Як підібрати дизельні електрогенератори згідно вимог до потужності електростанції?

Розуміння характеристик дизельних електрогенераторів: кВт, кВА та коефіцієнт потужності

Розшифровка технічних характеристик на табличці: потужність двигуна (кВт), потужність генератора (кВА) та теплові обмеження

Таблички на дизельних генераторах містять два основні параметри: кВт і кВА. Значення в кВт показує, скільки дійсної потужності може виробити двигун для виконання корисної роботи, тоді як кВА характеризує загальну потужність генератора, яка обмежується, наприклад, межами термостійкості обмоток та температурними обмеженнями. Якщо навколишнє повітря стає надто гарячим (зазвичай вище 25 градусів Цельсія), вступає в дію так зване теплове пониження потужності. Це означає, що генератор втрачає частину потужності з підвищенням температури. На кожне підвищення на 5,5 градуса понад нормальні умови вихідна потужність знижується приблизно на 1–3%. Наприклад, генератор потужністю 1000 кВт, що працює при температурі 40 градусів, замість повної потужності може видавати лише близько 940 кВт, оскільки висока температура знижує ефективність роботи всіх компонентів.

Чому важливий коефіцієнт потужності — реальний вплив пониження потужності на роботу дизельного генератора

Коефіцієнт потужності, або КП скорочено, — це фактично співвідношення між активною потужністю, виміряною в кіловатах (кВт), та повною потужністю, виміряною в кіловольт-амперах (кВА). Цей показник безпосередньо впливає на ефективність роботи генераторів. Промислове обладнання зазвичай працює з коефіцієнтом потужності близько 0,8. Отже, якщо розглядати генератор потужністю 1000 кВА, то він фактично виробляє лише близько 800 кВт корисної потужності. У разі індуктивних навантажень, таких як електродвигуни, коефіцієнт потужності знижується нижче 1,0, що означає необхідність зменшення очікувань. При коефіцієнті 0,7 той самий генератор 1000 кВА виробить лише 700 кВт — приблизно на 12,5% менше порівняно зі стандартним показником 0,8. Постійна робота генераторів з нижчим коефіцієнтом потужності може збільшити витрату палива приблизно на 8%, а також прискорити знос ізоляційних матеріалів. Це призводить до вищих витрат на технічне обслуговування та скорочення загального терміну служби обладнання, про що йшлося в недавніх дослідженнях, опублікованих у журналі «Electrical Engineering Journal» у 2023 році.

Практичне перетворення кВт у кВА для середовищ із комбінованим навантаженням

Використовуйте формулу кВА = кВт · кс для точного визначення розміру генераторів під різноманітні навантаження. У комбінованих комерційних середовищах із середнім кс 0,9, навантаження 360 кВт потребує генератора 400 кВА (360 · 0,9). Основні аспекти включають:

• Пуск електродвигунів тимчасово може знижувати кс, тому потрібен запас потужності за кВА на рівні 20–30%
• Нелінійні IT-навантаження вимагають генераторів із загальним спотворенням гармонік (THD) менше 5%
• Завжди визначайте розмір за кВА, виходячи з найнижчого очікуваного кс, щоб забезпечити надійну роботу

Узгодження класу роботи дизель-генератора з експлуатаційним профілем електростанції

Резервні, основні та постійні номінали ISO 8528-1 — як режим роботи визначає доступну потужність

Стандарти ISO 8528-1 встановлюють еталон для вимірювання продуктивності генераторів, класифікуючи їх як резервні, основні або безперервно працюючі залежно від їх призначення. Резервні моделі передбачені для використання у разі відключення основного живлення, вони працюють близько 500 годин на рік із завантаженням близько 70%. Генератори основного режиму працюють інтенсивніше: вони можуть обслуговувати різноманітні навантаження протягом необмеженого часу та мають додаткову потужність для короткочасних перевантажень. Безперервно працюючі установки працюють постійно під максимально допустимим навантаженням назавжди, за умови дотримання температурних меж. Використання резервного генератора в умовах основного режиму — це запрошення проблем. Нагромадження тепла може призвести до зносу компонентів утричі швидше, ніж у нормальних умовах. Тож правильне співвідношення типу генератора до очікуваного навантаження — це не просто важливо, це абсолютно критично, якщо ми хочемо, щоб ці системи працювали довше строку гарантії.

