關(guān)注：
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一、引言 ④更強(qiáng)的承受短路電流能力（通�？蛇_(dá)3倍額定電流，持續(xù)10S）。
為確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)交換中心、金融結(jié)算中心、重要系統(tǒng)調(diào)度中心等關(guān)鍵部門的設(shè)備能得到不間斷的電源供電，這些部門通常采用“市電供電+柴油發(fā)電機(jī)組備用+UPS電源”所組成的電源供電系統(tǒng)。UPS作為自市電停電到備用柴油發(fā)電機(jī)組供電的中間段的電源設(shè)備可以將蓄電池的電能無延時地逆變向重要負(fù)載供電，從而保證在柴油發(fā)電機(jī)組啟動供電前負(fù)載不斷電，而當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組投入使用時，UPS就作為機(jī)組的負(fù)載，為電池進(jìn)行充電。整流濾波器件是UPS的主要部件之一，這種非線性負(fù)載會向柴油發(fā)電機(jī)組反射大量的高次諧波，其中以5次和7次諧波危害最嚴(yán)重，尤其是非線性負(fù)載較大而發(fā)電機(jī)組容量又較小時這種危害就更明顯，主要表現(xiàn)在以下幾種故障現(xiàn)象：
1.發(fā)電機(jī)組的輸出電壓突然增高到440V以上，其后果是造成UPS損壞。
2.發(fā)電機(jī)組輸出頻率到50～60Hz，致使UPS保護(hù)動作。
3.發(fā)電機(jī)組在出現(xiàn)頻率或電壓異常的同時出現(xiàn)嚴(yán)重的機(jī)械共振現(xiàn)象，柴油機(jī)出現(xiàn)有節(jié)奏的搖擺和聲音起伏，嚴(yán)重時還出現(xiàn)損壞發(fā)電機(jī)的勵磁回路和AVR。
4.UPS因檢測到過電壓或過頻率而自動關(guān)斷整流器，由后備電池組向負(fù)載放電或從旁路直接向負(fù)載供電。
二、故障出現(xiàn)的原因
1.發(fā)電機(jī)組的瞬態(tài)調(diào)壓特性
由于發(fā)電機(jī)組的內(nèi)阻比市電電網(wǎng)大得多，其輸出容量非常有限，當(dāng)負(fù)載突變時，發(fā)電機(jī)組的電壓瞬態(tài)變化很大而且所需的恢復(fù)時間較長，在GB2820-90中用瞬態(tài)電壓
調(diào)整率（標(biāo)準(zhǔn)要求≤±20%）和電壓恢復(fù)時間（標(biāo)準(zhǔn)要求±2.4S）兩個指標(biāo)來衡量。有些用戶主要只注重看發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率（標(biāo)準(zhǔn)要求±1%），其實后者在當(dāng)今大多數(shù)發(fā)電機(jī)的指標(biāo)相差不大，而前兩個指標(biāo)卻與發(fā)電機(jī)的瞬態(tài)電抗和勵磁系統(tǒng)的特性有較大關(guān)系。
2.發(fā)電機(jī)的勵磁特性
小容量三相同步發(fā)電機(jī)主要有以下幾種勵磁方式：
�、艧o刷永磁式（PMG）
�、茻o刷自勵式
⑶三次諧波勵磁
⑷相復(fù)勵
其中以無刷永磁式勵磁方式性能最好。永磁勵磁系統(tǒng)由五部分組成：發(fā)電機(jī)主勵磁繞組（轉(zhuǎn)子），永磁發(fā)電機(jī)（PMG），自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR），勵磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)二極管。勵磁系統(tǒng)的工作原理是：當(dāng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，永磁發(fā)電機(jī)（PMG）的永磁轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)，切割PMG的定子繞組而產(chǎn)生三相正弦電勢，引入發(fā)電機(jī)自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）作為AVR的輸入電源，AVR通過檢測發(fā)電機(jī)的三相輸出電壓自動調(diào)節(jié)勵磁機(jī)磁場的勵磁電流，從而調(diào)節(jié)勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子的三相輸出電壓，經(jīng)旋轉(zhuǎn)二極管整流后輸送至發(fā)電機(jī)主轉(zhuǎn)子的勵磁回路。由此可見，輸出電壓的調(diào)節(jié)，其實是通過AVR對勵磁機(jī)磁場的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的（如附圖所示）。在這個系統(tǒng)中有以下幾個特點：
