云南大学学报(自然科学版)，2009，31(&)：163—167CN53—1045／NISSN0258—7971
Jom''nalofYunnanUniversity
云铜艾萨炉应急柴油发电机容量计算和修正。
彭方滨
(云南铜业股份有限公司设计研究中心，云南昆明650102)
摘要：通过对艾萨炉一级负荷的分析，针对柴油发动机和发电机的特性，给出了柴油发电机组容量计算的方
法，并根据环境条件对计算结果进行修正．同时介绍了高原环境下柴油发电机的工程选型经验．
关键词：柴油发电机；容量计算；稳定负荷；起动容量；母线压降；环境修正
中图分类号：TK421文献标识码：A文章编号：0258—7971(2009)s2—0163—05
为满足云铜冶炼总厂一级负荷供电需要，云铜配备了一回10kV保安线路、3套柴油发电机组(常用功
率分别为512kW，800kW，1000kw)和2组蓄电池组(容量分别为500AH，1000AH)及2套EPS(容量为
80kVA)等应急电源．比较它们的使用情况，柴油发电机具有结构简单、辅助设备少、容量等级多、启动时
间短、供电时间长、热效率高、燃料储存方便、维护操作简单等优点，在云铜取得很好的使用效果．
长期以来，确定柴油发电机组容量的计算公式在电气规范、设计手册、教科书中存在着多个版本，使得
容量计算变得很繁琐，笔者通过对多种版本的公式进行比较，研究了多家设计院的计算参数经验值，总结
了云铜3套柴油发电机组的设计经验，对生产中实际运行效果进行分析后，提出了容量计算和修正的实质
是使柴油发动机一发电机一应急负荷3者功率相匹配的观点，并从分析3者的特性入手，将柴油发电机组
容量计算过程作了适当的工程简化，给出了一套简捷明了的近似计算公式，并以艾萨炉应急柴油发电机容
量计算为例，抛砖引玉，以供同行指正和参考．
1容量计算
根据《民用建筑电气设计规范))(JGJ／T16—2008)6．1．2．3条规定：施工图阶段确定柴油发电机组的
容量时，应按照下述3种方法计算，选择其最大者：①按稳定负荷计算发电机组容量；②按最大的单台电动
机或成组电动机起动的需要，计算发电机组容量；③按起动电动机时母线容许电压降计算发电机组容量．
1．1艾萨炉负荷分析艾萨炉矿产粗铜产能20．8万t／a，矿产粗铜能耗0．43t／t标煤，粗铜电耗920kW
·h／t．艾萨炉一级负荷运行参数见表1．
’表中起动状态的视在功率Is。可按(1)式(根据文献[1]推导来)计算：s，：业号笋×P。．
(1)
式中：Js。——单台电动机起动时的视在功率，kVA；
△u——电动机起动时允许电压降，本文取0．2；
卢——电动机全压起动电流倍数，可从产品铭牌查得；
P。——电机的额定功率，kW；
com——电动机额定功率因数，可从产品铭牌查得；
KU2——电动机起动方式的电压系数，直接起动为I，自耦变压器起动取抽头电压百分比；Y一△
起动为1／√3；
·收稿臼期：2009—06—04
作者简介：彭方滨(1970一)，男，广东人，工程师，主要从事工厂配电和电气自动化控制设计
164云南大学学报(自然科学版)第3l卷
表1艾萨炉一级负荷运行表
Tab。1Theoperatingscheduleofthefirstlevelloadofisafurnace
说明：电机起动时的功率因数按O．4计算，功率为55kW及以上的电机采用y一△起动方式．
1．2按稳定负荷计算根据表l采用需要系数法计算，在本工程设计前，需用系数和应急时负荷综合效
率主要足参考超达(Xstrata)公司芒特艾萨冶炼厂的相关数据取值，计算公式为：
sGI：』丝旦．(2)32t—ie
XC—OS西F‘
Lr2，
式中：5Gl——按稳定负荷计算的发电机视在功率，kVA；
Kx——需用系数，本文取0．6；
只——艾萨一级负荷设备总功率，查表l可得540。5kW；
仉——应急时负荷综合效率，艾萨水泵应急时的负荷率低于正常生产时负荷率，本文取O．85；
cos@F——发电机额定功率因数，可从产品铭牌查得，本文取0．8．
根据公式(2)计算结果是：按稳定负荷计算的发电机视在功率476．9kVA；发电机有功功率381．5
kW．
1．3按最大的单台电动机起动的需要计算
1．3．1发电机的过负荷性能按照国际标准，应急柴油发电机组在每12h的额定状态运行中，可以允许
1h的10％过负倚状态运行．目前大部分的应急柴油发电机有2种输出功率：常用功率和备用功率，常用
功率指机组可不停运行的功率，备用功率指10％过负荷运行lh的功率．另外，有些品牌的机组还规定了
第s2期彭方滨：云铜艾萨炉应急柴油发电机容量计算和修正
可能耐受150％额定电流2min的过负荷能力，这个参数可作为发电机的容量核算和修正用，能最大限度
地实现计算的经济合理性．
1．3．2按最大的单台电动机起动的需要计算发电机组容量从表1可知最大的单台电动机起动之前，有
些负荷已经投运，根据发电机的过负荷性能，发电机组容量可按下式计算
。√尸}。。+Q}。。．)G2≥
∥’
D
Pr。。=Po+P。。。，
Q，。。=Qo+Q。。。．
