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国标柴油发电机组功率定义的解读

发布时间:2019-11-20点击量:163

关于柴油发电机组功率的定义?目前只有 GB / T2820.1 的标准给出说明? 该标准给出了不同工况 柴油发电机组功率的定义?具体功率是多少是设备 制造商根据用户使用工况来定的? 1 旧版标准 GB / T2820.1-1997 往复式内燃机驱动的交流发 电机组?输出功率种类只有 3 种?即持续功率 COP、 基本功率 PRP 和限时功率 LTP? 标准定义的所有 各类输出功率?发动机必须能提供附加功率供调速 用(例如转变负载状况和突加负载) ? 该附加的发 动机功率通常为发电机组额定功率的 1 0%? 且不 得用于向电气耗电装置供电? 也就是说这 3 种功率 在标定时都留有 10%的附加功率做为转变负载状 况和突加负载时用? 这个附加功率的概念在 GB / T2820.1-2009 往复式内燃机驱动的交流发电机组 已经没有提到? 3 种标准的图示如下图[1] : 图 1 持续功率图解 旧版标准在定义限时功率时是这样描述的: “限时运行功率是指发电机组在规定的维修周期之 间和规定的环境条件下能够连续运行 300 h、每年供 图 2 基本功率图解(未按比例) 图 3 限时运行功率图解 电达 500 h 的最大功率? 其维修按 RIC 发动机制造 厂的规定进行? 按该定额运行对机组寿命的影响是 42 Movable Power Station & Vehicle No.2 2018 ?????????????????? 允许的”? 在宣贯标准时行业厂家都把限时功率当成备用 功率使用? 这样就有很大问题?因限时功率是在恒 定负载的工况运行?以高出基本功率标定的备用功 率在恒定负载工况连续运行 300 h、每年供电达 500 h?机组的寿命大大缩短? 后来发动机厂家和发电机 组厂家在标定限时功率时都有说明在 24 h 周期内 允许的平均输出功率 Ppp为 70%(有的定为 80%)? 这和国标限时功率的概念已经背离? 这种标注倒是 和 2009 版新国标应急备用功率的定义接近? 在 2009 版国标颁布之前?行业约定成俗?把恒定 负载修改为可变负载并且约定平均输出功率的限时 功率定义为备用功率? 避免了备用机组的过载使用? 2 现版标准 2009 版的 GB / T2820.1 标准?纠正了 1997 版标 准的不足?把输出功率的种类改为 4 种? 除了持续 功率 COP、基本功率 PRP 和限时功率 LTP 外?增加 了应急备用功率 ESP? 2.1 2009 版国标对柴油发电机组的功率标定[2] (1)持续功率 COP(Continuous power) 持续功率定义为:在规定的运行条件下并按制 造商规定的维修间隔和方法实施维护保养?发电机 组每年运行时间不受限制地为恒定负载持续供电的 最大功率如图 4 所示? t: 时间 P: 功率 a: 持续功率 (100%) 图 4 持续功率(COP)图解 (2)基本功率 PRP(Prime power) 基本功率定义为:在规定的运行条件下并按制 造商规定的维修间隔和方法实施维护保养?发电机 组能每年运行时间不受限制地为可变负载持续供电 的最大功率如图 5 所示? 在 24 h 周期内允许的平均输出功率(Ppp )应不 大于 PRP 的 70%?除非往复式内燃(RIC)机制造商 另有规定? t: 时间 P: 功率 a: 基本功率 (100%) b:24 h 内允许的平均功率(Ppp ) c:24 h 内实际的平均功率(Ppa) d:?;奔?注:t1+ t+ t3+???? + tn = 24 h 图 5 基本功率(PRP)图解 注:当要求允许的 Ppp大于规定值时?可使用持 续功率(COP)? 当确定某一变化的功率序列的实际平均输出功 率 Ppa如图 1-8 所示时?小于 30%PRP 的功率应视 为 30%?且?;奔溆Σ患? (3) 限时运行功率 LTP ( Limeitet ̄time running power)限时运行功率定义为:在规定的运行条件下并 按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养?发 电机组每年供电达 500 h 的最大功率如图 6 所示? 注:按 100%限时运行功率(LTP)每年运行时间 最多不超过 500 h? (4) 应急备用功率 ESP (Emergeucy spare pow ̄ er) 应急备用功率定义为:在规定的运行条件下并 按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养?当 公共电网出现故障或在试验条件下?发电机组每年 运行达 200 h 的某一可变功率系列中的最大功率如 图 7 所示? 在 24 h 的运行周期内允许的平均输出功率 (Ppp )(图 7)应不大于 ESP 的 70%?除非往复式内 燃(RIC)机制造商另有规定? 实际的平均输出功率(Ppa)应低于或等于定义 ESP 的平均允许输出功率(Ppp )? 