①由于PMG系統(tǒng)提供一個與定子輸出電壓波形畸變及大小無關(guān)的恒定的勵磁電源，因而能提供較高的電動機(jī)起動承受能力，并對非線性負(fù)載產(chǎn)生的主機(jī)定子輸出電壓的波形畸變具有抗干擾性，可提高發(fā)電機(jī)帶非線性負(fù)載能力。
�、贏VR檢測三相輸出電壓（三相方均根檢測），具有精度極高的穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率（通常可達(dá)±0.5%）�！ �
�、鄹鼜�(qiáng)的抗無線電干擾能力。永磁機(jī)勵磁勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子(電樞)勵磁機(jī)磁場(定子)主機(jī)定子主機(jī)磁場(轉(zhuǎn)子)機(jī)械旋轉(zhuǎn)動力輸入旋轉(zhuǎn)二極管輸出檢測電力輸出參考值設(shè)定A.V.R.永磁機(jī)磁場(轉(zhuǎn)子)永磁機(jī)定子AVR電源輸入。
3.負(fù)載大小和性質(zhì)
�、欧蔷�性負(fù)載占發(fā)電機(jī)額定容量的比例越大，其危害就越明顯
如果非線性負(fù)載分量小，其反射到發(fā)電機(jī)的諧波污染分量小，發(fā)電機(jī)輸出電壓的正弦畸變率小，因而影響不明顯。如果其非線性負(fù)載分量小于發(fā)電機(jī)額定容量20%時，通常對發(fā)電機(jī)輸出電壓特性影響不明顯。
�、朴捎诓煌琔PS電源其“整流濾波器”采用不同的元器件，影響也不同
采用三相6脈沖整流技術(shù)的UPS影響大過采用三相12脈沖整流技術(shù)的UPS，而采用單相整流技術(shù)的UPS影響更大。如果在整流元件前采用了濾波器件，則重載時影響較小，但空載或輕載時由于功率因數(shù)極低甚至接近容性則影響更大。
⑶UPS的投入方式的影響
當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組啟動向負(fù)載供電時，由于UPS已經(jīng)在停電的若干秒時間內(nèi)由電池組向負(fù)載放電，因此機(jī)組供電時首先接入的將是UPS的整流元器件，而且還有蓄電池的充電電流的大小影響。一般發(fā)電機(jī)組提供電池的充電電能相當(dāng)于UPS容量的20%-25%左右。
三、故障消除措施
根據(jù)筆者所在單位的長期實踐經(jīng)驗積累，認(rèn)為最完備的解決方案是成立由用戶運維人員、UPS供應(yīng)商、發(fā)電機(jī)組供應(yīng)商工程技術(shù)人員組成的專家組，從各個方面綜合解決問題，主要從以下幾方面考慮：
1.根據(jù)負(fù)載大小選擇合適容量的UPS和電池組�！ �
2.綜合各方投資盡量采用對電源設(shè)備諧波污染小的UPS，如采用三相12脈沖整流技術(shù)加輸入濾波器。
3.適當(dāng)加大發(fā)電機(jī)容量和選擇較好帶非線性負(fù)載性能的發(fā)電機(jī)�！ �
4.綜合配電和負(fù)載特性，選擇最優(yōu)的負(fù)載投入方式。
由于本文的重點在于闡述柴油發(fā)電機(jī)組與UPS的配合問題，因而重點講解筆者在發(fā)電機(jī)組選型方面的淺識。
1.在選型前一定要先了解UPS的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)
⑴是采用單相整流技術(shù)還是三相6脈沖或12脈沖整流技術(shù)
�、芔PS采用何種輸入濾波方式（如LC濾波電路、IGBT濾波器件）
�、荱PS的后備電池充電電流為多大，并計算充電容量
(4)UPS所允許的電壓畸變率和電流畸變率是多少。
2.了解發(fā)電機(jī)采用勵磁特性和瞬態(tài)特性
�、艂溆冒l(fā)電機(jī)采用永磁機(jī)勵磁、無刷自勵、三次諧波勵磁還是相復(fù)勵，不同勵磁方式發(fā)電機(jī)所能帶非線性負(fù)載的瞬態(tài)容量不同
�、苽溥x發(fā)電機(jī)的瞬態(tài)電抗值
同樣容量的發(fā)電機(jī)，瞬態(tài)電抗值越大帶非線性負(fù)載能力越強(qiáng)。
3.發(fā)電機(jī)容量與UPS容量的選配
由于前面介紹的各種因素影響，其選型是一個復(fù)雜的問題，需要利用UPS的技術(shù)數(shù)據(jù)，還需要查找發(fā)電機(jī)的相關(guān)特性資料，因而無法用一個完全公式化的方法進(jìn)行計算。依據(jù)一些文獻(xiàn)資料所記載的內(nèi)容和筆者的一點經(jīng)驗，一般可以按照下面的比值進(jìn)行選擇：
發(fā)電機(jī)采用永磁他勵式（PMG）發(fā)電機(jī)、AVR三相電壓檢測并采取隔離變壓器將發(fā)電機(jī)組輸出電壓經(jīng)過隔離后再輸送到AVR。
