水电站柴油发电机组选购配置步骤

水力发电厂可分为并入国家大电的大型水力发电厂和不并入国家电网的偏僻地区的小型水力发电厂（小水电），前者按照规范要求：“除了作业电源间互为后备和系统倒送电外，大、中型水电厂还应设置厂用电备用电源”，通常已经设置了保安康明斯发电机组在内的厂用电备用电源，而后者由于独立组网以及成本限制，以前都很少配置保安康明斯发电机组，较为主用的做法是从保留的施工变压器或地区电网引接保安电源，考虑到地区大电十分不稳定，容量也有限制，近年来有些地区小水电厂已经开始取消从地区市电引接备用柴油发电机，而开始配套保安柴油发电机组作备载电源。

水电厂设置厂用电保安电源详细是确保大坝安全度汛和水淹厂房等故障产生时人身及装备的安全。厂用电保安电源一般选购康明斯发电机组，但由于配套附属装备相对较多，维护工作量相对较大，故而有的水电厂开始专设水轮发电机组代替康明斯发电机组等保安电源，例如惠州抽水蓄能电厂就在下库装设2台1000kW水轮发电机组作为保安电源。

水轮发电机组与火电、核电发电机组相比，具有辅助装置大概、厂用电少，起动速度快等优势，因此大电调度部门一般*水电厂作为黑启动电源，水电厂黑起动电源的设置应符合下列规定：

3）黑起动电源功率需满足启动一台发电机组必需的负荷，包括发电机组供水泵、主变压器冷却装备、发电机组调速系统油压设备的主油泵、发电机高压油顶起油泵、发电机组轴承润滑油冷却系统、发电机断路器操作电源等开机所需负荷。发电机组黑起动时所需考虑的负荷可按规程附录规定选定。

当水电厂需要厂用电保安电源和黑起动电源时，则宜兼用。此时电源的功率应按保安负荷与黑起动负载二者的较大值选定，但不考虑黑启动的负荷与保安负荷同时发生。当大型电厂枢纽布局比较分散、供电范围广且距离较远时，可将供大坝安全度汛或重要泄洪设施的保安电源（柴油发电机组）单独部署在坝区附近。

按照使用因素分类，柴油发电机组可分为陆用、船用、挂车式和发电机组式。其中在《往复式内燃机驱动的交流发电机组第1部分功能、定额和性能》GB/T 2820.1-2009的第6.2条中规定“陆用是指用于陆地上的开架式、可运输式或移动式发电机组”。目前，国内大多数水电厂康明斯发电机组采用开架式机房安装形式。

康明斯发电机组性能等级按照《GB/T 2820.1-2009往复式内燃机驱动的交流发电机组第1部分用途、定额和性能》的规定和水电厂保安负荷以及黑启动负荷的实际需求，选购实用负载范围为照明系统、泵、风机和卷扬机等的G2级性能等级，该等级康明斯发电机组性能特征：发电机组的电压特点与公用电力系统非常相似，当负载变化时，可有暂时允许的电压和频率的偏差。

目前，国产康明斯发电机组从启动到安全供电为止的启动时间可以小于15s，有的制造厂产品起动时间可在4s～7s，保证值为15s。康明斯发电机组作为水电厂的保安或黑起动、备载电源的重要装备，要求在应急状况下能够可靠起动并投入正常运转，所以柴油发电机组应采用快速起动应急型，要求发电机组应保持随时准备起动的热备用状态。当柴油发电机组持续3次自起动不成功，意味着启动回路或发电机组本身有故障，再次启动也无用，因此按3次考虑。根据需要一般可规定总时间不大于30s。若连续3次自启动失败，应能发出报警信号，并闭锁自起动回路。

近年来发电机组控制用途已比较完善康明斯发电机价格一览表，可以做到发电机组无人值守。智能型发电机组能自启动、自动调压、自动调频、自动调载、自动并联、功率管理（按负荷大小自动增减发电机组）、损坏自动解决、辅机自动控制等。根据GB/T 4712-2008《自动化康明斯发电机组分级要求》，其自动化程度分为三级，可依主要水电厂选定。柴油发电机组除配置上述的快速自启动设备外，还需要配置手动起动装置，以便在装配调试及例行试验时使用。

