燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組在通信應(yīng)急發(fā)電車中的應(yīng)用研究

楊育棟

（浙江郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興312000）

1 燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)概述

隨著通信運(yùn)營(yíng)商移動(dòng)通信、數(shù)據(jù)通信、IDC業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，新業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)，用戶不斷的增加，各運(yùn)營(yíng)商的核心機(jī)房、骨干機(jī)房等重要機(jī)樓的容量也越來越大，對(duì)這些機(jī)房的斷電保障也提出了更高的容量需求。表1，表2為典型的兩地市級(jí)機(jī)房的容量配置。

表1 某省會(huì)城市核心骨干機(jī)房容量

表2 某地市核心骨干機(jī)房容量

目前，絕大部分的通信應(yīng)急發(fā)電機(jī)車都是柴油發(fā)電機(jī)，容量最大為800 kW。從表中發(fā)現(xiàn)800 kW的通信應(yīng)急發(fā)電機(jī)車，對(duì)于骨干機(jī)房容量太大，但對(duì)于容量日益增長(zhǎng)的核心機(jī)房，卻已經(jīng)無法負(fù)擔(dān)。由此可見，中小容量的通信應(yīng)急發(fā)電機(jī)車處在一種尷尬的境地，大容量的應(yīng)急發(fā)電機(jī)車的應(yīng)用變得越來越迫切。大功率柴油機(jī)改裝成移動(dòng)發(fā)電車，其改裝難度相當(dāng)大，目前以柴油機(jī)作為大容量的通信應(yīng)急發(fā)電機(jī)車還沒有太多實(shí)例，但隨著燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組的興起，大容量的應(yīng)急發(fā)電機(jī)車變得越來越現(xiàn)實(shí)。

燃?xì)廨啓C(jī)是一種以連續(xù)流動(dòng)的氣體作為工質(zhì)、把熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械。在空氣和燃?xì)獾闹饕鞒讨校挥袎簹鈾C(jī)、燃燒室和燃?xì)馔钙竭@三大部件組成的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)，通稱為簡(jiǎn)單循環(huán)。燃?xì)廨喗Y(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 燃?xì)廨喗Y(jié)構(gòu)

大多數(shù)燃?xì)廨啓C(jī)均采用簡(jiǎn)單循環(huán)方案。因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，而且最能體現(xiàn)出燃?xì)廨啓C(jī)所特有的體積小、重量輕、啟動(dòng)快、少用或不用冷卻水等一系列優(yōu)點(diǎn)。壓氣機(jī)從外界大氣環(huán)境吸入空氣，并經(jīng)過軸流式壓氣機(jī)逐級(jí)壓縮使之增壓，同時(shí)空氣溫度也相應(yīng)提高；壓縮空氣被壓送到燃燒室與噴入的燃料混合燃燒生成高溫高壓的氣體；然后再進(jìn)入到透平中膨脹做功，推動(dòng)透平帶動(dòng)壓氣機(jī)和外負(fù)荷轉(zhuǎn)子一起高速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了氣體或液體燃料的化學(xué)能部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械功，并輸出電功。從透平中排出的廢氣排至大氣自然放熱。這樣，燃?xì)廨啓C(jī)就把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，又把部分熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能［1］。

2 燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組在通信應(yīng)急發(fā)電車的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

相比較傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)組，燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組在通信應(yīng)急發(fā)電車的應(yīng)用有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。

（1）體積優(yōu)勢(shì)

對(duì)比某品牌1 600 kW柴油發(fā)電機(jī)組和燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組，柴油機(jī)組的長(zhǎng)×寬×高為5 717 mm×2 286 mm×2 321 mm燃?xì)廨啓C(jī)組的長(zhǎng)×寬×高為5 500 mm×2 000 mm×2 000 mm，兩者體積差別不大。但根據(jù)YD／T1269－2012通信用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的規(guī)定：燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組宜采用箱裝式，以便于安裝、運(yùn)輸、隔熱、消聲、消防和防震等。可見，燃?xì)廨啓C(jī)組體積數(shù)據(jù)已經(jīng)包含了箱體體積，而且由于箱體自帶降噪和進(jìn)排風(fēng)，所以后期實(shí)現(xiàn)車載基本不用太大的改造。而柴油發(fā)電機(jī)組為實(shí)現(xiàn)車載，需要對(duì)其降噪和進(jìn)排風(fēng)進(jìn)行改造，其最終的體積可能會(huì)更大，從而帶來的駕駛、轉(zhuǎn)彎、機(jī)房停靠難度大，在一些公共面積狹窄，車位有限的機(jī)房，過大的車體帶來的后果是致命的。

