1.6 柴油发电机组的选择
上海科泰股份有限公司生产的柴油发电机组有着良好的性能和可靠的质量保证。但是，在选择机组时仍然需要注意许多方面的细节，以使机组发挥最佳的运行性能和取得较佳的经济效应。应注意以下几点：
1.机组使用用途
柴油发电机组按用途分为长行机组和备用机组两种。选择机组时，应首先明确该机组是做何种用途。在长期缺电甚至无市电供应的地区，需要发电机组无限时运行时，应选用长行机组。若机组只是用来在市电发生故障时，才启动运行来供应负载所需电力时，则使用备用机组。长行机组和备用机组由于使用额定功率限制的不同，使用频率和周期时间也不同，应根据需要来选用。
（1）应急柴油发电机组的选择
应急发电机组主要用于重要场所，在紧急情况、事故停电或瞬间停电，通过应急发电机组迅速恢复并延长一段供电时间，这类用电负载为一级负载。对断电时间有严格要求的设备、仪表以及计算机系统，除配备发电机组外，还应配备蓄电池或UPS电源。
应急发电机组的工作有两个特点：一是作应急用，连续工作的时间不长，一般只需要运行几小时（小于12h）；二是作备用，应急发电机组平时是处于停机等待状态，只有当主用电源全部故障断电后，应急发电机组才启动运行，并为紧急用电负载供电，当主用电源恢复后，随即切换停机。
1）应急柴油发电机组发电机容量的确定
应急柴油发电机组的额定容量为经大气修正以后的12h额定容量，其容量应能满足紧急用电的计算总负载，并按发电机容量能满足一级负载中单台最大容量电动机启动的要求进行校验。应急发电机一般选用三相无刷交流同步发电机，其额定输出电压为400V。
2）应急柴油发电机组台数的确定
根据应急负载容量一般只设置1台应急柴油发电机组，也可以选用2台以上机组并联运行供电。由于并机技术的进步，目前数据中心应急备用电源已有20台以上柴油发电机组并联应用实例，详见第7章内容。当选用多台柴油发电机组时，机组应尽量选用型号、容量相同，调压、调速特性相近的成套设备，所用的燃料性质应一致，以便运行维修保养及共用备件，当应急备用的发电机组有2台时，自启动装置应使2台机组能互为备用，即市电电源故障停电经过延时确认以后，发出自启动指令，如果第1台机组连续3次自启动失败，应发出报警信号，并自动启动第2台机组。
3）应急柴油发电机组的选择
应急机组宜选用高速、增压、油耗低、高可靠性、同容量的柴油发电机组。高速、增压柴油机单机容量较大，占地空间较小，柴油机选配电子调速装置，调速性能较好，发电机宜选配无刷励磁的同步发电机。
4）应急柴油发电机组的控制
应急柴油发电机组的控制应具有快速自启动及自动投入装置。当主用电源故障断电后，应急机组应能快速自启动并恢复供电，一级负载的允许断电时间从十几秒至几十秒，应根据具体情况确定。当重要工程的主用电源断电以后，首先要有3～5s的确认时间，应避开瞬时电压降低及电网合闸或备用电源自动投入的时间，然后，再发出启动应急发电机组的指令。从指令发出，机组开始启动、升速到能带全负载需要一段时间。一般大、中型柴油机还需要预润滑及暖机过程，使紧急加载时的机油压力、机油温度、冷却水温度符合产品技术条件的规定：预润滑及暖机过程可以根据不同情况预先进行。使机组随时处于预润滑及暖机状态，以便随时快速启动，尽量缩短故障断电时间。
应急柴油发电机组投入运行以后，为了减少突加负载时的机械和电流冲击，在满足供电要求的情况下，紧急负载最好按时间间隔分级增加。自动化柴油发电机组自启动成功后的首次允许加载量为：对于额定功率小于250kW的发电机组，首次允许加载量不小于50%的额定负载：对于额定功率大于250kW的发电机组，按产品技术条件规定。如果对瞬时电压降及过度过程要求不严格时，一般机组突加负载或突卸负载的负荷量不宜超过机组额定容量的70%。
（2）常用柴油发电机组的选择
某些柴油发电机组在某段时间或经常需要长时间连续地运行，作为用电负载的常用供电电源，这类发电机组称为常用发电机组。常用发电机组可作为常用机组和备用机组。远离大电网的乡镇、海岛、林场、矿山、油田等地区或者工矿企业，为了供给当地居民生产及生活用电，需要安装柴油发电机组，这类发电机组平时应不间断的运行。