根据GB/T 2820.1-2009《往复式内燃机驱动的交流发电机组第1部分功能、定额和性能》的规定，选用时还需要对柴油发电机的型式、冷却方式、起动电源等提出要求。柴油发电机组按速度分高、中、低三类。高速度不低于1000转/分，低转速不高于500转/分，除此之外为中速度。高速及废气涡轮增压型柴油发电机组具有体积小、质量小、容量大（输出功率与体积或排气量的比率大）、效率高和启动运行可靠等优点，因此介绍采用，但考虑到增压型柴油发电机的气缸平均高效压力过高的特点，允许首次加载的负荷大小比传统的非增压型柴油发电机要低一些，需要按照允许加负载的步骤分批投入负载。

柴油发电机一般可采用压缩空气启动和电启动两种启动步骤。由于压缩空气启动需要气动装备，占用空间较大，不易布局，运行保养比电启动复杂，因此推荐采用电起动方式。柴油发电机组电起动蓄电池组的电压为12V或24V。因为发电机组不经常工作，应设置整流充电设备，其输出电压可根据蓄电池组浮充或均充电压大小设置，输出电流不小于蓄电池10h放电率电流。电瓶容量必须满足柴油发电机持续启动不少于6次的要求。冷却步骤宜采用封闭式循环水冷却。

由于目前国内柴油发电机组供货市场上采用10kV或6.3kV柴油发电机组比同功率400V的发电机组价格性价比差，柴油发电机组额定电压宜采用0.4kV，接线应采用星形联结，中性点应能引出，其接地程序应满足下列要求：

1）当厂用电系统中仅装设一台康明斯发电机组时，发电机中性点应直接接地（减小了装置的内部过电压倍数，当某相接地时，相间电压为中性点所固定，基本不会升高。同时动力和照明可以由同一发电机母线供电），发电机的接地形式宜与低压厂用电系统的接地形式相一致。

2）当两台及以上康明斯发电机组并机运行时，发电机组的中性点应经接地刀开关（隔离开关）接地，以便预防发电机中性导体发生三次谐波导致发电机发烫；当两台发电机组的中性导体存在环流时，应只将其中一台运转并合闸带载中的发电机的中性点接地，其余所有发电机组的接地刀开关均需要断开，当实载运转中的发电机组出现故障停机、人为换机或者因为优先运转因由需要换机时，接地刀开关需要同时进行转换，保证系统中有且只有一台实载运行中的发电机组的接地刀开关处于合闸状态。其接地刀开关可根据发电机允许的不对称负载电流和中性导体上可能发生的零序电流选取。

当厂用电装置中装设两台及以康明斯油发电机组并车运行时，发电机中性点经隔离开关接地，当发电机的中性导体存在环流时，应只将其中一台发电机的中性点接地。

3）当厂用电系统中装设两台及以上康明斯发电机组并机运转时，每台发电机组的中性点可分别经限流电抗器接地，以便保持中性母线电位偏移不大的条件下，有效地限制中性点引出导体中的谐波电流。其电抗器的额定电流可按发电机额定电流的25％购买，阻抗值大小按通过额定电流时其端电压小于10V选购。

无刷励磁交流同步发电机配置有自动电压调整装置时，其稳态电压调整率较优可达到±0.25％，通常要求为±0.5％～±1.0％，这类机型能适应各种运转要求，易于实现发电机组自动化和发电机组的遥控，因此发电机宜采用快速反应的无刷自动励磁装备；应装设过电流和单相接地保护。功率1000kW以上时应装设纵联差动保护等。柴油发电机组的日用油箱宜按8h耗油比配置。

3）如既作为厂用电保安电源，也兼作黑启动电源，其功率应按保安负载与黑起动负荷二者的较大值购买。柴油发电机组负载计算应考虑水电厂负载的投运规律。对于在时间上能错开运行的负荷不应全部计入，可以分阶段统计同时运行的负载，取其大者作为计算负荷。

