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新聞主題 |
10kv高電壓柴油發(fā)電機組技術(shù)特征 |
高電壓柴油發(fā)電機組的構成與低壓柴油發(fā)電機組基本相同，其區別為高壓發(fā)電機和高壓配電系統。在柴油發(fā)電機組工程應用中，安裝要求及操作技術(shù)區別明顯。高電壓柴油發(fā)電機組的發(fā)展歷程匯集了柴油機、發(fā)電機、發(fā)電機控制系統技術(shù)發(fā)展的歷程，是應急電源或局域常用電源的一個(gè)分支。但因過(guò)去動(dòng)力系統及控制系統技術(shù)發(fā)展的不成熟，幾十年來(lái)一直沒(méi)有得到推廣應用。
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康明斯高壓發(fā)電機組機房實(shí)圖 |
一、高電壓柴油發(fā)電機組概述
近幾年，隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展和人們物質(zhì)水平生活的不斷提高，在很多場(chǎng)所，包括大的數據中心（數據中心基地功能一般包含許多功能，一般定位為IDC業(yè)務(wù)承載中心、綜合通信機房、呼叫中心、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、三網(wǎng)融合、物聯(lián)網(wǎng)、游戲、大型救災備用數據中心等），現代化的高層樓宇，多晶硅的生產(chǎn)工廠(chǎng)、礦山等，電力的需求量越來(lái)越大，常用的低壓400V交流備用柴油發(fā)電機組輸電線(xiàn)線(xiàn)徑大、線(xiàn)損大、難于敷設和造價(jià)高等缺陷。在很多情況下難以滿(mǎn)足實(shí)際需求。此時(shí)，高壓交流備用發(fā)電機組就充分體現了它的價(jià)值。
伴隨著(zhù)機房的擴容，作為備用電源的柴油發(fā)電機組容量要求越來(lái)越大，需多臺大功率柴油發(fā)電機組單機或并網(wǎng)才能滿(mǎn)足負載的功率要求，由于發(fā)電機組數量的增加需要建設獨立的機房且與實(shí)際使用負載間距離也越來(lái)越遠，多臺低壓柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行存在著(zhù)傳輸上的缺陷，為了能夠更加安全、可靠地運行，采用高壓發(fā)電機組無(wú)疑是一種最佳的選擇。
大功率柴油機、大容量高壓發(fā)電機以及發(fā)電機控制系統技術(shù)的發(fā)展和完善，使高電壓柴油發(fā)電機組的優(yōu)勢逐步顯現，市場(chǎng)需求旺盛，成為解決大容量、較遠距離傳輸、高智能、高可靠性應急電源的主要技術(shù)方案。高壓發(fā)電機組應用于通信、冶金、機場(chǎng)、礦山、碼頭、海島、大型數據中心、大型城市綜合體、中大型電廠(chǎng)的黑啟動(dòng)等高端服務(wù)業(yè)和高端制造業(yè)的應急備用電源系統。
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高壓柴油發(fā)電機組配電系統圖 |
二、高電壓發(fā)電機組主要技術(shù)特征
1）電壓等級高
國內主要電壓等級有6.6kV、10.5kV等。
2）單機容量大
一般在1000kW以上，可實(shí)現多臺發(fā)電機組并聯(lián)運行，最多可實(shí)現組與組之間并聯(lián)至256臺。
3）輸出電流小
可長(cháng)距離輸電，在輸配電中線(xiàn)路損耗較小。
4）負載分配模式靈活
可直接對高壓負載供電或通過(guò)變壓器降壓后對低壓負載的供電。
5）自動(dòng)化程度等級高
集電氣系統的保護、測量、遙控、遙信、遙測及信號為一體，實(shí)現了電氣系統的綜合自動(dòng)化，具有保護及報警信號功能，并遠傳至主控室。
三、高電壓柴油發(fā)電機組的組成
高電壓柴油發(fā)電機組與低電壓柴油發(fā)電機組的組成基本相同，主要區別就在于相同容量的柴油發(fā)電機組，400V發(fā)電機組發(fā)電機出口電流比10kV發(fā)電機組出口電流大25倍以上。從多方面的角度分析對比高低壓發(fā)電機組見(jiàn)表1。
表1 高、低電壓發(fā)電機組技術(shù)特性的比較
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序
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特點(diǎn)
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低壓發(fā)電機組
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高壓發(fā)電機組
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1
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安裝場(chǎng)地選擇
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宜設置在接近負載中心的位置
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可以設置在機房樓外，可解決多臺發(fā)電機組同時(shí)運行時(shí)的震動(dòng)、噪聲和發(fā)電機房的進(jìn)、排風(fēng)等問(wèn)題，可遠離負載中心
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2
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容量
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單機容量基本在2000kW及以下，可單機或多臺發(fā)電機組并聯(lián)運行，但并機容量過(guò)大時(shí)受輸出電源的限制
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單機容量基本在2000kW及以上，可單臺或多臺發(fā)電機組并聯(lián)運行，機房可集中建設
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3
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輸送距離
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可短距離輸電，長(cháng)距離輸送不經(jīng)濟，電壓壓降大
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可長(cháng)距離輸電
（在15～20km時(shí)采用10kV，有的則用6.6kV，輸電電壓在110kV以上的線(xiàn)路，稱(chēng)為超高壓輸電線(xiàn)路）
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4
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損耗
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在輸配電中線(xiàn)路損耗較大
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在輸配電中線(xiàn)路損耗較小，不存在輸送發(fā)熱問(wèn)題，高壓輸電電流相當于低壓的1/25
