緊急發電機的測試保護系統及驗收方法
The testing and commissioning for protection of emergency generator
大家好，我是Michael，今次寫一篇比較實戰一些的文章。
緊急發電機可以先看看之前的文章後備電源 - 柴油發電機 Generator / Genset。
本篇文章主要集中講解發電機的保護，以及測試方法。一般而言，測試的程序主要是根據建築署的《香港特區政府建築物內緊急發電機裝置的測試及運作程序》來講解。
另外，在最後會針對一些上篇文章的問題來解答。
發電機的保護主要有：電球，控制系統，引擎保護。
首先先講解電球的保護，電球的保護是一般的電氣性保護。通常會有：
過載 (Overload)
接地故障 (Earth fault)
過電流 (Overcurrent)
過載和過電流的最大分別，是過載是長時間產生一個大電流，例如100A一分鐘後升至130A等，有時間性的。而過電流是短時間產生一個大電流，通常是相對相的短路等。
這三個是典型的電氣保護。有些比較小型的發電機會使用MCCB來做總掣(Main switch)，而較大型的會使用ACB，因此在測試的時候，要使用IDMT的測試方法。而且要量度接地故障環路阻抗。
除了上述之外，電氣保護還會有：
低電壓壓 (Under voltage)
高電壓 (Over voltage)
這兩個保護是防止發電機在運行期間，電壓太高或是太低，而發電機的電壓控制主要是根據自動電壓調節器(AVR)。由於發電壓的電壓是依靠勵磁定子的磁場強弱來控制電壓，而自動電壓調節器(AVR)的作用是監察電壓情況，從而提高或減少勵磁定子的磁場強弱來穩定輸出。
如果這個調節器失靈，便會引致電壓不穩。
測試方法：調較AVR直到電壓過高及過低。
引擎保護：
高水溫 (High Water Temperature)
高水溫是引擎過熱的一個指標，由於引擎是使用水冷的方式來散熱的，因此當出現高水溫的情況，就表示散熱系統出現了問題。
測試方法：把水溫的感應器拿出來，調高感應器的溫度（一般是用水煲煲水或煲油）。直到發電機超出溫度而停機。
1) 水 - 取得較為方便，使用後處理較簡單，唯溫度變化較快及難以量度100度以上水溫。
2) 食油 - 成本較高，且容易變質，溫度變化較慢及大多數食油用來測量150度以內也不是問題。
3) 變壓器油 - 可循環使用，但使用後要考慮環保問題，測試後也要清洗乾淨，溫度變化較慢及測量200度以上也不是問題。
曾經在某一隊道內，在進行低壓掣櫃保養時，發電機的水管突然間爆裂，引致冷卻水即時大量流失，在未有觸發任何保護的情況下，引擎已經因為過熱而燒毀。
除了冷卻水箱，水箱也會有冷卻扇，用於發電機運行時提高散熱效能，如果冷卻扇未能正常運作，或是拖動冷卻扇的皮帶斷裂，也會影響水箱出現過熱。
低油壓 (Low Lub-oil Pressure)
這個油壓是指潤滑油，最主要是防止潤滑油油量過低。另外潤滑油的油質太稀或者溫度太高也會影響油壓。
測試方法：將感應器轉至模擬設備，然後調整壓力。
超速 (Overspeed)
這個保護是防止引擎超速，如果在發電機負擔很重的負載時，突然一下子停車會有可能引致超速。其次，當發電機超速時，由於失速，對發電機本身亦會造成很大的物理損害。
為了恆定發電機的轉速 (通常是2對極 1500rpm) 發電機有油門調速器(governor controller)控制速度。
根據公式
(RPM)(P)/60 = F
其中P是對極數 F是頻率
計算，當速度越快，頻率越快，因此這個保護亦能做到頻率過高保護。
測試方法：拆開油門調速器的電子板，有一個手動控制轉速的按鈕，把速度控制至超速直到發電機停止。
控制系統：
起動故障 (Starting Failure)
測試電池的放電能力，確保即使發電機在要求情況下都能夠起動。(3次起動)
測試方法：關掉柴油掣，手動開車。然後發電機轉動後因無油停車，會繼續嘗試開車，直到三次為止。
根據消防COP會要求4次起動，但根據建築署的測試方法，2次要求是純消防負載的發電機，而3次是包含非消防負載的發電機。
另外，消防例要求的6.5小時，是指發電機在純消防負載下，一定要支撐到6.5小時以上。(例如消防升降機，消防水泵等)。如果發電機在加入消防負載計算後，超過6.5小時的要求，便可以加入其他非消防的負載，例如Server房的UPS等。但是當發電機開啟所有負載後，不足以支撐消防負載6.5小時，便要把其他負載都關掉(Cut load)，以應付消防負載達到6.5小時的要求。
因此，有些樓宇由於很多負載都需要發電機backup，會有兩台發電機，一台是供給消防負載，一台是供給大廈的負載。除了柴油缸的容量要求外，這台發電機可以不需要跟隨消防COP。
發電機最主要的保護大致上有以上這幾個，當然還有其他可以外加的，例如低水位，高油溫等。
除此之外，在收貨的測試中，有以下這幾個測試是一定要做的。
1. 絕緣電阻測試 (Insulation resistance)
電球，電纜的相對相及相對地，確保電球，電纜的絕緣電阻附合要求。
2. 接地故障環路阻抗 (Earth fault loop impendence)
3. 相序測試(Phase sequence)
4. 手動測試 (manual mode test)
把發電機轉向手動，然後開車測試有沒有異常。(主要測試手動控制系統)
5. 自動測試 (Auto mode test)
把發電機轉向自動，然後開車測試有沒有異常。(主要測試自動控制系統，自動測試通常扭動模擬負載失效的匙掣，或者甩fuse，或undervoltage relay)
6. 模擬負載測試 (Dummy load test)
以0%/半小時，25%/半小時，50%/一小時，75%/一小時，100%/一小時，110%/半小時，每15分鐘紀錄一次，紀錄室溫、油量、潤滑油壓、潤滑油溫、水溫、引擎轉速、電壓、電流及頻率等。目的是測試發電機有沒有異樣。而模擬負載通常是使用發熱線(因為功率因數是1)。
7. 調整負載測試 (Step load test)
通常在模擬負載前，或之後做的。測試方法是把發電機的負載提升至100%，然後瞬間把負載變為0%，紀錄發電機由voltage drop至正常的時間。這個測試最主要是測試governor及AVR的追車能力。因為一時間沒有了大量的負載，發電機要調整油門及電壓。不過這個測試是很傷車的。
8.
真實負載測試 (Actual
Load Test)
顧明思義，就是給予發電機真實的負載測試，測試完畢後便確認發電機能正常使用。
最後解答一下上一次的問題
上一篇有很多人問
問題1. 超過500L油缸後，需要加裝獨立房間(油缸房)。甚麼時候需要出WR2和FS251?
要分開兩個系統來說明：
|
設備 |
電力裝置(WR2) |
消防裝置(FS251) |
|
油缸房的電力設備 |
每年 |
N/A |
|
發電機及其電力裝置 |
跟大樓(一年/5年內) |
每年(年檢後) |
油缸房不是消防裝置，所以不需要出FS251，但是油缸房內的消防裝置(例如緊急照明燈，滅火筒等就需要FS251)
問題2. 請問, 消防局內的油站, 油站內的油泵要每年做WR2嗎?
其實只是附合”危險倉”便需要每年做WR2。
Michael Ling