Порівняння випадків: резервне (аварійне) електроживлення лікарні проти автономної гірничодобувної установки (основне)—наслідки для профілю навантаження

Більшість лікарень залежать від резервних генераторів у разі короткочасного, але критичного відключення електропостачання, яке зазвичай триває менше 30 годин на рік. Ці генератори стикаються з початковим піковим навантаженням у 80% від МРТ-апаратів, перш ніж перейти до приблизно 40% постійного режиму роботи. Занадто великий генератор створює проблеми з мокрим нагаром під час тих рідкісних перевірок. Гірничі об’єкти працюють інакше. Їм потрібні цілодобові основні генератори, які працюють понад 6 000 годин щороку приблизно на 70% потужності, плюс додатковий запас моменту обертання 15% для запуску важких дробарок. Якщо помилитися з розміром, стрічкові конвеєри будуть страждати від електричних спотворень. Правильно підібрані основні генератори служать приблизно 8 000 годин. Лікарні найбільше турбуються про швидкість реакції на коливання напруги, тоді як шахтам потрібне обладнання, яке просто працюватиме день за днем, не ламаючись.

Точне визначення розміру дизельних електрогенераторів для динаміки навантаження: пускове, робоче та імпульсне навантаження

Пусковий струм двигуна та просідання напруги: управління імпульсами 6–8× номінального струму без втрати стабільності

Коли великі двигуни запускаються, вони споживають пускові струми приблизно в 6–8 разів більші за звичайний струм повного навантаження, що призводить до падіння напруги, яке може порушити стабільність усієї системи. Щоб генератори забезпечували стабільну роботу, вони мають підтримувати напругу в межах приблизно ±10% від номіналу, інакше існує ризик втрати контакторів або повної зупинки процесів. У цьому допомагають швидкодіючі регулятори, бажано з часом реакції менше двох секунд, а також генератори, розміри яких перевищують необхідні для компенсації раптових стрибків потужності. Така конфігурація забезпечує сталу напругу під час розгону двигунів, що дозволяє плавно перейти до робочого режиму без збоїв у роботі всієї системи.

Ступінчасте підключення навантаження для зменшення пікового імпульсного навантаження до 40%

Коли обладнання запускається послідовно, а не одночасно, це справді допомагає зменшити пікові сплески навантаження. Зазвичай процес починається з найпотужніших двигунів, після чого підключаються менші навантаження після стабілізації системи. Цей підхід може знизити початкові стрибки споживання електроенергії приблизно на 30–40 відсотків. Більшість об'єктів зараз використовують програмовані логічні контролери (PLC), щоб автоматизувати цей ступінчастий запуск. Ці системи запобігають таким проблемам, як «мокрий стекінг», коли генератори працюють на низьких навантаженнях, і забезпечують правильний підбір потужності генераторів відповідно до реальних потреб. Як додатковий бонус, цей метод дозволяє відновити близько 90% напруги всього за одну секунду, що відповідає стандартам ISO 8528 щодо роботи генераторів під час таких переходних процесів.

Профілювання навантаження критичного обладнання: вентиляція, насоси, ІБЖ та нелінійні навантаження

Нелінійні навантаження, такі як системи UPS, створюють гармонійні струми, що часто вимагає збільшення потужності на 20% для збереження цілісності форми хвилі. Профілювання навантаження є обов'язковим: групам ліфтів потрібні запаси крутного моменту, тоді як центри обробки даних залежать від безперебійних переходів АВП (автоматичний перемикач резерву). Відсутність аналізу гармонік підвищує ризик передчасного виходу генератора з ладу.

Уникнення неузгодженості потужності: ризики недостатнього та надмірного розміру дизель-генераторів

Наслідки недостатнього розміру: просідання напруги, спотворення форми хвилі та прискорений знос двигуна

Коли генератори є надто маленькими для своєї робочої навантаження, вони стикаються з безліччю проблем у майбутньому. Напруга падає, коли запускаються двигуни або під час раптових стрибків попиту, що призводить до автоматичного вимкнення системи як заходу безпеки. Недостатня потужність погіршує ситуацію, оскільки дозволяє тим знудливим гармонікам від частотних перетворювачів і джерел безперебійного живлення виходити з-під контролю, що зрештою призводить до виходу з ладу чутливих електронних компонентів. Якщо продовжувати перевантажувати недостатньо потужний генератор понад його межі, внутрішня температура постійно підвищується, що призводить до задирок на циліндрах і прискореного зносу двигуна. Згідно з галузевими звітами, такий стрес для обладнання може збільшити витрати на технічне обслуговування приблизно на 60 відсотків і скоротити термін корисного використання машин до заміни.

