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10kv高電壓柴油發(fā)電機組技術(shù)特征 |
高電壓柴油發(fā)電機組的構(gòu)成與低壓柴油發(fā)電機組基本相同,其區(qū)別為高壓發(fā)電機和高壓配電系統(tǒng)。在柴油發(fā)電機組工程應用中,安裝要求及操作技術(shù)區(qū)別明顯。高電壓柴油發(fā)電機組的發(fā)展歷程匯集了柴油機、發(fā)電機、發(fā)電機控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的歷程,是應急電源或局域常用電源的一個分支。但因過去動力系統(tǒng)及控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的不成熟,幾十年來一直沒有得到推廣應用。
康明斯高壓發(fā)電機組機房實圖 |
一、高電壓柴油發(fā)電機組概述
近幾年,隨著社會的發(fā)展和人們物質(zhì)水平生活的不斷提高,在很多場所,包括大的數(shù)據(jù)中心(數(shù)據(jù)中心基地功能一般包含許多功能,一般定位為IDC業(yè)務承載中心、綜合通信機房、呼叫中心、移動互聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、三網(wǎng)融合、物聯(lián)網(wǎng)、游戲、大型救災備用數(shù)據(jù)中心等),現(xiàn)代化的高層樓宇,多晶硅的生產(chǎn)工廠、礦山等,電力的需求量越來越大,常用的低壓400V交流備用柴油發(fā)電機組輸電線線徑大、線損大、難于敷設和造價高等缺陷。在很多情況下難以滿足實際需求。此時,高壓交流備用發(fā)電機組就充分體現(xiàn)了它的價值。
伴隨著機房的擴容,作為備用電源的柴油發(fā)電機組容量要求越來越大,需多臺大功率柴油發(fā)電機組單機或并網(wǎng)才能滿足負載的功率要求,由于發(fā)電機組數(shù)量的增加需要建設獨立的機房且與實際使用負載間距離也越來越遠,多臺低壓柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行存在著傳輸上的缺陷,為了能夠更加安全、可靠地運行,采用高壓發(fā)電機組無疑是一種最佳的選擇。
大功率柴油機、大容量高壓發(fā)電機以及發(fā)電機控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和完善,使高電壓柴油發(fā)電機組的優(yōu)勢逐步顯現(xiàn),市場需求旺盛,成為解決大容量、較遠距離傳輸、高智能、高可靠性應急電源的主要技術(shù)方案。高壓發(fā)電機組應用于通信、冶金、機場、礦山、碼頭、海島、大型數(shù)據(jù)中心、大型城市綜合體、中大型電廠的黑啟動等高端服務業(yè)和高端制造業(yè)的應急備用電源系統(tǒng)。
高壓柴油發(fā)電機組配電系統(tǒng)圖 |
二、高電壓發(fā)電機組主要技術(shù)特征
1)電壓等級高
國內(nèi)主要電壓等級有6.6kV、10.5kV等。
2)單機容量大
一般在1000kW以上,可實現(xiàn)多臺發(fā)電機組并聯(lián)運行,最多可實現(xiàn)組與組之間并聯(lián)至256臺。
3)輸出電流小
可長距離輸電,在輸配電中線路損耗較小。
4)負載分配模式靈活
可直接對高壓負載供電或通過變壓器降壓后對低壓負載的供電。
5)自動化程度等級高
集電氣系統(tǒng)的保護、測量、遙控、遙信、遙測及信號為一體,實現(xiàn)了電氣系統(tǒng)的綜合自動化,具有保護及報警信號功能,并遠傳至主控室。
三、高電壓柴油發(fā)電機組的組成
高電壓柴油發(fā)電機組與低電壓柴油發(fā)電機組的組成基本相同,主要區(qū)別就在于相同容量的柴油發(fā)電機組,400V發(fā)電機組發(fā)電機出口電流比10kV發(fā)電機組出口電流大25倍以上。從多方面的角度分析對比高低壓發(fā)電機組見表1。
表1 高、低電壓發(fā)電機組技術(shù)特性的比較
序
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特點
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低壓發(fā)電機組
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高壓發(fā)電機組
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1
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安裝場地選擇
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宜設置在接近負載中心的位置
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可以設置在機房樓外,可解決多臺發(fā)電機組同時運行時的震動、噪聲和發(fā)電機房的進、排風等問題,可遠離負載中心
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2
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容量
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單機容量基本在2000kW及以下,可單機或多臺發(fā)電機組并聯(lián)運行,但并機容量過大時受輸出電源的限制
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單機容量基本在2000kW及以上,可單臺或多臺發(fā)電機組并聯(lián)運行,機房可集中建設
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3
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輸送距離
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可短距離輸電,長距離輸送不經(jīng)濟,電壓壓降大
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可長距離輸電
(在15~20km時采用10kV,有的則用6.6kV,輸電電壓在110kV以上的線路,稱為超高壓輸電線路)
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4
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損耗
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在輸配電中線路損耗較大
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在輸配電中線路損耗較小,不存在輸送發(fā)熱問題,高壓輸電電流相當于低壓的1/25
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5
