率肯定遠遠低于額定功率，在存在比較大的瞬間功率缺口的情況下，柴油機的瞬間轉速會(huì )進(jìn)一步拖低，嚴重時(shí)甚至會(huì )拖死、停機，發(fā)電機輸出電壓會(huì )再次跌落，形成幾次反復，從而輸出不穩定的電壓，相對于快速穩定電壓的初衷，可謂欲速則不達，LAM正是解決了柴油機和發(fā)電機協(xié)同工作，應對突加負載的一項技術(shù)。

 

當LAM檢測到頻率下降超過(guò)額定電壓值的4％左右時(shí)（可設置），LAM會(huì )改變傳統發(fā)電機的AVR，試圖瞬間大幅增大勵磁電流，提高輸出電壓到額定電壓甚至輸出電壓過(guò)沖（超過(guò)額定輸出電壓），令增壓柴油機的負載不減反升，導致柴油機不堪重負，最終死火或者轉速崩潰，對此應針對增壓型柴油機因高速增壓器的轉速下降較多，增壓器進(jìn)氣量短時(shí)間嚴重不足，即使油門(mén)開(kāi)到最大，柴油機輸出功率也無(wú)法快速增加，導致提速較慢的機械特點(diǎn)，采取先逐步提高勵磁電流，使電壓保持在一個(gè)既對柴油機起到減載緩沖的效果，同時(shí)又不會(huì )影響負載正常工作的較低輸出電壓值。由于發(fā)電機輸出功率（P＝（UxU）/R），因此發(fā)動(dòng)機的負載（即發(fā)電機的輸出）相應成二次方地降低，從而幫助發(fā)動(dòng)機能夠在較低的負載水平下迅速恢復轉速，增壓器的轉速恢復到正常額定轉速之后，柴油機的進(jìn)氣量才能達到額定的設計水平，此時(shí)柴油機才有可能輸出額定功率，等增壓型柴油機的轉速慢慢恢復到額定值之后，再次逐步增大勵磁電流，從而恢復輸出電壓至額定值，從輸出電壓波形圖中可以明顯看到，有LAM功能的發(fā)電機的輸出電壓不會(huì )像沒(méi)有LAM功能的發(fā)電機的輸出電壓那樣，即電壓有效值波形幅值在上下振蕩多次之后慢慢收斂，而是在瞬間跌落之后，等轉速接近或達到額定值之后，逐步恢復到額定電壓值。

 

LAM電位器一般有兩檔設置，即8％和15％。當設置8％時(shí)，若瞬間突加大負載，柴油機承受的負載減少值大約是額定值的（100％-8％）的二次方，即84.64％，相當于實(shí)際加載到柴油機的負載減少值相當于負載銘牌容量的15％；若設置15％，若瞬間突加大負載，柴油機承受的負載減少值大約是額定值的（100％-15％）的二次方，即72.25％，相當于實(shí)際加載到柴油機的負載減少值為負載銘牌容量的28％，通過(guò)發(fā)電機的LAM值的優(yōu)化設定，找到發(fā)電機電壓快速恢復和發(fā)動(dòng)機轉速快速恢復的最佳平衡點(diǎn)，柴油機的性能和發(fā)電機的性能才能完全匹配，達到發(fā)電機組的最佳輸出性能。

 

L公司的LAM的專(zhuān)利技術(shù)，能幫助發(fā)動(dòng)機在突加負載時(shí)快速恢復轉速，從而滿(mǎn)足電壓降和頻率降幅值和恢復時(shí)間的要求，輕松應對GB2820標準中G3性能等級要求。

 

三．發(fā)電機帶超前負載能力

 

針對數據中心的容性負載，通過(guò)采用較大的定子繞組線(xiàn)圈的截面積，以成型繞組代替散嵌繞組等技術(shù)工藝，降低發(fā)電機的次暫態(tài)電抗，降低發(fā)電機的PQ運行特性曲線(xiàn)的粗實(shí)線(xiàn)拐點(diǎn)的功率因數，即提高發(fā)電機能夠承擔的最高容性負載比例，例如通過(guò)采用各種工藝，使發(fā)電機的次暫態(tài)電抗由2.5P．U．降低到2.0P．U．，發(fā)電機的PQ運行特性曲線(xiàn)粗實(shí)線(xiàn)拐點(diǎn)的功率因數由超前0.97降低到超前0.92。

柴油發(fā)電機的典型帶載特性曲線(xiàn)（發(fā)電機的PQ運行特性曲線(xiàn)）如圖1所示。

 

發(fā)電機的PQ運行特性曲線(xiàn)

 

通常柴油發(fā)電機組帶容性負載能力較弱，而且呈快速衰減回縮。在輕載模式下，要盡量減少發(fā)電機組的帶容性負載，當容性負載小于20％時(shí)，上升速率較為平穩，在發(fā)電機的處理能力之內。如果大于30％，則面臨較大的過(guò)電壓的風(fēng)險。 

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