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5
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儲油及供油管路
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地下油罐分散設置在各機房的備用發(fā)電站附近，如集中設置地下油罐，機房?jì)韧夤芫€(xiàn)交叉處較多
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在備用發(fā)電站建筑物附近區域集中設置地下油罐，避免在區域內與其余管線(xiàn)（電纜、水管等）的交叉，外網(wǎng)相對簡(jiǎn)單
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6
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操作維護
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操作使用較為簡(jiǎn)單，對操作使用人員要求較低
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操作使用較為復雜，對操作使用人員要求較高，必須具有相應的高壓操作證等資格，才能操作和維護
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7
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配置
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配置較為簡(jiǎn)單，輸配電基本為標準低壓柜等
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配置較為復雜，尤其在發(fā)電機及輸出配電柜全部為高壓設備
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8
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并機運行
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受低壓配電設備電流限制，并機容量小，受非線(xiàn)性負載影響大
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方便實(shí)現大功率發(fā)電機組并聯(lián)成大容量系統，受非線(xiàn)性負載影響小
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9
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安全
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安全性能較高，技術(shù)較為成熟，技術(shù)門(mén)檻較低
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安全性能較高，技術(shù)較為成熟，技術(shù)門(mén)檻較高
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10
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發(fā)展趨勢
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小功率段保持傳統市場(chǎng)，大功率段有被高壓系統替代的趨勢
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大功率段采用高壓系統為應用趨勢，需求逐漸增大
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11
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與市電切換
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采用ATS，電流大、ATS數量多，占地面積大，成本高
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可在10kV母線(xiàn)處通過(guò)綜?？刂崎_(kāi)關(guān)集中切換，占地面積小，成本低
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1．節能性能強
從表1中可知，高電壓柴油發(fā)電機組在技術(shù)性能上與低電壓柴油發(fā)電機組差別并不大，但是由于前者發(fā)電機組出線(xiàn)電壓等級提高，在電纜配置方面節省成本優(yōu)勢較為明顯。同時(shí)從節能減排角度，高電壓發(fā)電機組傳輸電流小，發(fā)熱量小，能量損耗小，輸配電效率高，所以高壓發(fā)電機組比低壓發(fā)電機組更節能。
2．帶載性能好
非線(xiàn)性負載對油機帶載能力有較大影響。低壓柴油發(fā)電機組通過(guò)ATS與市電切換直接帶載，受非線(xiàn)性負載影響大，同時(shí)也受到功率因數影響；而高壓發(fā)電機組可在10kV母線(xiàn)處通過(guò)綜?？刂崎_(kāi)關(guān)集中切換，一般通過(guò)變壓器帶載，變壓器可部分消除非線(xiàn)性負載對發(fā)電機組影響，同時(shí)方便功率因數調整，避免功率因數過(guò)低影響發(fā)電機組的功率輸出，可見(jiàn)高壓發(fā)電機組比低壓發(fā)電機組帶載性能更好。
3．控制技術(shù)完善
高壓發(fā)電機組輸出為交流高壓10kV，配電系統的區別見(jiàn)表2。
表2 高壓發(fā)電機組組成部分
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序號
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名稱(chēng)
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備注
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1
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高電壓柴油發(fā)電機組
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6.3kV＼10kV等
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2
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控制系統
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單機或多臺并機系統
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3
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輸出開(kāi)關(guān)柜
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630A、1250A、1600A...