柴油发电机组功率除应按上述要求进行功率计算并选取外，还应按下列条件进行校验：确定康明斯发电机组容量时，除考虑用电总负载外，应着重考虑起动发电机容量。单台发电机较大起动容量与确定发电机组容量有直接关系。发电机组起动发电机功率应考虑发电机的技术性能、柴油发电机的调速性能、负荷发电机的磁极对数、启动时发电机所带负荷大小、容量因数的高低、发电机的励磁和调节步骤及负载对电压指标的要求等。为此，设计中确定发电机组容量时，应主要剖析计算。

由于发电机的启动转矩与电源电压的平方成正比，为了保证发电机有足够的起动转矩，采用降压启动方法时，启动时电源电压下降无法偏低，否则发电机的起动转矩不足以带动发电机带载量。考虑其他负载的正常运行的电压要求，保证开关装备的接触器可靠地工作，希望发电机的启动电源电压下降尽可能低一些，这样与启动电压成正比的起动电流也会相应减小，减少了的起动功率对其余负荷的冲击会降至较低，起动瞬间较低电压值就不会太低，这样的话，就存在一个发电机希望的高启动电压值与其余负荷希望的低瞬间电压跌落值之间的矛盾，需要达到一个平衡点，带负荷启动最大功率发电机要素下计算发电机功率时需要规定柴油发电机组供电负荷母线电压值，一般为额定电压400V。

① 按带负载后启动较大的单台发电机或成组发电机的启动要素校验计算发电机功率，校验宜按规程附录F的举措计算。

② 较市发电机起动时母线上的电压水平校验中，考虑空载启动时的母线电压要低于带负荷启动时的母线电压。因此，较市发电机启动时的严重因素是空载起动，所以空载起动作为校验的计算条件，按空载启动较大的单台发电机时母线允许电压降校验发电机功率。此时厂用电母线上的电压水平不宜低于额定电压的75％，有电梯时不宜低于80％。

柴油发电机组及其附属装备应布局在单独房间内。机房位置应根据枢纽布置特点以及电气接线和功用，并充分考虑通风、排烟、噪声、减振、抗振、环境保护等因素进行选型。

根据《民用建筑电气规划规范》JDJ16-2008第6.1.7条规定，单机功率在500kW及以下通常机电一体，可不设控制室，单机容量在500kW以上的多台发电机组，考虑运转维护和管理方便，可把机房和控制室分开部署，可单独设置控制室，便于集中控制，也有利于改善工作因素。柴油柴油发电机房内主要装置有柴油发电机组、控制器、配电箱、起动蓄电池、燃油供给和冷却、进排风装置等，宜设有发电机组间、储油间、控制及配电室等，根据JDJ16规范、发电机组功率大小、发电机组台数以及辅助装置配置情形可对上述房间进行合并、增减及布置。

康明斯发电机组机房装置布局方式及各部位有关较小尺寸，是根据发电机组安全运转要求，便于装置运输、维保和检修柴油发电机型号规格及功率、辅助设备布置、进排风以及施工安装等需要，并结合封闭式自循环水冷却方式的应急型发电机组外廓尺寸提出，并符合下列要求：

机房部署主要以横向布局为主，这种布置发电机组中性线与机房的轴线相垂直，操作管理方便，管线短，部署紧凑，方便使用。当受布局场地限制时，也可纵向部署。机房与控制及配电室毗邻部署时，发电机出线端及电缆沟宜部署在靠近控制及配电室一侧以减少电缆长度，减少电压降及节省线缆成本。发电机组之间、发电机组外廓到墙的距离应满足装置搬运、就地使用、维护检验或辅助装置部署的需要。当发电机组按照水冷却程序设计时，发电机组端部距离可适当缩小；当发电机组需要做消声工程时，尺寸应另外考虑；发电机组部署在地下，其净距可适当加大。当控制屏和配电屏布局在发电机端或发电机侧时，其操作通道应分别不小于2m和1.5m。机房内可不设置电动起重装备，但宜考虑设置设备吊装、搬运和检测的策略。

水电厂保安康明斯发电机组的主要容量计算、校验和选择可参考火电厂保安柴油发电机组的容量计算、校验和购买。