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          重慶康明斯發電機組首先必須認識電動機在起動時的起動轉矩的變化

          文章出處:杭州康明斯發電機 人氣:發表時間:2020-08-10

            2020年8月10日特約消息發布:康明斯作為全球領先的柴油發電機組制造商,授權我司專屬運營康明斯柴油發電機組系列產品的銷售業務。0 引言隨著國內發電設計行業逐步國際市場,許多工程(或業主 ) 均要求建設的電站具有黑起動性能,即要求電站設置黑起動柴油發電機組。因此,在工程設計上如何確定黑起動柴油發電機組的功率是擺在廣大設計運行者面前急需解決的問題。

            1 柴油機機組黑起動柴油發電機組功率選擇在工程設計過程中能否按現有柴油發電機廠廠用電設計技術規范(后稱廠用電技規)中有關保安柴油發電機組選擇的來確定黑起動柴油發電機的功率呢? 在現行的火電設計規范中,并沒有對黑起動柴油發電機組的功率選擇做出明確的。

          重慶康明斯發電機組首先必須認識電動機在起動時的起動轉矩的變化

            1.1 柴油機廠廠用電設計技術規范條件下黑起動柴油發電機組功率的解析與計算以國外某 100 MW 燃機電站黑起動柴油發電機組的負荷為例來說明 , 利用現有廠用電技規確定黑起動柴油發電機組功率的可能性。按保安柴油發電機組選擇的計算方法來計算并校驗黑起動柴油發電機組的功率。黑起動柴油發電機組起動時各設備的負荷參數見表 1 ,機組為二拖一,一臺燃機準備起動。

            表 1 黑起動時各設備的負荷參數負荷名稱輸出功率/kW假定運轉功率因數假定能效/η運轉功率/kVA運轉功率/kW運行無功 /kVAR電站負荷平衡冷卻水泵黑起動循環水泵給水泵一臺燃機不含起動馬達 ( 準備起動)

            燃機拖動馬達拖動馬達電站黑起動柴油發電機組功率選擇的探討公式進行負荷計算:式中: S c 為計算負荷, 千伏安 ; K 為換算系數, 取 0.8 ;∑P 為黑起動時 , 需要同時投入運轉的負荷 ( 已考慮負荷能效的運行功率 ) ,單位為 kW 。

            按廠用電技規范 D4 公式,黑起動柴油發電機組帶負荷起動一臺最大功率的電動機時短時過負荷能力校驗 :S e > [ S c +1.25 ( K q -K ) PDM ]在上述計算中,按負荷計算選擇的發電機功率不大,但在進行過負荷能力校驗時,由于單臺電動機的功率很大,只有在發電機功率足夠大時,才能滿足 D4 公式要求的過負荷能力。

            大功率的柴油發電機組選擇相當困難,即使能夠選到合適的機組, 也會由于造價太高和安裝因難,從而使工程不具有競爭力。因此,利用廠用電設計規范中 D4 公式來校驗黑起動引擎的功率是否可行有待進一步的解析。

            1.2 柴油機的制率必須大于負荷的峰值功率條件下黑起動柴油發電機組的選擇不但要滿足持續負荷要求和電動機起動時發電機瞬時電壓降要求,也要滿足引擎應付沖擊峰值功率的要求。廠用電設計規范中 D4 公式其實質也是要求柴油發電機組的抗起動沖擊的能力, 公式 D4 中,為起動電動機起率的計算表達式。

            校驗柴油發電機組機在負載峰值功率沖擊下,應使所拖動的發電機把負載電動機起動起來,即柴油機(杭州康明斯)的制率必須大于負荷的峰值功率。引擎柴油機(杭州康明斯)功率與發電機功率之比的不同,決定了相同功率發電機不同用途的柴油發電機組能起動的電動機功率不同。柴油發電機組的柴油機(杭州康明斯)制率一般按發電機主功率的 1.1 倍配置。 按此要求,其計算公式>式中: P f 為黑起動柴油發電機額定功率, kW ; Pq 為電動機起動時的起率, kW ; Po 為已投入運行的電動機功率。

            設計中,在進行柴油機負荷的峰值功率計算之前,首先必須認識電動機在起動時的起動轉矩的變化。 一般異步電動機起動時, 起動電流很大 ( 4~7倍)而起動轉矩并不大(起動轉矩倍數為 1.0~2.0 ) ,此時起動轉矩必須大于負載轉矩才可能起動,起動轉矩越大,加速越快,起動時間越短。