式中：Sc2——按最大的单台电动机起动的需要，计算的发电机组视在功率，kVA；
PF。。——发电机的尖峰有功负荷，kW；
Q，。；——发电机的尖峰无功负荷，kVA；
(3)
(4)
(5)
g——发电机过载系数，本文取1．5；
Po——最大的单台电动机起动之前的发电机有功负荷，查表l可算得299kW；
Qo——最大的单台电动机起动之前的发电机无功负荷，查表1可算得188．2kVA；
只。。；——最大的单台电动机起动有功功率，查表l可得76kW；
Q。。——最大的单台电动机起动无功功率，查表1按电机起动时功率因数0．4算得174kVA；
根据公式(3)一(5)计算结果是：按最大的单台电动机起动的需要，计算的发电机视在功率需不小于
347kVA，发电机有功功率需不小于278kW．
1．4按母线允许电压降计算
1．4．1电动机起动时发电机的瞬时电压降分析大容量电动机起动时，在起动电流的突然冲击下，发电
机内阻抗上产生电压降，而励磁系统来不及快速调压，使发电机输出端电压下降，造成电气设备的继电器
和接触器欠压跳闸．发电机的瞬时电压降与自身的瞬态电抗、电动机的起动方式及负荷起动顺序有关．虽
然艾萨炉应急负荷的起动顺序是由工艺专业确定，按理论计算的要求，起动一台设备需要算一次起动容
量，最后选取最大起动容量来校验电压降．但是由发电机的特性可知，最大的电压降发生在发电机空载起
动最大功率的电动机时．因此町略去具体负荷的运行分析，对最大功率电机和发电机的瞬时压降进行一对
一的计算即可．
1．4．2按起动最大功率电机时母线容许电压降计算发电机容量《民用建筑电气设计规范》(JGJ／T16—
2008)6．1．2．5条规定：“全压起动最大容量笼型电动机时，发电机母线电压不应低于额定电压的80％…
为缩小发电机装机容量，电动机可采用降压起动方式”．根据文献[2]并进行简化有
舟．1A，，Sc3=Pmm“意嘉‰带·
(6)
式中：Sc3——满足最大容量电机起动时允许电压降的发电机计算容量，kVA；
P。一——最大容量电机的额定功率，110kW；
pl——最大容量电动机起动实际电流倍数．可从产品铭牌查得为6．9，本电动机采用y一△起动后，
按母线电压为额定电压的80％算，实际起动电流倍数为1．47；
77——电动机的额定效率，可从产品铭牌查得，本文取0．9；
cos垂——意义同公式(1)，从产品铭牌查得0．85；
‰——发电机的电抗，可从产品样本查得，本文取0．25；
△U——最大容量电动机起动时允许电压降，本文取O．2．
根据公式(6)计算结果是：按起动最大功率电机时母线容许电压降计算发电机容量21lkVA，发电机
有功功率169kW．
按上述3种方法计算，暂不考虑高海拔环境因素的影响，根据《民用建筑电气设计规范》(JGJ／T16—
云南大学学报(自然科学版)第31卷
2008)6．1．2．3条规定，艾萨炉柴油发电机输出的额定功率应不小于381．5kW．
2环境修正
2．1云铜厂区自然条件云铜厂区环境条件主要参数：海拔高度1918m；大气压力80kPa；空气密度965
∥m3；空气含氧鼍245．2g／m3；年平均温度14．5oC；相对湿度72％；水沸点96℃．
2．2高海拔下柴油发动机性能的分析柴油发动机工作时，燃油通过燃料管路输送到喷油泵，加压后从
高压油管输送到喷油器，经过喷油孔形成雾状喷人燃烧室，与空气混合后直接在气缸内燃烧，靠燃气膨胀
推动活塞x寸夕t-做功．艾萨炉柴油发电机组的工作环境参数(大气压力、空气含氧量等)比额定功率标定环境
参数低，造成燃油分子和氧气接触时间短，燃油燃烧不充分、爆发力下降，从而使柴油发动机的输出功率下
降．
2．3高海拔下交流发电机性能的分析由于海拔升高，空气密度降低，使得发电机介质绝缘强度降低，
且散热效果变差，造成发电机的转子和定子温度升高而影响绝缘寿命．但是艾萨炉柴油发电机建在春城昆
明，环境温度不高，根据参考美国乌拉松(Marathon)交流发电机的海拔高度及环境温度对功率修正的特性
曲线图(图1)可知，在昆明地区环境温度30℃以下，无需对发电机输出功率进行修正．
2．4环境修正计算《民用建筑电气设计规范)>(JGJ／T16—2008)6．1．2．4条规定：柴油机的额定功率，
系指外界大气压力为100kPa(760mmHg)、环境温度20℃、空气相对湿度为50％的情况下，能以额定方
式连续运行12h的功率(包括超负荷10％运行1h)．如连续运行时间超过12h，则应按90％额定功率使
用．如气温、气压、湿度与上述规定不同，应对柴油机的额定功率进行修正．
PF。叶FtKzKHNeH—Ne)、7J．t7)
式中：P，——交流发电机输出的额定功率，上节2计算结果是381．5kw；
珈——发电机的效率，40℃环境温度温升125℃时为0．95；
磁——柴油机功率修正系数，长期运行取0．9，连续工作时间12h内取1．O；
KI=，——环境修正系数，根据2．1节云铜厂区自然条件，查资料【3J取0．73；
札，：r——发动机输出的额定功率，kW；
^r。——柴油机风扇及辅助件消耗的机械功率，本文取25kW．
