20KV市电配套柴油发电机的技术改造方案
发布时间：2023-09-12 点击：137
20kv市电配套柴油发电机的技术改造方案
在中国的很多地区逐渐采用的是20kv电制市电，但是在中国市场上没有这款类型的20kv/50hz柴油发电机组成品购买渠道，只能向国外发电机组厂商通过定制方式获得。很显然，通过定制获得的柴油发电机组由于零部件的独立性将会给以后的维修和保养造成极大的困难，因此站在有利于后期运营的角度，必须为自己选择通用性强的柴发。目前，在现有的市场上主要存在着400v和10kv两种电压的柴油发电机组，根据这两种不同电压，康明斯公司以6台备用2000kw项目需求为例，介绍以下三种为20kv电制市电配置的柴油发电机组技术改造方案。
图1 2000kw康明斯电力发电机组
一、 6台400v低压柴发并机方案
1、方案1说明（如图2所示）
（1）由于受困于并机母排电流6300a限制，6台低压发电机组并机运行必须在高压侧才能实现。因为6台2000kw 400v发电机组并机电流将达到2万多安，无法设计并机母排。
（2）我国现有的并机技术相当成熟，无论是在低压并机和高压并机控制方面，都出现了优良的解决方案。据此在本方案中我们选择了6台400v低压油机通过6台变压器将每台油机电压升到20kv，在20kv侧实行并机控制，达到6台低压发电机组并机运行目的。并机后与市电在20kv侧切换，为项目提供备用电源。
（3）馈电系统沿用市电运行时的馈电系统，在备用电源系统中不加更改。
2、方案1优势
（1）通过并机功能将整个项目备用电源（6台柴油发电机组）集中在一起成为备用电站，方便设备维护和管理。
（2）将备用电源升至高压后传输节约了电传输过程中的成本（电缆及电损失）。
（3）馈电系统方面沿用市电系统设计，特别适用于改造系统。
3、方案1缺点
（1）为了提高系统可靠性，发电机组数量需增加（如采用n+1或n+2系统），增加了系统初次投资。
（2）在整个系统中每台油机均需配置低压电柜，变压器和高压电柜，多出了数量不小的低压或高压电柜，初次投资设备成本高，同时也增大了设备的占地面积。
图2 400v低压柴油发电机组并机线路图
二、6台10kv高压柴发并机方案
1、方案2说明（如图3所示）
（1）本方案中我们采用了10kv中压柴发，在10kv母排侧实现6台2000kw并机，再通过升压变压器将发电机组输出电压升到20kv，与市电在20kv侧切换，为项目提供备用电源。
（2）馈电系统采用市电运行时的馈电系统，在备用电源系统中不加更改。
2、方案2优势
（1）将整个项目备用电源集中在一起成为备用电站，方便设备维护和管理。
（2）同时将备用电源升至高压后传输节约了电传输过程中的成本（电缆及电损失）。
（3）在现有的数据中心项目中，相关项目采用了10kv等级相关设备如冷水空调等，可直接在10kv侧与市电切换，减少了变压器配置，同时也节省了能量在变压器处的损耗。
（4）馈电系统方面沿用市电系统设计，同样适用于改造系统。
（5）与方案1比较在整个系统中每台油机少配置低压电柜，也减少了变压器数量配置和高压电柜的数量，初次投资设备成本降低。
3、方案2缺点
（1）为了提高系统可靠性，发电机组数量需增加（如采用n+1或n+2系统），整个系统初次投资将增加。
（2）与方案1比较油机采用中压柴发，对油机操作工人要求提高，增加了油机运行和保养中的人工费用。
图3 10kv高压发电机组并机线路图
三、400v柴发与变压器一对一切换
1、方案3说明（如图4所示）
本方案采用400v低压油机在市电低压变压器侧实现一对一切换，或将系统按楼层分成n个系统，将少量低压油机并机后再与市电变压器在低压侧分别切换。（将项目分成n个系统是为了适应低压油机不能多台并机的特点，降低系统总需求量。香港ntt项目就是采用这样的方案）。众所周知，切换的可靠性要高于并机系统可靠性。任何需要满足uptime t 4认证要求的项目建议采用2n低压油机系统方案。
2、方案3优势
可靠性高，配置简单。这是所有方案中可靠性最高的一种方案。当项目将可靠性视为最重要因素时，建议选择此种方案。
3、方案3缺点
（1）由于是低压机组，其传输电缆成本较高，传输电损失相对也高。
（2） 为了降低项目油机配置数量，采用此方案时设计工程师应合理设计和布置负载，使备用机组尽可能在大功率条件下输出。
（3） 由于低压输送中传输电缆成本较高，因此在设计时应合理布置油机位置，尽量减少低压电缆的长度。
（4）由于需调整低压变压器后负载，本方案不适用于改造项目。
图4 400v柴油发电机组与市电切换线路图.