�、挪捎�6脈沖整流技術(shù)的UPS Sg=3-3.5Su
�、撇捎�12脈沖整流技術(shù)的UPS Sg=2.5-3Su
⑶采用單相整流技術(shù)的UPS Sg=4-5Su
�、炔捎酶哳l脈寬調(diào)制技術(shù)的UPS Sg=2-3Su
Sg表示發(fā)電機(jī)的標(biāo)稱功率（kVA），Su表示UPS的標(biāo)稱功率（kVA）。
從上面的匹配數(shù)值來看，柴油發(fā)電機(jī)組的容量會比UPS大許多（2倍以上）。對于一些應(yīng)用經(jīng)驗不多的用戶、一些柴油發(fā)電機(jī)組的經(jīng)銷商出于商業(yè)目的或者其本身應(yīng)用經(jīng)驗的限制，往往為UPS負(fù)載選配發(fā)電機(jī)組時就按照上面的功率值來簡單選型。其實這里存在一個很大的誤區(qū)，即認(rèn)為發(fā)電機(jī)的額定容量等同二發(fā)電機(jī)組的額定輸出功率，并按此進(jìn)行選型，結(jié)果造成用戶投資浪費，且發(fā)電機(jī)組長期在輕載條件下工作還會對柴油發(fā)動機(jī)帶來不利。筆者好幾次均采用“小馬拉大車”的方式來替用戶節(jié)省投資，從上面的參考選擇容量上可以看出，筆者提出的是“發(fā)電機(jī)容量”而并非整臺發(fā)電機(jī)組的容量。我們知道，發(fā)電機(jī)組的輸出有功功率大小取決于柴油發(fā)動機(jī)的出力，而視在功率則主要取決于發(fā)電機(jī)的容量，發(fā)電機(jī)組在帶UPS負(fù)載時，只要加大發(fā)電機(jī)的容量，其瞬態(tài)特性就會大大的增強(qiáng)，而整臺機(jī)組的輸出有功功率其實并未增加，因而不妨采用這種所謂“小馬拉大車”的方式來解決，即柴油機(jī)的功率按照所有負(fù)載有功功率之和略大來選擇，發(fā)電機(jī)功率則按照上面所說的方法來配置。筆者曾經(jīng)成功地用一臺32kW的柴油機(jī)配一臺60kVA的發(fā)電機(jī)來帶動一臺6脈沖整流技術(shù)的15kVAUPS，其
測試的各項參數(shù)均滿足技術(shù)條件要求。當(dāng)然，一些柴油發(fā)電機(jī)組的經(jīng)銷商由于沒有工廠生產(chǎn)的原因，也許不能按照筆者的方法來解決問題，建議盡量與生產(chǎn)商進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)溝通，以期更好地為用戶選型。
4.發(fā)電機(jī)組與UPS匹配時現(xiàn)場調(diào)試可能碰到的問題
既使按照上面的方法進(jìn)行了選型，在現(xiàn)場調(diào)試的工程師還有可能碰到引言中所述的一些故障現(xiàn)象，筆者認(rèn)為只要真正了解了UPS和發(fā)電機(jī)的特性，我們不能被一些表現(xiàn)所迷惑，有時簡單調(diào)整即可解決問題。由于并非本文重點，簡單說明如下：
（1）發(fā)電機(jī)在投入UPS時電壓、頻率表搖擺不穩(wěn)，這時可適當(dāng)調(diào)節(jié)AVR的靈敏度旋鈕，使其靈敏度適當(dāng)降低可能會解決問題�！ �
（2）注意將柴油機(jī)電子調(diào)速器的外殼良好接地，對電子調(diào)速器的轉(zhuǎn)速傳感信號采取屏蔽措施，并將屏蔽層良好接地，避免交流干擾信號影響到調(diào)速器性能�！ �
�。�3）發(fā)電機(jī)AVR的電壓檢測有些是單相檢測，有些是三相檢測取平均值，最好采用三相檢測的AVR，同時為了避免發(fā)電機(jī)輸出端的畸變電壓又通過AVR反饋到勵磁回路，可在AVR檢測電壓端前增加隔離變壓器（有些AVR已采用這種方式）或并聯(lián)一個適當(dāng)容量的電容器�！ �
�。�4）如果發(fā)電機(jī)是無刷自勵式，而上述調(diào)節(jié)方法仍不能解決問題，有些品牌的發(fā)電機(jī)可以極方便地加裝PMG（如斯坦福發(fā)電機(jī)，利萊森瑪發(fā)電機(jī)，馬拉松發(fā)電機(jī)等），而且投資不大，加裝PMG后同樣容量的發(fā)電機(jī)其帶非線性負(fù)載能力可提高20%左右。
�。�5）有些發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)會出現(xiàn)超頻保護(hù)停機(jī)，但實測機(jī)組轉(zhuǎn)速正常，其實際原因可能是發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)檢測到的發(fā)電機(jī)輸出電壓信號含有較大的高次諧波分量造成誤報警停機(jī)，可以在發(fā)電機(jī)電壓信號線進(jìn)入控制器前增加一個濾波電路（如LC電路）。
責(zé)任編輯：Kelly
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