根据公式(7)计算结果是：经环境修正计算后，艾萨炉柴油发动机输出的额定功率应不小于584kW．
2．5选型高原环境下柴油发电机的选型要有针对性．原则上根据发电机的容量和规格及环境条件来选
配柴油机，但是柴油发电机组一般由制造厂配套供应，如果按非标要求选购会增加成本，所以高原环境下
设计选型主要选择匹配比(发动机输出的额定功率与发电机输出的额定功率之比)较高的成套机组，或者
进气采用涡轮增压带中冷器技术的产品．实践证明，涡轮增压和中冷器配合措施有利于降低因进气增压而
造成的温升，使机组热负荷降低而提高功率．
按上述计算和修正的方法，我们最终选用美国康明斯(Cummins)565DFGB柴油发电机组作为云铜艾
萨炉应急电源．其发电机型号565DFGB，备用功率565kW，常用功率512kW，发动机型号VTA28G5，发
动机功率612kW．图2是康明斯发动机(北京)有限公司提供的电动机的起动容量和565DFGB发电机瞬
时电压降图，从图中看出发电机空载起动最大功率的电动机时瞬时电压降仅为7％，指标远远优于1．4．2
节的要求，可见高海拔地区环境修正系数对容量计算的影响是主要的．
3结束语
最近几年，我们设计研究中心相继承担了云铜铜材公司800kW柴油发电机组、云铜西科富民公司
800kW柴油发电机组、熔炼分厂l000kW柴油发电机组的电气设计，在设计中紧抓发动机一发电机一应
急负荷3者功率相匹配这个基本点，结合实际情况进行了计算和修正．上述工程投产后各项技术指标均达
到设计要求，历经数载使用效果良好，在生产中发挥rr重要作用．
第S2期彭方滨：云铜艾萨炉应急柴油发电机容量计算和修正167
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图1交流发电机的海拔高度及环境温度对功率修正
的特性曲线
Fig．1ThecharacteristiccurveoftheinfluenceofAC
generator’Saltitudeandtemperatureonitspower
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参考文献：
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图2电动机的起动容量和美国康明斯(Qm吼i璐)柴油
发电机瞬时电压降图
Fig．2Thecurvechartofstart—upcapacityforthemo。
torandinstantaneousvoltagedropofamerican
cumminsdiesel·-drivengenerator
[1]《钢铁企业电力设计手册》编委会．钢铁企业电力设计手册(下册)[M]．北京：冶金工业出版社，1996．
[2]《钢铁企业电力设计手册》编委会．钢铁企业电力设计手册(上册)[M]．北京：冶金工业出版社，1996．
[3]赖广显．新型柴油发电机组[M]．北京：人民邮电出版社，1999．
Calculationandcorrectionofdieselemergencyset
forIsafurnaceinYunnanCopperCo．
PENGFang-bin
(DesignandResearchCenterofYJunnanCopperCo．Ltd，Kunming650102，China)
Abstract：ThroughanalyzingthefirstlevelloadofIsafurnace，thisarticlebringsforthanapproachtoca。
pacitycalculationandcalibrationofdiesel——drivengeneratora8wellasitsenvironmentalcorrection．Taking
intoaccountofthecharacteristicsofdiesel—drivenengineandgenerator，thepaperalsointroducesexperience
ofchoosinganappropriatediesel·—drivengeneratorindesigningprojectsunderplateauconditions．
Keywords：diesel—-drivengenerator；capacitycalculation；steadyload；start·—upcapacity；voltagedropof
buSbar；environmentalcorrection
∞
拍
加
垢
加
5
云铜艾萨炉应急柴油发电机容量计算和修正
作者：彭方滨
作者单位：云南铜业股份有限公司设计研究中心，云南昆明650102
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引用本文格式：彭方滨云铜艾萨炉应急柴油发电机容量计算和修正[会议论文]2009
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