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新聞主題 |
預制艙式柴油發電機組組成與參數要求 |
摘要：柴油發電機組預制艙是智能發電站應用的新技術、新材料、新設備的一個重要體現，康明斯公司由此引入預制艙理念，將發電機組分為2個獨立模塊，每個模塊獨立成套。它是由柴油發電機組、預制艙體、二次設備屏柜（或機架）、艙體輔助設施等組成，在工廠內完成制作、組裝、配線、調試等工作，并作為一個整體運輸至工程現場，就位于安裝基礎上。一次艙整個架構由廠家集成，實現工廠化加工，減少現場二次接線，減少設計、施工、調試、工作量，簡化檢修維護工作，縮短建設周期，有效支撐了柴油發電機組供電系統的快速投入工作。
一、 預制艙電站設計
1、預制艙發電機組的設計理念
預制艙在疫情中大放光彩，我們一起看到了戰神山、雷神山醫院基本建設的效率，看到了我國基建狂魔的整體實力，另外也看到了預制艙在迅速基本建設層面的優點，實際上發電機組也可以有預制艙——預制艙式發電機組。
預制艙式發電機組是基于“標準配送式”這一理念的基礎上，推出了戶外智能發電機組，預制艙艙體結構的采用成為智能變電站建設二次設備載體的重要措施。預制艙式發電機組是預制艙理念在發電機組領域的擴展與延展，是將發電機組中的主要設備，包括主發電機、柴油機、機組控制柜、PT柜、高壓柜等在工廠內完成制做、拼裝、布線、調節等相關工作，然后將各設備作為一個整體裝入預制艙，運輸至現場進行拼裝。預制艙及其內部的二次設備實現整套二次設備由廠家集成，實現工廠化加工，減少現場二次接線，減少設計、施工、調試、工作量，簡化檢修維護工作，縮短建設周期。預制艙式變電站是我國電力設施發展的新科技，金屬焊接結構（集裝箱預制艙箱變）的預制艙體成了電力發展的重要組成部分。艙體安全防護等級高，配備火災報警系統，安防監控系統，接地系統，環控系統等完善各系統。
2、預制艙發電機組的設計布置
預制艙式發電機組為一種1000kW～4500kW大功率預制艙式柴油發電機組，依照設備尺寸與功能要求將其分為2個預制艙：機組預制艙和控制預制艙，預制艙各艙體尺寸則由設備大小決定。兩個預制艙按一字形排列，艙體之間采用鋼絲編織軟管與快換接頭連接。圖1為機組預制艙模塊的內部設備布置圖，圖2為控制預制艙模塊的內部設備布置圖。
機組預制艙內部設備包括主發電機、柴油機、公共安裝底架、彈性聯軸節、橡膠隔振器、進氣消聲空濾器、排氣消聲器、機組冷卻水系統、機組機油系統、機組燃油系統、機旁控制柜、電池柜、接地電阻柜、軸流風機等。排氣管路安裝在預制艙頂，其余安裝在預制艙內。
控制預制艙內部設備包括進線柜、PT柜、出線柜、高壓柜、直流屏、電腦操作臺、空調、風扇散熱器、燃油箱等。控制預制艙內沿長度方向依次設有電氣控制室、值班室、燃油間，艙頂安裝風扇散熱器。
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圖1 預制艙柴油發電機組內部布置圖
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圖2 預制艙柴油發電機組控制系統布置圖. |
3、預制艙發電機組的設計優化
（1）預制艙結構優化
預制艙是預制艙式發電機組的核心設備，外形類似集裝箱，但不同于集裝箱。集裝箱本質是貨物容器，多為標準產品，結構穩定性低。本預制艙基于成熟的戶外箱式產品制造技術，按照內部設備的大小及排列方式進行定制化設計，體積小巧，結構緊湊，圖案美觀、外形大方。主骨架采用型鋼一體式焊裝結構，有足夠的機械強度和剛度，抗沖擊能力強，防盜、防破壞能力強。預制艙雙層鋼板內部填充防火材料，保證內部或者外部著火時耐火3小時以上。艙體內配備火災報警系統，安防監控系統，接地系統，防塵排風系統，確保艙內安全。
（2）降噪優化
預制艙式發電機組多建在城市中心區域，需重點考慮市區人口密集，建成的預制艙發電機組應低噪音運行。預制艙內加裝消聲棉，預制艙頂設有消聲百頁進排氣通風口，排氣管路設有2個降噪25～35dB的排氣消音器，確保機組噪聲不少過80dB。
預制艙內發電機組的聲壓為108.6dB，艙內加裝消聲棉，集裝箱的透射聲壓為73.1dB，降噪過程見下表1。
表1 消聲棉降噪表
|
Spectrum
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31.5
|
63
|
125
|
250
|
500
|
1000
|
2000
|
4000
|
8000
|
Lp（A）
|
|
集裝箱內部Lp（A）
|
73.00
|
75.5
|
94.7
|