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儲油及供油管路
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地下油罐分散設置在各機房的備用發(fā)電站附近,如集中設置地下油罐,機房內(nèi)外管線交叉處較多
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在備用發(fā)電站建筑物附近區(qū)域集中設置地下油罐,避免在區(qū)域內(nèi)與其余管線(電纜、水管等)的交叉,外網(wǎng)相對簡單
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6
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操作維護
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操作使用較為簡單,對操作使用人員要求較低
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操作使用較為復雜,對操作使用人員要求較高,必須具有相應的高壓操作證等資格,才能操作和維護
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7
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配置
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配置較為簡單,輸配電基本為標準低壓柜等
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配置較為復雜,尤其在發(fā)電機及輸出配電柜全部為高壓設備
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8
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并機運行
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受低壓配電設備電流限制,并機容量小,受非線性負載影響大
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方便實現(xiàn)大功率發(fā)電機組并聯(lián)成大容量系統(tǒng),受非線性負載影響小
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9
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安全
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安全性能較高,技術(shù)較為成熟,技術(shù)門檻較低
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安全性能較高,技術(shù)較為成熟,技術(shù)門檻較高
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10
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發(fā)展趨勢
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小功率段保持傳統(tǒng)市場,大功率段有被高壓系統(tǒng)替代的趨勢
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大功率段采用高壓系統(tǒng)為應用趨勢,需求逐漸增大
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11
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與市電切換
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采用ATS,電流大、ATS數(shù)量多,占地面積大,成本高
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可在10kV母線處通過綜??刂崎_關集中切換,占地面積小,成本低
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1.節(jié)能性能強
從表1中可知,高電壓柴油發(fā)電機組在技術(shù)性能上與低電壓柴油發(fā)電機組差別并不大,但是由于前者發(fā)電機組出線電壓等級提高,在電纜配置方面節(jié)省成本優(yōu)勢較為明顯。同時從節(jié)能減排角度,高電壓發(fā)電機組傳輸電流小,發(fā)熱量小,能量損耗小,輸配電效率高,所以高壓發(fā)電機組比低壓發(fā)電機組更節(jié)能。
2.帶載性能好
非線性負載對油機帶載能力有較大影響。低壓柴油發(fā)電機組通過ATS與市電切換直接帶載,受非線性負載影響大,同時也受到功率因數(shù)影響;而高壓發(fā)電機組可在10kV母線處通過綜??刂崎_關集中切換,一般通過變壓器帶載,變壓器可部分消除非線性負載對發(fā)電機組影響,同時方便功率因數(shù)調(diào)整,避免功率因數(shù)過低影響發(fā)電機組的功率輸出,可見高壓發(fā)電機組比低壓發(fā)電機組帶載性能更好。
3.控制技術(shù)完善
高壓發(fā)電機組輸出為交流高壓10kV,配電系統(tǒng)的區(qū)別見表2。
表2 高壓發(fā)電機組組成部分
序號
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名稱
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備注
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1
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高電壓柴油發(fā)電機組
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6.3kV\10kV等
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2
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控制系統(tǒng)
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單機或多臺并機系統(tǒng)
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3
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輸出開關柜
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630A、1250A、1600A...