国防工程、通信枢纽、广播电台、微波接力站等重要设施，应具有备用柴油发电机组。这些单位的设施用电平时由市电电网供给。但是，由于地震、台风、战争等其他自然灾害或人为因素，使电网遭受破坏而停电以后，已设置好的柴油发电机组应能迅速地启动，并能长期不间断的运行，以保证这些重要单位用电负载的连续供电，这种备用发电机组也属于常用发电机组类型。常用发电机组持续工作时间较长、负载曲线变化较大、柴油发电机组容量、台数、型式的选择及机组的运行控制方式与应急机组不同。
1）常用柴油发电机组容量的确定
按机组长期持续运行输出功率能满足全工程最大计算负载的选择，并根据负载的重要性确定备用机组容量。柴油发电机组持续运行的输出功率，一般为额定功率的0.9倍。发电机输出额定电压的确定与应急发电机组相同，一般为400V，个别用电量大，输电线路远的工程可选用高压发电机组。
2）常用柴油发电机组台数的确定
常用柴油发电机组台数的设置通常为2台以上，以保证供电的连续性及适应用电负载曲线的变化。机组台数多，才可以根据用电负载的变化确定投入发电机组的运行台数，使柴油机长期在经济负载下运行，以减少燃油消耗率，降低发电成本。柴油机的最佳经济运行状态是在额定功率的75%～90%之间。为保证供电的连续性，常用柴油发电机组本身应考虑设置备用机组，当运行机组发生故障和停机维修时，使发电机组仍然能够满足对重要用电负载不间断地持续供电。
3）常用柴油发电机组的控制
常用柴油发电机组一般应该考虑能并联运行，以简化配电主线路接线，使机组启动停机轮换运行时，通过并车、转移负载、切换机组而不致中断供电。发电机组应安装有柴油发电机组的测量及控制装置，机组的调速及励磁调节装置应适用于并联运行的要求。对重要负载供电的备用发电机组，宜选用自动化柴油发电机组，当外电源故障断电后，能够自动、迅速地启动，恢复对重要负载的供电。柴油机在运行时，机房噪声很大，自动化机组便于改造为隔室操作，自动监控的发电机组。当发电机组正常运行时，操作人员不必进入柴油发电机组机房，在控制室便可对柴油发电机组进行监控。
2.机组的具体应用类型
为适应不同环境特点和各种特殊要求的需要，柴油发电机组有着多种不同应用类型和可加装的配套件，加装不同的配套件能够适应陆上、海上的恶劣环境，满足高灵敏度负载对机组的要求和用户对自动化程度的需求等各种功能。以下是几种配套件和不同类型机组的选择：
（1）机组配套件的选择
①水套加热器 对于水冷机组，虽然使用防冻冷却液，但在环境温度低于0℃的寒冷地区，仍然会因为液体的流动性变差、机体内温度过低使发动机启动困难。使用水套加热器，可使冷却液温度升高，流动性增强，并且依靠热传递使机体温度也随之升高，从而解决了低温启动难的问题。
②交流发电机、控制屏防潮器 若机组存放于湿度高或长期处于低温地方，建议使用交流发电机和控制屏防潮器。这样便可降低发电机和控制屏的湿度，或在冬天时减少产生静电的影响。
③启动电池市电充电器 利用启动电池市电充电器，可以在市电正常时，对启动电池进行快速或慢速充电，使其保持足够的电量满足下一次的启动需要。这种配件对于要求随时启动的备用发电机组和自动化机组就尤为重要。
④电子调速系统和电控柴油机 使用电子调速器的机组（包括电控柴油机）区别于机械调速式机组，最明显的优点就是使频率稳态调整率范围很小，即柴油机的速度比机械调速式机组稳定了许多，使发电机输出频率、电压波动很小，适合于一些对频率、电压要求较高的负载，如电子计算机、UPS供电系统。另外，作为并机使用的机组除电喷机组外均需要加装电子调速器。
⑤其他 其他的配套件有高、低位燃油接触开关、接地故障保护、自动燃油补充系统等，这些配套件都必须预先订购，并由专业人员加装。
（2）防护等级的选择
在柴油发电机组中，交流发电机不允许有异物和水分的进入，否则会导致发电机相间短路，烧毁发电机。由于本身运行时需要散热的原因，交流发电机不可能完全密封，所以就存在防护等级选择的问题。
上海科泰电源股份公司柴油发电机组采用IP防护等级标准，该等级由两个数字组成，第1个数字表示防尘、防止外物侵入的等级，第2个数字表示防湿气、防水侵入的密闭程度。标配的防护等级为IP22或IP23，另可升级为IP44或IP55。依照等级标准，含义见表1-5和表1-6。
表1-5 第一个数字的含义
表1-6 第二个数字的含义