93.9
|
99
|
100.5
|
100.1
|
97.3
|
105.1
|
108.6
|
|
吸聲系數
|
0.04
|
0.15
|
0.40
|
0.71
|
0.86
|
0.95
|
0.89
|
0.52
|
0.14
|
|
|
吸聲降噪量
|
6.13
|
11.64
|
6.03
|
8.53
|
9.34
|
9.76
|
9.48
|
9.4
|
1.55
|
|
|
組合板隔聲量
|
5.7
|
11.7
|
17.7
|
23.6
|
29.6
|
35.6
|
41.6
|
40.4
|
38.1
|
|
|
透射聲
|
61
|
52
|
71
|
62
|
60
|
55
|
49
|
47
|
65
|
73.1
|
頂設有百頁進排氣消聲過濾器，排氣百葉向外輻射聲壓級為82.5dB，進氣百葉向外輻射聲壓級為88.6dB。排氣管路設有2個降噪25～35dB的排氣消音器，機組噪聲為76.7dB，降噪過程見下表2。
表2 排氣消音器降噪表
|
Spectrum
|
63
|
125
|
250
|
500
|
1000
|
2000
|
4.000
|
8000
|
|||
|
抗性消聲段
|
氣流噪聲
|
81.47
|
77.35
|
71.88
|
69.12
|
66.50
|
63.85
|
63.85
|
63.85
|
||
|
自然衰減△L
|
1.52
|
1.5
|
1.5
|
1.5
|
1.5
|
1.5
|
1.5
|
1.5
|
|||
|
末端噪聲總和
|
81.66
|
87.63
|
86.55
|
91.53
|
93.01
|
92.61
|
89.81
|
97.60
|
|||
|
氣流噪聲
|
99.86
|
102.86
|
98.86
|
93.86
|
88.86
|
87.86
|
83.86
|
83.86
|
|||
|
內部彎管段
|
自然衰減△L
|
2
|
8
|
6
|
3
|
3
|
3
|
3
|
3
|
||
|
末端噪聲總和
|
99.90
|
102.88
|
98.92
|
94.98
|
92.48
|
91.83
|
88.59
|
94.95
|
|||
|
阻性消聲段
|
消聲量
|
7.2
|
13.5
|
26.1
|
29.7
|
29.7
|
24.3
|
19.8
|
16.2
|
||
|
線性聲壓級
|
總能量
|
92.7
|
89.4
|
72.8
|
65.3
|
62.8
|
67.5
|
68.8
|
78.8
|
||
|
剩余聲壓級
|
Lp(A)
|
53.3
|
73.4
|
64.4
|
63.0
|
65.1
|
71.5
|
71.0
|
76.7
|
||
（3）散熱優化
風扇散熱器采用了5組風扇散熱器，每組功率22kW，即使在40℃也能滿足散熱要求，同時還有20%以上的富裕散熱能力，風扇散熱器的技術參數見下表3。在機組預制艙左右兩側各設有2個軸流風機，對機組強制冷卻通風，確保機組有優良的散熱性能。
表3 風扇散熱器的技術參數
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項目TYPE
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單位UNIT
|
中冷水部分
AC WATER SECTION
|
缸套水部分
JACKET WATER SECTION
|
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|
熱側HOT SIDE
|
冷側COLD SIDE
|
熱側HOT SIDE
|
冷側COLD SIDE
|
||
|
流體名稱FLUID NAME
|
/
|
水WATER
|
空氣AIR
|
水WATER
|
空氣AIR
|
|
流量FLOW RATE
|
m3/h
|
95.0
|
|
130.0
|
|
|
流量FLOW RATE
|
m3/s
|
|
143.01
|
|
82.45
|
|
散熱量HEAT LOAD
|
KW
|
1464.0
|
1773.5
|
971.0
|
1199.2
|
|
進口溫度TEMPERATURE IN
|
deg
|
73.56
|
50
|
82
|
60
|
|
出口溫度TEMPERATURE OUT
|
|
60.00
|
60.00
|
75.40
|
70.51
|
|
余量ALLOWANCE
|
%
|
21.14%
|
23.509%
|
||
|