對(duì)比某品牌3 000 kW柴油發(fā)電機(jī)組和燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組，柴油機(jī)組的長(zhǎng)×寬×高為8 400 mm×3 300 mm×3 800 mm，燃?xì)廨啓C(jī)組的長(zhǎng)×寬×高為7 200 mm×2 600 mm×3 700 mm，根據(jù)市場(chǎng)絕大部分機(jī)組分析同等功率比較，1 200～1 600 kW帶靜音箱體的燃機(jī)機(jī)組約為不帶靜音箱體的柴油機(jī)組的0.8；3 000 kW帶靜音箱體的燃機(jī)機(jī)組約為1 600 kW柴油機(jī)組的1.2倍，可見更大容量的機(jī)組燃?xì)廨喸隗w積上的優(yōu)勢(shì)變得更加的明顯，若未來超大容量的通信應(yīng)急發(fā)電車得以實(shí)現(xiàn)，燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組必定是優(yōu)先選擇。

（2）電氣技術(shù)指標(biāo)優(yōu)勢(shì)

某品牌柴油發(fā)電機(jī)組和某燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組電氣性能指標(biāo)比較見表3。

表3 柴油發(fā)電機(jī)組和燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組電氣性能指標(biāo)

在目前的核心機(jī)房、數(shù)據(jù)中心，對(duì)發(fā)電機(jī)組影響較大的非線性負(fù)載UPS電源越來越多，其逆變器或整流器會(huì)產(chǎn)生大量諧波，可造成發(fā)電機(jī)組的損耗增加，降低發(fā)電機(jī)組的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率和輸出功率，甚至導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組停機(jī)。

區(qū)別于活塞式柴油機(jī)，通信用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的燃?xì)廨啓C(jī)很多為3軸系結(jié)構(gòu)，動(dòng)力渦輪為氣動(dòng)連接方式，工作時(shí)只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和系統(tǒng)存儲(chǔ)能量大，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定不受負(fù)荷突變的影響和不易受到諧波的干擾。某型號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速見表4。

表4 某型號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速表

實(shí)測(cè)表明，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組帶非線性負(fù)載能力是在相同負(fù)荷條件下柴油發(fā)電機(jī)組帶載能力的2倍多。因此，通信用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組突加突減負(fù)載的電氣指標(biāo)、帶非線性負(fù)載特別是容性負(fù)載的能力會(huì)明顯優(yōu)于柴油發(fā)電機(jī)組。

（3）低溫啟動(dòng)和帶載優(yōu)勢(shì)

根據(jù)YD／T1269－2012通信用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的規(guī)定：環(huán)境溫度：－15℃～45℃，而根據(jù) YD／T502－2007通信用柴油發(fā)電機(jī)組的規(guī)定：環(huán)境溫度：－5℃～40℃。在低溫狀態(tài)下，燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組不需任何輔助設(shè)備，－15℃仍能正常起動(dòng)，而柴油發(fā)電機(jī)組當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃需用加溫器進(jìn)行預(yù)熱方能快速起動(dòng)。同時(shí)，燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組啟動(dòng)動(dòng)之后，60 s左右時(shí)間達(dá)到恒定額定轉(zhuǎn)速，之后可以立即投入負(fù)載運(yùn)行，機(jī)組不需要任何怠速暖機(jī)時(shí)間，可以快速向設(shè)備提供可靠交流電源，節(jié)約了大量的時(shí)間。而一般的柴油發(fā)電機(jī)組需要怠速暖機(jī)3～5 min，才能進(jìn)行大負(fù)荷的加載，否則對(duì)機(jī)組將有一定的傷害。同樣，在高溫狀態(tài)下，燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組的耐受溫度也比柴油發(fā)電機(jī)組要高5℃。更寬泛的工作溫度，對(duì)工作在室外的應(yīng)急發(fā)電車來說非常的重要。

（4）運(yùn)行維護(hù)優(yōu)勢(shì)

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組主要的冷卻方式為風(fēng)冷，在運(yùn)行中可以避免發(fā)生類似柴油發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)的故障，如節(jié)溫器故障、冷卻水泄漏、冷卻水沸騰、水系統(tǒng)管路結(jié)垢，使整個(gè)系統(tǒng)更加可靠、簡(jiǎn)單。在后期的維護(hù)工作中，也避免了大量的冷卻水、冷卻液添加更換，管道、水泵、閥門、水箱等查漏、檢修工作。其他方面的比較見表5。

3 總 結(jié)

根據(jù)以上分析，在大容量通信應(yīng)急發(fā)電車的應(yīng)用中，燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組在集功率、電氣性能、低溫啟動(dòng)性能、運(yùn)行維護(hù)等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組相比較傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)組也有著燃油消耗大，前期投入成本大等劣勢(shì)，相信隨著設(shè)備技術(shù)性能的完善，設(shè)備廠家生產(chǎn)服務(wù)成本的降低，服務(wù)體系的完善，燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組必將在大容量通信應(yīng)急發(fā)電車中占有大的比重。

表5 柴油發(fā)電機(jī)組和燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組運(yùn)行比較