请参考表1-5、表1-6的说明，根据机组所处的环境，选择合适的IP防护等级。其中IP23为船用机组标准，在尘屑非常多的场合（如木屑场）可考虑使用IP44或IP55。IP44是在IP23的基础上加装进、排风过滤器，IP55为电机外壳加装热交换器。
（3）热交换器的选择
柴油发电机组冷却系统的标配是与机组为一体式的散热水箱。这种冷却系统的优点是在不增加附属设备的情况下就能向负载供电，这种机组适合于水源缺少的地区，但整个机组外形尺寸相对较大，其缺点是风扇的转动增加了机组的噪声。
若要克服散热水箱的缺点，可考虑选用热交换器。带热交换器冷却的发电机组由于用热交换器取代了传统的水箱风扇而使噪声和外形尺寸大大减少，这样机组就可布置在较小的机房和居民住宅区内。但是使用这种机组要求室外有足够的地方安装外部循环水池或冷却塔来冷却柴油机的冷却水，因此相对增加了基础设施的成本，这种机组适用于民用住宅区商店和宾馆等人口密集的地区供电。
（4）PMG永磁励磁系统的选用
PMG（Permanent Magnet Generator，永磁发电机）系列永磁交流同步发电机的电子自动调压系统AVR独立于发电机的机械系统，功率源从副励磁机电枢绕组取得。在发电机负载和转速突变时，该系统不受发电机机械过渡过程的影响，将输出电压调整到额定值。因此，PMG系列永磁交流同步发电机的动态电压调整率远小于其他励磁发电机，并有较好的动态稳定性。而常规励磁发电机AVR的功率输出受电枢绕组电势波形的影响较大，特别是非线性负载对电枢绕组电势波形的影响比较明显。另外，永磁发电机还有电磁干扰小、电机效率高、电机温升低、适合于在恶劣环境下工作等优点，它适用于以下场合：
要求发电机供电质量高，瞬间电压波动少，输出电压波形好，畸变率低的场合。例如：作为高精度电子仪器和设备的供电电源。
对发电机所产生的电磁干扰有严格限制的场合。例如：作为通信设备、雷达、高精度控制系统的供电电源。
发电机的运行环境恶劣的场合。例如：高温运行环境及发动机转速高，输出转矩脉振大的情况。
对发电机节能有严格要求的场合。例如：燃料供应困难和发动机功率受限制的场合。
（5）并机的选择
从负载的大小、机组运行状态等方面考虑，有时需要机组进行并机的使用。如为了增加后备电源的弹性，或者因为负载太大，这时可考虑将两台或者更多机组进行并机使用，作为备用电源。也有些情况，由于负载中感性负载所占比例很大，启动时所需功率很大，而在正常运行时功率较小，造成低载运行对机组十分不利，这时考虑使用并机启动负载，启动后又单机运行的模式。
并机时，若要将一部机组并到带电的母排上，一定要符合电压相同、频率相同、相序相同和相位相同的条件。
上海科泰股份有限公司有一整套先进成熟的并机系统，其核心部分为TC3.0智能控制屏。该控制屏采用微处理器技术，对机组的运行状态进行实时监测和控制。而且在负载分配中，控制器将通过自身设定的参数，按比例确定各机组承担的负载功率。并根据负载大小自动将机组并机或者解列后停机，这样便可以达到比较好的经济效益以及保持机组良好的运行状态。
（6）自动化程度的选用
科泰股份有限公司的机组从自动化程度上大致可分为手动、自动、遥控三种类型。用户可根据自己的实际需要，选择合适的控制系统。如需操作人员职守的手动机组及自动启动的机组，选择TC1.0控制屏；需实现“三遥”功能的遥控机组可选择TC2.0控制屏；并机则选用TC3.0智能控制屏。如果所有的智能型控制屏再配置ATS切换系统，便可实现机电和市电对负载供电的自动切换。
3.机组的容量估算
发电机组容量的估算是十分重要也是比较复杂的问题，容量过小，无法带全部负载或者在启动大功率负载时导致突然停机；容量过大，投资及维护成本高，造成经济浪费。而且根据柴油机的特性，如果在小负载下长期工作，将造成活塞环、喷油嘴积炭严重，气缸磨损加剧等损坏机组的不良后果。所以在容量估算时需要考虑多方面的因素，包括：使用环境、负载的类型和预留裕量等内容。
（1）使用环境
不同的工作环境会影响机组的输出功率。工作环境主要包括环境温度、海拔和相对湿度。当环境温度、海拔过高时，空气密度降低，机组运行时燃烧所需氧气供应量减少，机组的输出功率应做相应的下调。换而言之，选用的机组功率要比负载的功率绝对值高。柴油发电机组的额定功率是在标准状态环境下满负载运行时测得，即：进气温度为27℃，海拔为152.4m，相对湿度为60%。当超过该标准时，标定功率就要有所折扣了，具体的折扣计算方法见本章内容。