芯體處溫度AIR TEMP ON CORB
|
deg
|
50
|
|||
|
風扇FAN
|
/
|
中1700/PAG
|
|||
|
風南數量FAN QTY
|
PC5
|
5
|
|||
|
電機MOTOR
|
/
|
380V/50Hz/22KW/6P/IP55/F/B3
|
|||
|
電機數量MOTOR QTY
|
PCs
|
5
|
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二、預制艙電站技術要求
成套預制艙式柴油發電機組包括柴油發動機、發電機及相關部件組成，冷卻系統，潤滑系統，控制保護系統，進氣排煙系統，啟動系統，減震系統，供油系統，10kV配電裝置，壁掛式直流電源箱，中性點接地電阻柜，預制艙等，及上述系統一切相關附件。發電機采用同步交流無刷勵磁發電機。其技術要求如表4所列。
表4 預制艙電站基本技術要求
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機組制造
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原裝發電機組
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|
主用功率/容量（kW/kVA）
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按用戶要求制作
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額定電壓（kV）
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10.5
|
|
額定頻率（Hz）
|
50
|
|
額定功率因數
|
0.8（滯后）
|
|
額定轉速（r/min）
|
1500
|
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相數及接法
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三相四線、星形接法
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機組型式
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高壓預制艙式發電機組
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|
冷卻方式
|
直驅，風扇水箱
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啟動方式
|
DC24V電啟動
|
|
調壓方式
|
自動
|
|
勵磁方式
|
無刷永磁勵磁
|
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絕緣等級
|
F
|
|
防護等級
|
IP23
|
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控制方式
|
手動、自動、自并聯
|
|
散熱水箱設計溫度（℃）
|
45
|
|
燃油
|
輕柴油GB252，依據環境條件選擇
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性能等級
|
GB/T2820中規定的G3
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單機啟動性能
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機組自接到啟動指令到向負載供電時間≤15s（帶載不少于50％額定負載），可帶額定負載時間≤25s
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多機并聯
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可以快速實現兩臺機及以上并聯。
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啟動間隔
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10s以內
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機組一次突加負載能力