Недоліки надмірного розміру: мокре нагароутворення, погана паливна ефективність при навантаженні нижче 30%, і скорочений термін служби

Коли генератори великих розмірів працюють з навантаженням менше 30%, у них починають виникати різноманітні проблеми. Основна проблема полягає в неповному згорянні палива, що призводить до явища, відомого як «мокрий стекінг». По суті, це означає, що відкладається сажа всередині вихлопної системи через паливо, яке не згоріло повністю. Ці відкладення погіршують роботу генератора і фактично збільшують кількість викидів забруднюючих речовин. Ще одна велика проблема — це споживання палива. Такі генератори великих розмірів можуть витрачати приблизно на 40% більше палива на кожен кіловат-годину порівняно з генераторами, що працюють з навантаженням від 70% до 80%. Тривала робота з недостатнім навантаженням призводить до утворення глянцю на циліндрах, при якому поршневі кільця зношуються нерівномірно, а також до засмічення форсунок залишками. Навіть попри менший тиск на деталі двигуна, ці проблеми скорочують термін експлуатації генератора до моменту, коли знадобляться ремонти. Правильний вибір потужності генератора з самого початку забезпечує баланс між ефективністю його роботи щодня і тим, щоб кошти, витрачені спочатку, не були марно витрачені.

Забезпечення перехідної стійкості: узгодження двигуна та регулятора та запас обертового моменту для надійності електростанції

Здатність системи залишатися синхронізованою після збоїв називається перехідною стійкістю, і вона дійсно залежить від того, наскільки добре працюють разом двигун, регулятор і генератор. Коли виникають раптові зміни навантаження, регулятори практично миттєво починають діяти, регулюючи подачу палива та підтримуючи стабільність частоти. У цей же час автоматичні регулятори напруги (AVR) виконують свою роль, втручаючись, коли напруга падає нижче критичного рівня 80%, що інакше може призвести до виходу обладнання з ладу. Візьмемо, наприклад, запуск великих двигунів. Системі потрібно приблизно на 25% більше обертового моменту понад нормальні робочі показники, щоб мати достатній запас і уникнути різкої зупинки в такі напружені моменти.

• Метрики реакції регулятора : Ізохронне керування забезпечує відхилення частоти ±0,25%; відновлення перехідного процесу має відбуватися протягом 2 секунд згідно зі стандартами IEEE 1547.
• Синергія AVR : Шляхом модуляції струму збудження під час 6–8-кратних викидів, РЕГ запобігають руйнуванню магнітного поля та нестабільності напруги.
• Буфер моменту : Такі застосунки, як ліфти чи дробарки, потребують 40–60% резервної потужності, щоб поглинати інерційні навантаження без пониження номіналу.

Коли системи не мають належних специфікацій динамічної відповіді, ситуація швидко виходить з-під контролю. Коливання напруги та проблеми з частотою часто призводять до тих неприємних аварійних вимикань, яких ніхто не хоче. З іншого боку, якщо обладнання завелике для поточних потреб, регулятор може реагувати повільніше, ніж очікувалося. Правильний баланс між реакцією двигунів та наявними резервами потужності, виходячи з реальних умов на місці, справді має значення. Такий підхід забезпечує коефіцієнт гармонічних спотворень нижче половини відсотка під час відновлення після пошкоджень, що означає приблизно на третину менше несподіваних вимикань на об’єктах із постійно високим попитом протягом усіх операцій.

ЧаП

У чому різниця між кВт і кВА в дизельному генераторі?

кВт (кіловати) — це одиниця вимірювання дійсної вихідної потужності, тоді як кВА (кіловольт-ампери) — це одиниця вимірювання повної потужності, яка включає активну та реактивну потужність.

Як коефіцієнт потужності впливає на роботу генератора?

Коефіцієнт потужності визначає ефективність використання енергії. Нижчий коефіцієнт потужності означає менш ефективну роботу, що призводить до збільшення витрат палива та витрат на обслуговування.

Що таке термічне зниження потужності в дизельних генераторах?

Термічне зниження потужності відбувається, коли вихідна потужність генератора зменшується через підвищену температуру навколишнього середовища, що впливає на його ефективність та продуктивність.

Чому важливо правильно визначити потужність генератора?

Правильний підбір потужності забезпечує ефективну роботу. Недостатньо потужний генератор може вийти з ладу під навантаженням, тоді як надмірно потужний може призвести до утворення блину та неефективності.

Що таке стратегії ступінчастого навантаження?

Поступове ввімкнення передбачає послідовний запуск обладнання для мінімізації пікового навантаження та оптимізації стабільності системи, що зменшує стрибки напруги на 30-40%.