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4
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饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜
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630A、1250A、1600A
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5
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PT柜
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并機系統母線(xiàn)PT
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6
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DC直流屏
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開(kāi)關(guān)柜的操作電源
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7
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接地電阻柜
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可以單臺配套一個(gè)接地電阻，也可以幾臺共用一個(gè)接地電阻
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8
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低壓配電柜
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提供設備及機房應急照明等
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9
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集控系統
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多臺發(fā)電機組并機集中控制系統
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10
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供油系統
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消防規定基本室內的采用1000L日用油箱
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1）高壓發(fā)電機組
發(fā)電機為高壓發(fā)電機，輸出電壓可以根據負載或變配電一次市電端電壓進(jìn)行選型。
2）控制系統
高低壓控制系統選型基本一致，主要區別在于控制器無(wú)法直接檢測中高壓，只能接受低壓檢測，分為單機控制系統、并機控制系統。
3）輸出開(kāi)關(guān)柜
即發(fā)電機組配套的輸出斷路器，中高壓發(fā)電機組配套的開(kāi)關(guān)柜根據電壓等級進(jìn)行選型，主要分為12kV、17.5kV、24kV等，由于國家電網(wǎng)工頻電源進(jìn)線(xiàn)端基本為10kV，故12kV的額定電壓選型較多，需要配置綜合保護（分自帶差動(dòng)保護和不帶差動(dòng)保護選型）及其余保護等，殼架電流最小為630A，選型需要注意，根據發(fā)電機組的功率范圍基本集中在630A。
4）饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜及假負載測試柜
即發(fā)電機組并機輸出配套的輸出斷路器，根據發(fā)電機組的功率區段基本集中在630A、1250A、1600A、2000A，主要根據并機發(fā)電機組的臺數、分支負載的容量進(jìn)行選型區分。
5）PT柜
PT柜為母線(xiàn)PT，主要是并機時(shí)用到，因上述控制系統無(wú)法直接檢測高壓信號，需要通過(guò)PT柜變送后，二次側的信號作為檢測信號，在每個(gè)發(fā)電機組進(jìn)線(xiàn)柜進(jìn)線(xiàn)端均有一個(gè)小母線(xiàn)PT，作為發(fā)電機輸出端的電壓檢測。
6）DC直流屏
因中高壓輸出斷路器的操作電源基本選擇DC 110V／DC220V，選擇DC直流電源，作為控制輸出斷路器的自動(dòng)合分閘電操機構的電源，選擇DC直流屏的容量需要根據開(kāi)關(guān)柜、PT柜的數量決定其容量大小。
7）接地電阻柜
中高壓發(fā)電機組中性點(diǎn)需要通過(guò)電阻接地，選型根據發(fā)電機組的用途、柜子排放的空間位置進(jìn)行選型，可以多臺發(fā)電機組共用一臺接地電阻，通過(guò)真空接觸器進(jìn)行切換；亦可以采用單臺發(fā)電機組點(diǎn)對點(diǎn)選型接地電阻柜，主要是控制邏輯需要遵循同一并機系統只允許1臺發(fā)電機組的接地電阻柜投入為原則進(jìn)行設計。
表3 常用中性點(diǎn)接地方式綜合比較
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指標
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不接地
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消弧圈接地
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電阻器接地
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直接接地
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單相接地電流
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小
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小
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100~1000 A(低電阻)
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大
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5~20 A(高電阻)
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一相接地時(shí)非故障相電壓升高
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≥1.732Ux
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≥1.732Ux
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(0.8~1.732)Ux
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<0.8Ux
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弧光接地過(guò)電壓
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(1.732-3.5)Ux
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≤3.2Ux
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≤2.5Ux
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最低
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重復故障可能性
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大
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小
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較小
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最小
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對通信的干擾
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小
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小
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大(低電阻)
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最大
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小(高電阻)
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||||
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運行維護
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簡(jiǎn)單
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復雜
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相對簡(jiǎn)單
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簡(jiǎn)單
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供電可靠性
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高
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高
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較高
|
較高
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人身設備安全
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一般(低電阻)
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一般
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||
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好
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好
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較好(高電阻)
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||
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綜合費用
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低
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高
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較高
|
低
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高壓柴油發(fā)電機組中性點(diǎn)接地電阻系統 |
8）低壓配電柜
主要用于發(fā)電機組本地的低壓負載種類(lèi)及容量進(jìn)行選擇。
9）集控系統
主要用于多臺發(fā)電機組集中監控，可以個(gè)性化地根據用戶(hù)的要求進(jìn)行設計，主要通過(guò)（Monitor and Control Generated System，MCGS）組態(tài)軟件進(jìn)行個(gè)性化的編程，方便用戶(hù)實(shí)時(shí)監測每臺發(fā)電機組的狀態(tài)。
10）供油系統
因消防要求，基本選用1000L日用油箱進(jìn)行設計，配置大容量的日用油罐滿(mǎn)足每臺發(fā)電機組長(cháng)時(shí)間運行的要求，主要在供油系統需要針對項目進(jìn)行設計，與低壓油機的供油系統沒(méi)有太大的區別。
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