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4
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饋線開關柜
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630A、1250A、1600A
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5
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PT柜
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并機系統(tǒng)母線PT
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6
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DC直流屏
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開關柜的操作電源
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7
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接地電阻柜
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可以單臺配套一個接地電阻,也可以幾臺共用一個接地電阻
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8
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低壓配電柜
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提供設備及機房應急照明等
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9
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集控系統(tǒng)
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多臺發(fā)電機組并機集中控制系統(tǒng)
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10
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供油系統(tǒng)
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消防規(guī)定基本室內(nèi)的采用1000L日用油箱
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1)高壓發(fā)電機組
發(fā)電機為高壓發(fā)電機,輸出電壓可以根據(jù)負載或變配電一次市電端電壓進行選型。
2)控制系統(tǒng)
高低壓控制系統(tǒng)選型基本一致,主要區(qū)別在于控制器無法直接檢測中高壓,只能接受低壓檢測,分為單機控制系統(tǒng)、并機控制系統(tǒng)。
3)輸出開關柜
即發(fā)電機組配套的輸出斷路器,中高壓發(fā)電機組配套的開關柜根據(jù)電壓等級進行選型,主要分為12kV、17.5kV、24kV等,由于國家電網(wǎng)工頻電源進線端基本為10kV,故12kV的額定電壓選型較多,需要配置綜合保護(分自帶差動保護和不帶差動保護選型)及其余保護等,殼架電流最小為630A,選型需要注意,根據(jù)發(fā)電機組的功率范圍基本集中在630A。
4)饋線開關柜及假負載測試柜
即發(fā)電機組并機輸出配套的輸出斷路器,根據(jù)發(fā)電機組的功率區(qū)段基本集中在630A、1250A、1600A、2000A,主要根據(jù)并機發(fā)電機組的臺數(shù)、分支負載的容量進行選型區(qū)分。
5)PT柜
PT柜為母線PT,主要是并機時用到,因上述控制系統(tǒng)無法直接檢測高壓信號,需要通過PT柜變送后,二次側(cè)的信號作為檢測信號,在每個發(fā)電機組進線柜進線端均有一個小母線PT,作為發(fā)電機輸出端的電壓檢測。
6)DC直流屏
因中高壓輸出斷路器的操作電源基本選擇DC 110V/DC220V,選擇DC直流電源,作為控制輸出斷路器的自動合分閘電操機構(gòu)的電源,選擇DC直流屏的容量需要根據(jù)開關柜、PT柜的數(shù)量決定其容量大小。
7)接地電阻柜
中高壓發(fā)電機組中性點需要通過電阻接地,選型根據(jù)發(fā)電機組的用途、柜子排放的空間位置進行選型,可以多臺發(fā)電機組共用一臺接地電阻,通過真空接觸器進行切換;亦可以采用單臺發(fā)電機組點對點選型接地電阻柜,主要是控制邏輯需要遵循同一并機系統(tǒng)只允許1臺發(fā)電機組的接地電阻柜投入為原則進行設計。
表3 常用中性點接地方式綜合比較
指標
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不接地
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消弧圈接地
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電阻器接地
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直接接地
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單相接地電流
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小
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小
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100~1000 A(低電阻)
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大
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5~20 A(高電阻)
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||||
一相接地時非故障相電壓升高
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≥1.732Ux
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≥1.732Ux
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(0.8~1.732)Ux
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<0.8Ux
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弧光接地過電壓
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(1.732-3.5)Ux
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≤3.2Ux
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≤2.5Ux
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最低
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重復故障可能性
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大
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小
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較小
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最小
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對通信的干擾
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小
|
小
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大(低電阻)
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最大
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小(高電阻)
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||||
運行維護
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簡單
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復雜
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相對簡單
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簡單
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供電可靠性
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高
|
高
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較高
|
較高
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人身設備安全
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一般(低電阻)
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一般
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好
|
好
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較好(高電阻)
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||
綜合費用
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低
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高
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較高
|
低
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高壓柴油發(fā)電機組中性點接地電阻系統(tǒng) |
8)低壓配電柜
主要用于發(fā)電機組本地的低壓負載種類及容量進行選擇。
9)集控系統(tǒng)
主要用于多臺發(fā)電機組集中監(jiān)控,可以個性化地根據(jù)用戶的要求進行設計,主要通過(Monitor and Control Generated System,MCGS)組態(tài)軟件進行個性化的編程,方便用戶實時監(jiān)測每臺發(fā)電機組的狀態(tài)。
10)供油系統(tǒng)
因消防要求,基本選用1000L日用油箱進行設計,配置大容量的日用油罐滿足每臺發(fā)電機組長時間運行的要求,主要在供油系統(tǒng)需要針對項目進行設計,與低壓油機的供油系統(tǒng)沒有太大的區(qū)別。
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