kW 与 kVA 描述交流电力需求的不同方面。正确的发电机组选型应校核两者,再验证实际负载在启动和突变时的表现。
简明定义
千瓦衡量有功功率,即转化为机械功、热或光等有效输出的电力部分。发动机通常以 kW 表示,因为在考虑损耗和工况后,它必须向交流发电机提供实际机械功率。
千伏安衡量视在功率,它结合电压与电流,并不假定两者完全同相。交流发电机、电缆、变压器及开关设备必须承载电流,因此即使部分电流不产生有效功,kVA 仍然重要。发电机组必须具有足够的发动机能力满足 kW,并有足够的交流发电机能力满足 kVA。
功率因数关联 kW 与 kVA
在通常简化关系下,对于平衡负载,kW 等于 kVA 乘以功率因数。变换公式可得,kVA 等于 kW 除以功率因数。若 400 kW 负载以 0.8 功率因数运行,则视在功率为 500 kVA。这只是示例计算,不是发电机组推荐。
不能将同一个功率因数不加区分地套用于整个设施。加热负载可能接近单位功率因数;电动机的功率因数通常较低,尤其在轻载时。UPS 系统与变频驱动可能呈现不同电流波形及谐波含量。尽可能采用设备数据或测量值,并列明各负载组使用的假定功率因数。
| 有功功率 | 功率因数 | 计算视在功率 |
|---|---|---|
| 400 kW | 1.0 | 400 kVA |
| 400 kW | 0.9 | 444 kVA |
| 400 kW | 0.8 | 500 kVA |
| 400 kW | 0.7 | 571 kVA |
为什么发电机组铭牌同时标示两者
发电机组功率定额可能显示成对数值,例如 500 kVA 和 400 kW 对应 0.8 功率因数。这一配对描述所报机组在其声明定额条件下的能力,并不意味着适合所有 400 kW 负载。发动机可能已达到有功功率限值,而交流发电机仍有电流余量;也可能交流发电机先达到 kVA 或电流限值,而发动机仍有 kW 余量。
只有确认相同功率定额、频率、电压及参考条件后,才应比较报价。不要将一家供应商的备用 kVA 与另一家的常用 kW 比较。核对交流发电机是仅按发布的机组定额选配,还是具有额外的电动机启动、谐波或故障电流能力。报价应清楚说明所报发动机与交流发电机组合。
三相计算需要正确输入
对于平衡三相系统,可用线电压、线电流及三的平方根计算视在功率,且必须使用一致单位。该关系适用于已有实测电流和电压的情况,但不能替代负载研究。电流可能随运行模式、不平衡、谐波失真及电压变化而改变。
单相负载应单独标明,尤其是可能造成相间不平衡时。发电机组为多个单相回路供电时,需要将负载分配到各相。即使三相总负载看起来不大,某一相负载过重也可能先限制交流发电机。请电气设计人员提供相负载分配,或既有设施的实测各相电流。
电动机启动会改变选型条件
电动机启动时电流可能达到正常运行电流的数倍。具体需求取决于电动机设计、启动方式、被驱动设备及允许加速时间。直接启动电动机、软启动器及变频驱动呈现不同条件。发电机组必须承接暂态 kVA 和有功功率阶跃,同时使电压和频率保持在电动机及其他接入负载可接受的限值内。
不要给运行总负载加一个通用百分比,就假定已涵盖电动机启动。记录最大的电动机、启动顺序,以及其他负载是否保持接入。选型工程师随后可模拟瞬态。有时分级启动、降压启动器或卸载方案,比选用大得多的发电机组更有效。
非线性负载需要功率因数以外的校核
电子负载可能以脉冲而非平滑正弦波形式吸取电流。产生的谐波电流会使交流发电机发热并影响电压波形。常规位移功率因数不能描述全部情况。如有资料,请提供 UPS、变频器、充电器或整流器的制造商、型号、输入方案及谐波数据。
大型 UPS 系统在发电机组供电时的运行模式也很重要。输入电流限制、蓄电池充电、旁路运行及模块分级接入都可能改变负载。应协调发电机组与 UPS 设置,不要假定市电配置下的表现完全相同。同样原则适用于变频驱动及其他电力电子设备。
准备可用的选型需求说明
为每项负载提供运行 kW、kVA 或电流、功率因数、相数、启动方式及运行顺序。将不确定值标为未知,不要用照搬的假设填满表格。区分必要与非必要负载,再定义最不利但可信的运行场景及最大阶跃。应包含电压、频率、海拔、环境温度及运行工况。
供应商给出选型后,应询问假定功率因数、计算运行负载、最大瞬态、所选功率定额及预期电压和频率响应,使推导过程可供审查。kW 和 kVA 都必不可少,但仅是完整发电机组容量计算的起始校核。
- 每项负载的运行 kW、kVA 或电流
- 功率因数及相数信息
- 电动机启动方式及顺序
- UPS、变频器及整流器详情
- 最大同时运行负载及负载阶跃
- 现场条件与运行工况
核对运行过程中负载如何变化
负载表中的单一总值很少能描述最严苛工况。有些负载持续运行,有些周期运行,另一些仅在紧急情况下启动。应建立运行步骤,说明哪些设备同时接入。各步骤在数据可用时同时记录 kW 与 kVA,从而揭示有功功率适中但电流较高的情况,避免其被简单总值掩盖。
即使稳态 kW 看起来较小,电动机启动、变压器励磁、UPS 充电及非线性电子负载也可能影响电压恢复或交流发电机选型。所需信息因设备而异。实用记录包括电动机启动方式、变频或旁路方案、变压器容量、UPS 拓扑、充电器设置及可接受的电压或频率跌落。发电机组供应商即可按现场预计运行的同一顺序,校核发动机和交流发电机。
将计算假设与负载清单一并保存。说明所采用的同时使用系数、要求的备用容量,以及应急运行中排除的负载。项目变化时,团队可调整相关步骤,而无需再给最终数值增加无法解释的余量。