            在起動過程中, 定子和轉子之間的電磁轉矩,只與轉子RPM有關,而與負載阻力矩無關,其中負載阻力矩的大小,只影響電機升速的快慢,康明斯發電機價格表并不影響升速過程中,電動機從電源側吸收的電磁功率。

            在電源電壓不變,頻率為時,電機的參數可以認為是,電磁轉矩僅與轉子RPM n 有關,并且 n= ( 1-s ) n 1 ,隨著電動機不斷的加速,其電動輸出轉矩和吸收的電磁功率也不斷的變化, 當 n=( 1-sm ) n 1 時,電動機達到最大電磁轉矩,依據電磁轉矩等于電磁功率除以同步角速度的關系,此時電磁功率也達到最大值。電動機起動過程的特性曲線 電動機起動過程特性曲線 可以看出,在起動過程中,只有當 n≥0.7 以后, P>1 ;而且最大值 P max <2 。 設計中為工程計算的方便取最大起率 P=1.86 。 因此,公式 1 可簡化為公式 2>式中: PDM 為起動電動機的額定功率, kW 。

            在起動過程中,柴油發電機組的峰值功率由已運轉的電機功率和正在起動的電動機的最大起率構成(此時應計及發電機的能效),不同電動機起動的組合方案, 其起動峰值功率尺寸是不一樣的,為了盡可能縮小柴油發電機組的功率,在滿足起動燃機拖動馬達時峰值功率 /kW 起動給水泵時峰值功率 /kW負荷負荷運行沖擊負荷 連續負荷負荷運行沖擊負荷 連續負荷電站負荷平衡冷卻水泵 運轉 運轉黑起動循環水泵 運轉 運轉給水泵 停止 - 起動一臺燃機起動(不含起動馬達)

            GE 泵類負荷 運行 298.9 185.3 298.9 185.3 運轉一臺燃機和汽機后備狀態GE 泵類負荷 運轉 運行一臺燃機起動馬達馬達電動機 起動馬達電動機空載全速 - - - - - 運轉合計合計黑起動準備的前提下,應優先起動大功率的異步電動機,然后再接入其它負荷。

            為了更好的說明如何用峰值功率來校驗黑起動柴油發電機組的功率,下面仍以上文已提到的某級燃機電廠黑起動機組的參數為例來說明發電機組的峰值功率在黑起動引擎選擇的運用。

            在起動燃機的拖動馬達之前,有些基本負荷和電動機必須先于拖動馬達前投入,由于拖動馬達和給水泵負荷均較大, 且均需在燃機起動前投入,因此在起動拖動馬達和給水泵投入時柴油發電機均為最嚴重情況,均有可能發生引擎制動。 但按先起動大功率電動機的原則,設計上首先按先投入拖動馬達,待拖動馬達達到全速空轉后,再投入給水泵,分別計算拖動馬達投入和給水泵投入時起動峰值功率,將兩個起動峰值功率進行比較,取峰值功率最大值進行柴油機(杭州康明斯)功率選擇。其設備功率詳見表一黑起動時各設備的負荷參數。黑起動峰值功率計算詳見表二、黑起動峰值功率計算及柴油發電機選擇。

            按表中參數計算的最大峰值功率為 3247.7kW ,因此,選用功率 3 110 kW 柴油發電機組,引擎制 動 功 率 按 發 電 機 功 率 3 110 kW 的 1.1 倍 計算,同時考慮發電機組的假定能效為 0.95 ,計算為 3 249.95 kW , 黑起動峰值功率為 3 247.7kW<3,因此,選用 3 110 kW 柴油發電機組能滿足沖擊峰值功率的要求。

            3 柴油發電機發電廠黑起動柴油發電機的選擇以公司承建的國外某 3×150 MW 循環流化床空冷孤島運行電站黑起動機組的負荷為例來說明柴油發電機發電廠用電技規確定黑起動柴油發電機組功率的過程。

            3.1 黑起動過程簡述鍋爐點火前先起化學和輸煤負荷做起機準備:化學制水并為鍋爐蓄水,過程完成后停下來,所儲備水量約夠 20 h 使用,足夠支撐到黑起動的結束,只有除鹽水泵參與整個黑起動過程。輸煤系統將煤表 2 黑起動柴油發電機起動峰值功率及連續功率輸送至煤斗儲滿后停止運行,所儲備煤量約夠使用, 如 10 h 儲煤用盡后機組仍未能發電帶廠用負荷,輸煤系統可選取斷續運行的方法補煤:運行1 h ,間斷 1 h ,再運轉 1 h 的方法。 化學和輸煤系統準備完成后,起動鍋爐起動,黑起動過程開始。在整個過程中參與的系統很多,多數負荷起動后都需要連續運轉直至起機成功發電機帶廠用電。由于過程較為復雜,而對于引擎功率選擇計算所關心的是黑起動過程中同時運行的負荷最大值,對于起動順序以下不再累述。 下表列出起動過程中,同時運轉的負荷最大時的負荷清單。