四、方案对比选择
在初步了解了以上三种方案以后，各位用户是否迫切想知道以上三种方案的经济对比情况呢？下面是我们康明斯柴油发电机组项目工程师根据以上所讲内容，以6台油机需求为例对三种方案进行配置需求，大家可以根据下表中的配置要求及数量和各企业的预算定额进行三种方案的经济方案对比：
序号
方案1
方案2
方案3
1
6台400v发电机组
6台10kv发电机组
6台400v发电机组
2
6个低压电柜
无
6个低压电柜
3
6个0.4 kv/20kv变压器
1个10 kv/20kv变压器
无
4
低压电缆和高压电缆
只需高压电缆
只有低压电缆
5
为了减少变压器的浪涌电流对断路器的影响，将在高压侧并机
高压侧并机
无需并机
6
20kv并机开关柜
10kv并机开关柜
无需并机开关柜
7
母线pt柜
母线pt柜
无需pt柜
8
直流电源柜
直流电源柜
无需直流电源柜
9
一个20kv馈电柜
一个10kv馈电柜一个20kv馈电柜
无需馈电柜
10
电气转换或ats 20kv切换
电气转换或ats 20kv切换
多个低压ats系统
优点
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图1 2000kw康明斯电力发电机组
一、 6台400v低压柴发并机方案
1、方案1说明（如图2所示）
（1）由于受困于并机母排电流6300a限制，6台低压发电机组并机运行必须在高压侧才能实现。因为6台2000kw 400v发电机组并机电流将达到2万多安，无法设计并机母排。
（2）我国现有的并机技术相当成熟，无论是在低压并机和高压并机控制方面，都出现了优良的解决方案。据此在本方案中我们选择了6台400v低压油机通过6台变压器将每台油机电压升到20kv，在20kv侧实行并机控制，达到6台低压发电机组并机运行目的。并机后与市电在20kv侧切换，为项目提供备用电源。
（3）馈电系统沿用市电运行时的馈电系统，在备用电源系统中不加更改。
2、方案1优势
（1）通过并机功能将整个项目备用电源（6台柴油发电机组）集中在一起成为备用电站，方便设备维护和管理。
（2）将备用电源升至高压后传输节约了电传输过程中的成本（电缆及电损失）。
（3）馈电系统方面沿用市电系统设计，特别适用于改造系统。
3、方案1缺点
（1）为了提高系统可靠性，发电机组数量需增加（如采用n+1或n+2系统），增加了系统初次投资。
（2）在整个系统中每台油机均需配置低压电柜，变压器和高压电柜，多出了数量不小的低压或高压电柜，初次投资设备成本高，同时也增大了设备的占地面积。
图2 400v低压柴油发电机组并机线路图
二、6台10kv高压柴发并机方案
1、方案2说明（如图3所示）
（1）本方案中我们采用了10kv中压柴发，在10kv母排侧实现6台2000kw并机，再通过升压变压器将发电机组输出电压升到20kv，与市电在20kv侧切换，为项目提供备用电源。
（2）馈电系统采用市电运行时的馈电系统，在备用电源系统中不加更改。
2、方案2优势
（1）将整个项目备用电源集中在一起成为备用电站，方便设备维护和管理。
（2）同时将备用电源升至高压后传输节约了电传输过程中的成本（电缆及电损失）。
（3）在现有的数据中心项目中，相关项目采用了10kv等级相关设备如冷水空调等，可直接在10kv侧与市电切换，减少了变压器配置，同时也节省了能量在变压器处的损耗。
（4）馈电系统方面沿用市电系统设计，同样适用于改造系统。
（5）与方案1比较在整个系统中每台油机少配置低压电柜，也减少了变压器数量配置和高压电柜的数量，初次投资设备成本降低。
3、方案2缺点
（1）为了提高系统可靠性，发电机组数量需增加（如采用n+1或n+2系统），整个系统初次投资将增加。
（2）与方案1比较油机采用中压柴发，对油机操作工人要求提高，增加了油机运行和保养中的人工费用。
图3 10kv高压发电机组并机线路图
三、400v柴发与变压器一对一切换
1、方案3说明（如图4所示）
本方案采用400v低压油机在市电低压变压器侧实现一对一切换，或将系统按楼层分成n个系统，将少量低压油机并机后再与市电变压器在低压侧分别切换。（将项目分成n个系统是为了适应低压油机不能多台并机的特点，降低系统总需求量。香港ntt项目就是采用这样的方案）。众所周知，切换的可靠性要高于并机系统可靠性。任何需要满足uptime t 4认证要求的项目建议采用2n低压油机系统方案。
2、方案3优势
可靠性高，配置简单。这是所有方案中可靠性最高的一种方案。当项目将可靠性视为最重要因素时，建议选择此种方案。
3、方案3缺点
（1）由于是低压机组，其传输电缆成本较高，传输电损失相对也高。
（2） 为了降低项目油机配置数量，采用此方案时设计工程师应合理设计和布置负载，使备用机组尽可能在大功率条件下输出。
（3） 由于低压输送中传输电缆成本较高，因此在设计时应合理布置油机位置，尽量减少低压电缆的长度。
（4）由于需调整低压变压器后负载，本方案不适用于改造项目。
图4 400v柴油发电机组与市电切换线路图.
四、方案对比选择
在初步了解了以上三种方案以后，各位用户是否迫切想知道以上三种方案的经济对比情况呢？下面是我们康明斯柴油发电机组项目工程师根据以上所讲内容，以6台油机需求为例对三种方案进行配置需求，大家可以根据下表中的配置要求及数量和各企业的预算定额进行三种方案的经济方案对比：
序号
方案1
方案2
方案3
1
6台400v发电机组
6台10kv发电机组
6台400v发电机组
2
6个低压电柜
无
6个低压电柜
3
6个0.4 kv/20kv变压器
1个10 kv/20kv变压器
无
4
低压电缆和高压电缆
只需高压电缆
只有低压电缆
5
为了减少变压器的浪涌电流对断路器的影响，将在高压侧并机
高压侧并机
无需并机
6
20kv并机开关柜
10kv并机开关柜
无需并机开关柜
7
母线pt柜
母线pt柜
无需pt柜
8
直流电源柜
直流电源柜
无需直流电源柜
9
一个20kv馈电柜
一个10kv馈电柜一个20kv馈电柜
无需馈电柜
10
电气转换或ats 20kv切换
电气转换或ats 20kv切换
多个低压ats系统
优点
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