当确定某一可变功率序列的实际平均输出功率 2018 年 第 2 期 移 动 电 源 与 车 辆 43 t:时间 P:功率 a:限时运行功率 (100%) 图 6 限时运行功率(LTP)图解 (Ppa)时?小于 30%ESP 的功率应视为 30%?且不计 ?;奔? t:时间 P:功率 a:应急备用功率 (100%) b: 24 h 内允许的平均功率(Ppp ) c: 24 h 内实际的平均功率(Ppa) d: ?;奔?注:t1+ t+ t3+???? + tn = 24 h 图 7 应急备用功率(ESP)图解 2.2 国标 4 种功率的应用 持续功率和限时功率的工况是恒定功率?基本 功率和应急备用功率的工况是可变负载?都是持续 运行和限时运行的区别? 持续功率 COP: 适用于在恒定的 100%负荷下? 每年无限时供电? 一般作为热电联供电站向负载 供电? 基本功率 PRP: 适用于可变负荷条件?每年无 限小时供电? 此功率标定模式不允许与市电并网? 在每 24 h 时段内?平均载荷系数为制造商公布基本 功率的 70%?可无限时以此模式工作? 每工作 12 小 时可允许 1 h 10%过载工作? 目前国际主流发动机 厂家都规定 10%过载功率的总运行时间每年不应 超过 25 h? 关于 PRP 功率的超载运行显然与图 2 不符合? 这是发电机组厂家基于配套发动机功率标定为 ICXN(可超负荷 10%的 ISO 标准功率)?在满足限定 条件时有过载能力而做的修正? 这一点在国标 GB / T2820.1-2009 对应的 ISO8528-1:2005 最新修订的 2018 版本中已经得到确认? 限时运行功率 LTP: 适用于在恒定的负荷下? 每年限制最多 500 h 供电? 此额定负荷不具有过载 能力? 一般作为调峰电站使用?在用电高峰期间发 电机组与市电并网运行?向某一恒定负载供电?即负 荷调峰管理? 应急备用功率 ESP:标定了备用电源可有效使 用的最大功率? 备用功率标定的发电机组按 24 h 平均负荷率为 70%来使用?一年不超过 200 h? 目 前主流发动机厂家也限制在最大功率点使用的时间 一年不超过 25 h? 允许间断性地以 100%备用功率 运行 12 h? 实际使用的瞬时功率决不能超过所标定 的备用功率? 3 新版 ISO8528-1 的重要更新 国标 GB / T2820. 1 - 2009 对应的 ISO8528 - 1: 2005 最近已做了第三次修订?新版本为 ISO8528-1: 2018?与上一版本相比?新版本的主要的变化如下: (1)基本功率等级中 10%的过载功率已被重新 引入?(2)引入了新的功率等级:数据中心功率 Data centre power (DCP) (3)引入了低功率发电机组的最大功率的规定 Maximum power for low - power generating sets (MAX)? 3.1 新版 ISO8528-1 对基本功率(PRP)的描述[3] 基本功率的定义是在商定的运行条件下并按制 造商规定的维修间隔和方法实施维护保养?发电机 组每年运行时间不受限制地为可变负载持续供电的 最大功率(见图 8)? 除发动机制造商另有协议外?运行 24 h 以上的 44 Movable Power Station & Vehicle No.2 2018 允许平均功率输出 Ppp 不得超过 PRP 的 70%? 在 暂态负荷条件下和突然施加负荷时?需要提供额外 的电能? 这种附加功率通常是发电机组额定功率的 10%? 除非另有说明?并考虑到现场运行状况(参照 制造商数据表)?在运行 12 h 内?10%的过载功率可 在有或无中断的情况下允许持续一小时? 当要求允许的 Ppp大于规定值时?应使用持续功 率(COP)? 在确定一个可变功率序列的实际平均功率输出 Ppa(见图 8)时?小于 PRP 30%的功率应视为 30%? 停顿时间不应计算在内? t:时间 P:功率 a:应急备用功率 (100%) b: 24 h 内允许的平均功率(Ppp ) c: 24 h 内实际的平均功率(Ppa) d: ?;奔?注:t1+ t+ t3+???? + tn = 24 h 图 8 基本功率 PRP 图解 从图 8 基本功率 PRP 图解上看?图形标识和国 标 GB / T2820.1-2009 图 12 基本功率(PRP)图解没 有什么不同?但文字说明“在暂态负荷条件下和突 然施加负荷时?需要提供额外的电能? 这种附加功 率通常是发电机组额定功率的 10%?” 这个解释恢 复了第一版即 ISO8528-1:1995 对附加 10%调速功 率的要求?故新版标准说“基本功率等级中 10%的 过载功率已被重新引入?” 对于这个 10%的过载功率?新版标准还特别强 调:“除非另有说明?并考虑到现场运行状况(参照 制造商数据表)?在运行 12 h 内?10%的过载功率可 在有或无中断的情况下允许持续一小时?” 这一提 法和目前行业内普遍实行的基本功率每工作 12 h 可允许 1 h 10%过载工作的实际情况相吻合?也算 是个行业惯例一个正名? 3.2 数据中心功率 Data centre power (DCP)[3] 从标准的第二版即 ISO8528-1:2005 对应 GB / T2820.1-2009 发布到现在的十几年时间里?全球数 据中心进入迅猛发展时期? 