            表 3 高壓負荷表專業 名稱 額定電壓 /V 額定功率 /kW 運轉數量汽機電動給水泵凝結水泵鍋爐一次風機二次風機引風機水工 輔機循環水泵運轉功率總計空冷島風機黑起動時運轉 2 臺,每臺額定功率, 考慮超速 10% 的情況下變頻器輸出功率,總輸出功率 155×2=310 kVA 。

            對于輸煤負荷由于引擎具有 1 h 10% 的過負荷能力 , 而輸煤系統可以選取間斷補煤的方法,故輸煤負荷可在引擎功率計算時忽略不計。

            3.3 廠用電技規條件下黑起動柴油發電機組功率的解析與計算滿足起動總功率P=Sc=起動最大一臺電動機 ( 電動給水泵Se> [ Sc+1.25(Kq-K)PDM ]式中: PDM 為最大電動機的額定功率; Kq 為最大電動機的起動電流倍數; K 為換算系數; Sc 為計算負荷。

            表 4 低壓負荷表專業 名稱額定電壓額定功率運轉數量化學 除鹽水泵除灰布袋除塵器灰庫氣化風機灰庫氣化風機電加熱器冷渣器鏈斗輸送機鏈斗輸送機汽機真空泵低加疏水泵軸封蒸汽排氣風機潤滑油輸送泵事故油泵 ( 直流事故油泵 ( 交流排油煙風機盤車電動機頂軸油泵排水泵油凈化裝置油泵抗燃油主泵抗燃油循環油泵抗燃油箱加熱主油箱電加熱儲油箱電加熱濾水器電泵液力耦合器油泵生水泵生加疏水泵鍋爐起動鍋爐送風機起動鍋爐吸風機起動鍋爐給水泵起動鍋爐爐排電動機高壓風機給煤機石灰石給料機石灰石風機水工 輔機空冷島風機其他 控制、照明電源等運轉功率總計合閘時間值, 這樣就可以得到大量的歷史參數,以便更及時的對 500 kV GIS 及罐式斷器的兩個斷口的實際運行狀態做出判斷。

            5 結語只有得到全面的參數,才能對斷器的運行和健康狀態作出正確完整的評價。 作為設備的管理者, 不僅要確認在新設備來到時各項指標均正常,還要在設備的常年運轉期間對設備的運行狀態時刻都能有一個完整的了解,這樣才能使電網長年更加可靠的運行。

            Kq=6綜上,選擇 8 臺 1 600 kW 柴油發電機組,即總功率 14 400 kW 。 根據業主要求,配置 N+1 臺,故共8+1 臺共 9 臺 1 600 kW 柴油發電機。

            以上是廠用電技規確定黑起動柴油發電機組功率的過程和結果, 共需要 8+1 臺 1 600 kW 的柴油發電機。

            3.4 以引擎的制率必須大于負荷的峰值功率作為條件計算式中: P f 為黑起動柴油發電機額定功率, kW ; P 0 為已投入運轉的電動機功率, kW ; PDM 為起動電動機的額定功率, kW 。

            根據起動時的高壓和低壓負荷統計可以得出:給水泵的額定功率柴油機(杭州康明斯)的臺數為 7 臺,共 7+1=8 臺,較用電技規確定黑起動柴油發電機結果節省 1 臺的柴油發電機組,可以節約 300 萬元左右的投資。

            4 結論在黑起動設計計算中,利用起動峰值功率來校驗柴油發電機組的功率具有計算簡單,且能滿足不同時段電動機負荷投入順序的要求,特別是有利于提高設計選型運行的能效,對海外工程和國內工程具有較高的工程實際意義。

          康明斯發電機有限公司始建于2004年,專業生產發電機及柴油發電機組,自成立以來,一直為“國家內燃機發電機組質量監督檢驗中心”檢驗合格的發電機組制造廠商,生產的康成發電5KW-2500KW柴油發電機組(靜音發電機、移動發電機、集裝箱式發電機)是以品牌康明斯柴油機(杭州康明斯)配套斯坦福、馬拉松、西門子及國內知名品牌發電機,產品通過國家內燃機發電機組質量監督檢驗中心檢驗及ISO9001國際質量體系認證以及ISO14000環境管理體系標準。并獲得自營進出口資格、信息產業部入網資格、廣電部入網資格。

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