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在一次性突加常用功率(kW)50％的負載情況下：
機組的電壓降≤-15%，瞬態電壓恢復時間≤4秒，瞬態頻率偏差≤-7%，瞬態頻率恢復時間≤3秒。
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機組結構
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機組采用一體式結構，柴油機、發電機及散熱器整體安裝在公共的高強度鋼底座上。
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材料和部件
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所有機組材料和部件應是新的和未使用過的
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三、預制艙特點和效果
1、基本特點
（1）民用方艙
集裝箱式預制艙柴油發電機改變了柴油發電機傳統的電站設計、施工模式和電氣系統布局，通過工廠生產預制、現場安裝兩大階段來建設柴油發電機。其標準化設計、模塊化組合、工業化生產、集約化施工，使柴油發電機建設走上技術含量高、環境污染少、精細化設計的道路。
柴油發電機房采用國際標準集裝箱制造規范，如圖3所示，設置有通風阻塵結構系統，內部增加活性高密防塵裝置，可拆卸式慮棉網，雙排風系統便于電力電子設備防塵、通風、散熱等保護措施。箱體底部采用防滑花紋板加鋪防靜電地膠，保護內部產品。裝修采用高密度巖棉凈化板，增強內部保溫和隔熱效果，保證設備在超高超低溫度環境中正常運轉，并且防火等級達到國家標準A級，整體內部整潔美觀大方，內部配設雙應急照明措施和消防器具，強度高、密封強、耐腐蝕、耐酸堿、高壽命。
（2）軍用方艙
發電機組軍用方艙布局合理、有效降噪、防雨性能好且散熱效果好的靜音方艙電站，如圖4所示，方艙包括機組室、進風室、排煙消聲室以及排風室，機組室內安裝有發電機和發動機，進風室內設有燃油箱和空氣濾清器，排風室位于發動機的一側，排風室內設有散熱水箱，排風室和發動機之間設有隔墻，隔墻上設有散熱風扇，散熱風扇位于排風室內并位于散熱水箱的一側，散熱風扇通過加長輸出軸與發動機的輸出軸連接，加長輸出軸上設有安裝孔，安裝孔內用螺栓與散熱風扇以及發動機的輸出軸連接，將散熱風扇與發動機隔離，可避免發動機噪聲泄露，同時可在雨中工作，且不會損失機組功率。采用以上技術方案，結構簡單，提高軍用方艙對外界環境的適應性，提高了軍用方艙內部的舒適性，軍用方艙的使用壽命，合理的使用了方艙內部的使用面積，重量減輕，增加剛度;增強了對載裝軍事設備和人員的保護性。
2、預制艙的效果
將預制艙模塊化設計理念引入到發電機組中，開創了發電機組的預制艙模式。預制艙存在以下優點：
（1）模塊獨立成套，工廠化生產和預制化配線，減少現場施工工作量，縮短建設周期。
（2）模塊布置靈活，根據場地需求不同靈活布置，可一字形，可L形，可平放，可疊放，減少占地面積，比常規機組減少20-30%。
（3）將發電機組分為若干個獨立預制艙，單個預制艙（拆除排氣管路和風扇散熱器后）滿足整體發運要求，運輸性能高。
（4）預制艙式外形美觀大方、與周邊環境協調，散熱性好，噪聲低，智能化和自動化高，適用于城市中心。
（5）拆除排氣管路和風扇散熱器后，單個預制艙的尺寸重量滿足運輸要求，可整體發運。
（6）現場拼裝時，只需對兩個艙體進行連接，兩個艙體之間采用鋼絲編織軟管快換對接，安裝快捷。
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圖3 民用預制艙柴油發電機組外觀圖 |
圖4 軍用方艙發電機組結構圖 |
總結：
柴油發電機組在場地條件所限而無法廠房內安裝時，多采用普通集裝箱發電機組模式，即在發電機組外面加裝集裝箱。但大功率柴油發電機組結構復雜，重量和尺寸超過標準集裝箱的極限，標準集裝箱已無法滿足的大功率柴油發電機的需求。本文中的方案是用于大功率預制艙式柴油發電機組，引入預制艙理念，將發電機組分為2個獨立模塊，每個模塊獨立成套。通過模塊化設計，工廠化生產和預制化配線，減少工程現場工作量，縮短建設周期，減少占地面積，整體運輸方便，現場安裝快捷，是一種高質量的戶外智能發電機組。
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