作为数据中心主要备用 电源的柴油发电机组?其功率等级对应一直存在争 议? 对于数据中心动辄几兆瓦到几十兆瓦的备用电 源容量?正确选用备用柴油柴油发电机组的功率等 级?对保证数据中心的安全运行和设备配置的最佳 经济性至关重要? 一个新的功率概念呼之即出? 新 版 ISO8528-1 引入了新的功率等级:数据中心功率 Data centre power (DCP)? 数据中心功率被定义为发电机组在提供可变或 连续电力负荷时以及在无限制运行时间内能够提供 的最大功率? 根据供应地点和可靠市电的供应情 况?发电机组制造商有责任确定他能够提供何种功 率水平来满足这一要求?包括硬件或软件或维修计 划的调整? 注意?发动机驱动的交流发电机组是数据中心 的可靠备用电源? 不允许在持续加载时与市电并 网? 这个定义提供了以下重要信息: (1)数据中心负载为可变负载或连续负载: (2)运行时间为无限制运行时间: (3)不允许并市网运行? (4)使用何种功率水平来满足以上要求由发电 机组厂商确定?包括硬件或软件或维修计划的调整? 对应以上要求?无限制运行时间的连续负载和 可变负载分别选用持续功率( COP ) 和基本功率 (PRP)? 在数据中心实际运行实践中?在综合考虑备用 发电机组运行的经济性和可靠性、维修间隔时间等 要求后?用户提出更多的是配置连续负载限时运行 的发电机组? 虽然每年限时运行时间在 500 h 以 内?符合限时运行功率(LTP) 的要求?但在 12 h 或 24 h 时间段内要求持续满功率运行?运行工况和国 标规定的四个功率等级都对不上?这就需要柴油发 电机组厂商对发电机组标定功率进行修正?包括硬 件或软件或维修计划的调整? 3.3 低功率发电机组的最大功率 Maximum power for low-power generating sets (MAX)[3] 对于同一台柴油发电机组?由于使用工况的不 同?可以标注 4 种不同的功率等级?在以往的标准 中?4 种功率等级没有一个明确的相互比例关系? 2018 年 第 2 期 移 动 电 源 与 车 辆 45 新版 ISO8528-1 引入了低功率发电机组的最大功 率 Maximum power for low - power generating sets (MAX)?对于理顺这 4 种功率等级的相互关系提供 了依据? 新版标准对“低功率发电机组的最大功率(最 大值)”做了如下规定: 某些电器在启动时所需的功率比实际运行功率 要高? 最大功率允许满足这一需要? 低功率发电机 组的最大功率被定义为通过将发电机组能够在至少 5 分钟输出的电流和电压相乘而得出的功率? 规定 的输出电压应在额定电压的±10%以内?规定的输出 频率应 在 额 定 频 率 的 ± 8% 以 内? 功 率 额 定 值 (COP)和最大功率(MAX)之间的最小比率应该是 Prated / Pmax ≥ 0.75? 按照最大功率定义?发电机组能够在至少 5 分 钟输出的电流和电压相乘而得出的功率? 规定的输 出电压应在额定电压的±10%以内?规定的输出频率 应在额定频率的±8%以内? 这个最大功率出现在基 本功率在暂态负荷条件下和突然施加负荷时?需要 提供额外的电能? 这种附加功率通常是发电机组额 定功率的 10%? 也就是基本功率加上 10%附加功 率就是发电机组的最大功率 Pmax? 按照新版标准给出的公式:Prated / Pmax ≥ 0.75 代入计算: COP / PRP(1+10%)≥ 0.75 令 COP 为 1?解得 COP≥0.825PRP (PRP≤1.2 COP)这个比例关系确立以后?其它两个功率等级的 关系也就可比较了? RIC 制造商标注的发动机功率有两档?分别是 常用功率和备用功率?两档功率相差 10%?即常用 功率为 100%?备用功率为 110%? 其对应的柴油发 电机组功率分别是基本功率 PRP 和应急备用功率 ESP? 即 ESP = 1.1PRP? ESP 也是机组的最大功率 Pmax? 故 COP≥0.75ESP?ESP≤1.3COP? 限时功率与其它功率等级的比例关系用类比法 确定?限时功率 LTP 和持续功率 COP 的载荷系数都 是 100%? COP 不限时运行?每年连续运行时间可达 8000 多小时?LTP 限时运行?每年运行时间不超过 500 h?故 LTP 的功率标定要比 COP 高? LTP 与 PRP 的关系?主流发动机厂家大都把 LTP 与 PRP 的比例关系定位为 0.9 ~ 1?我们折中取 0.95 的系数?则 LTP = 0.95PRP?PRP = 1.05LTP 代入 PRP≤1.2COP 计算得 LTP≤1.15COP? 以 COP 功率为 1?各功率等级的比例关系如下: LTP≤1.15COP?PRP≤1.2COP?ESP≤1.3COP? 4 结语柴油发电机组功率等级的合理选用事关发电机 组运行的可靠性和经济性? 科技进步日新月异?新 的技术和行业不断涌现?作为传统备用电源的柴油 发电机组技术也要与时俱进?以前沿创新技术改造 柴油发电机组?使其能满足像核电厂、数据中心、芯 片工厂等高端应用?

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