值得注意的是，电控柴油机采用了电子喷油控制技术，通过对安装在发电机上的电子控制单元对进气歧管的进气压力、燃油温度的精确测量，控制每个喷油器的喷油正时和喷油量，使得机组在非标准环境下有较小的功率下降。
（2）负载的类型
不同类型的负载对发电机组容量要求相差是很大的，负载类型一般分为电阻性、电感性等线性负载与内含整流电路的非线性负载（又称整流性负载）。阻性负载如灯泡、电炉子、烤箱等，感性负载如空调、机床、水泵等，非线性负载如UPS、电子计算机、程控交换机、PLC设备等。带电阻性负载时，发电机组的容量只需要略大于负载功率。但是在带电感性负载和非线性负载时，容量就需重新计算。
1）电感性负载对容量的影响
电感性负载（如三相笼型异步电动机）的特性是当启动时有很大的电流，而且功率因数大大低于正常运转值。如果直接启动，启动电流值为正常运转时的5～7倍，这就要求机组容量足够大满足其启动要求。但是随之而来的问题是机组的功率选大了，而正常运行时功率又远小于机组额定值，这显然是不经济的。
例如：机组带一台额定功率P=55kW，满载稳定运行时电压U=380V、功率因数pf=0.89、效率η=92%、启动电流值为额定时5倍的三相异步电动机时额定电流值为
若根据电流值选择机组时，可确定额定电压为380V时，最大输出电流值为126A，功率为70kW的三相柴油发电机组。
由于启动电流I启=5·I=510A，为了满足启动要求，不得不选择最大输出电流值为532A，功率为300kW的机组。显然，机组功率变大了，而正常运行时功率又远小于额定功率，非常不经济。为了减小电动机启动时的影响，往往采用降压启动的方法，就是在启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，待电动机转速接近稳定时，再把电压恢复到正常值。一般有以下几种降压方法：
①星形-三角形（Y-△）换接启动；
②自耦降压启动；
③电抗降压启动；
④软启动；
⑤变频启动。
其中Y-△法的启动电流为直接启动电流的1/3；自藕降压启动法的设备具有抽头根据启动转矩的要求得到不同电压；电抗降压启动电流按其端电压的比例降低；延边三角形启动电流一般为直接启动时的1/2。具体的操作方法可在电工手册上查得。
2）非线性负载对容量的影响
非线性负载（如电子计算机等）设备都有启动冲击电流、谐波反馈、电流突变等干扰，而且往往对机组电压降值有很高的要求。由于柴油发电机组所送出的电源本身不但电压畸变度大，而且随着机组的额定输出功率容量的减小，其内阻增大的矛盾会显得更加突出。当带电阻性负载时，这种影响比较小。然而，在带计算机和通信设备这种整流滤波型负载或UPS时，会影响负载的正常运行乃至使用寿命。虽然上海科泰电源股份有限公司的机组有着优良的电气性能，但出于安全考虑仍应把容量选得大一些。
在电压降的要求上，大容量机组带较小的负载产生电压降较小，PMG比SHUNT小得多，当SHUNT无刷自励式机组带无输入滤波器的UPS时，往往要求容量为UPS容量的2～2.5倍。选择带高效输入滤波器的UPS或带PMG永磁式机组则容量匹配可以非常接近。
总之，计算发电机组容量时应明确各个负载的性能，以做出正确的选择，几种负载的参考特性参数见表1-7。
表1-7 不同负载时的启动电流和运行电流
（3）其他考虑因素
根据现有负载进行计算机组容量后，还要加入其他考虑因素，如：是否有些负载可能发生过载的现象，今后是否有扩充负载的需要，建议根据自己的实际需要适量加大机组的容量。
另外，在经济条件许可的情况下，建议采用2台或多台发电机组，其中一些发电机组用于敏感的负载（如电子计算机系统和其他电子设备），另一些发电机组则用于不敏感的负载（如电阻性负载和电动机）。防止由于电动机启动时造成机组电压波形畸变对敏感性负载的影响。
4.特殊用途机组的选择
特殊用途机组的开发和应用，扩大了柴油发电机组的应用范围，拓展了用户的选择空间。如适合于特殊噪声要求场合的防音型机组；城市范围内的短距离应急供电或工程事故抢修供电的防音型拖车机组；自备动力，适合于城市范围远距离移动应急供电的车载电站；适合放置大型机组，同时具有防音效果的集装箱机组。