柴油发电机组的管理与应用

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柴油发电机组的管理与应用

在选择、应用和维护柴油发电机组的工作中，了解其整机的性能规范、机型特点是十分必要的。

　　1 柴油发电机组的常用规范

　　1.1 型号、规格的编制原则

　　我国早在1981年就对燃油发电机组的名称和型号编制方法、机组工作条件等制定了国家标准GB2819-81。其中机组的型号及相关代码由6部分组成:

　　各部分定义为:

　　1:用数字表示燃油发电机组的额定输出功率,以kW为单位。

　　2:表示机组输出电流的种类,工频(50Hz)用字母G代表。

　　3:发电机组用字母F代表。

　　4:自动化机组用Z表示,基本型机组无代号。

　　5:以数字表示生产厂家的代号。

　　6:用数字表示工厂在制造机组时是否改进、变型。

　　1.2 机组的分类

　　根据当时的技术和生产水平,按照机组的结构形式、控制方式和保护功能等将油机(汽油机、柴油机等)发电机组分为三种类型;

　 (1)基本型机组

　　指由燃油(汽油、柴油等)内燃机(发动机)、同步发电机和控制屏(柜)按一定的技术条件整合构成的机组,具有发动机转速和同步发电机输出电压的自动调节功能。

　　(2)自动化机组

　　在基本型机组的基础上增加了自动控制装置。市电突然中断时能自动起动、自动切换送电,市电恢复后又能自动关机。燃油发动机在机油(润滑油)压力过低、油温或冷却液温度过高时可自动报警。主轴转速超速而又不能调节时,应自动停机保护机组。

　　(3)微机控制自动化机组

　　除了包含自动化机组的全部功能外,还具有各种完善的检测、故障报警、记录和自动保护系统。它的信息通讯口可以与局域网、互联网连接,实现无人值守及遥控、遥测和遥信。

　　随着信息化在全社会的迅速发展，对油机发电机组的自动化程度要求越来越高。1984年又制定了将机组自动化分为三级的国家标准GB4712-84。它除了规定机组应具备全面的自动化功能外，还对燃油、机油和冷却液的自动补给，机组自动维持应急准备起动状态、无人值守连续运行时间及机组的并联运行功能等都分级做了要求。

　　1.3 机组的工作条件规范

　　对于油机发电机组的适用工作条件,国家标准规定:在海拔高度4km以内,环境温度最高40℃、45℃,最低5℃、-25℃、-40℃,相对湿度为60%、90%、95%的情况下,不同的电站(机组)应能在相应的自然条件下可靠地工作。并将适应1km高度、40℃温度和60%相对湿度以上条件的机组划为A类。B类机组则只能在海拔0m、温度20℃、相对湿度60%以上的自然环境下可靠地运行。

　　1.4 常用主要技术性能指标

　　对于评定柴油发电机组的整机性能,也规范了相应的技术指标。这给生产厂家、科研单位和使用者都提供了从不同角度评价产品的统一规范。主要技术性能指标通常是在机组功率因数为0.8～1,三相对称负载在0～100%额定值的范围内,正、反向渐变或突变的条件下测定的。

　　(1)空载电压整定范围

　　机组在空载工作时,应能对其额定输出电压值在95%～105%范围内进行调节,且稳定运行。例如:额定输出电压为400V的机组,其空载时输出电压可在380～420V之间调整。

　　(2)电压稳定时间

　　从机组的负载突变开始,到输出电压稳定所经历的时间。用秒(s)计量。0.5～1s的为Ⅰ～Ⅲ类机组,Ⅳ类机组是3s。

　　(3)稳态电压调整率δu

　　其公式为:δu=(U1-U)÷U×100%,式中:U是机组空载输出电压值,U1代表负载变化后的稳定输出电压的最大或最小值。机组δu值在±(1～3)%

　　范围的为Ⅰ～Ⅲ类。Ⅳ类不超过±5%。

　　(4)频率稳定时间

　　机组负载从突变开始到输出频率稳定所需的时间。以秒(s)为单位。Ⅰ～Ⅲ类机组在2～5s范围内。7s的则属于Ⅳ类机组。

　　(5)稳态频率调整率δf

　　定义为:δf=(f1-f2)÷f×100%,式中:f是机组的额定输出频率(50Hz)，f2为机组带额定负载时的频率,f1则代表负载变化后的稳定输出频率的最大或最小值。δf值为0.5%～3%的为Ⅰ～Ⅲ类机组。Ⅳ类机组不能超过5%。

　　从这些常用的主要技术性能指标中可以看出,柴油发电机组对于其负载的渐变或突变的响应程度是衡量整机性能的主要依据。

　 1.5 油机功率的标定

　　燃油(汽油、柴油)机发电机组的额定输出功率,是衡量机组带载能力的重要技术指标,也是使用者最关注的参数之一。机组的输出功率实际上是同步发电机的额定输出功率,然而它是在油机发动机的带动下才能供出的功率。显然要使油机发电机组输出很大的功率,发动机(内燃机)就必须给出巨大的动能。但受到机内活动零部件之间的磨损和热损耗的限制,发动机不能长期超负荷运转。否则会造成效率迅速降低甚至损坏机器。因此规定了只允许油机发动机以有效功率Ne(Ne是指发动机工作中,燃油爆燃时推动活塞所做的有用功Ni,减去机械摩擦及辅助机构消耗的功率Nm,而真正成为曲轴动能的功率，即Ne=Ni-Nm)的最大值在一定的时间段内连续运行。此时间段内的功率，称为标定功率。就柴油发电机组中的柴油发动机而言,其标定功率在国家标准所划分的四类之中。A：15min功率、B:1h功率、C:12h功率。这三项时间段，都是规定柴油发动机以有效功率的最大值连续运转的最长时间。例如:15min标定功率，就规定柴油发动机若连续输出最大有效功率时不能超过15min。15min以后应该将负荷减下来，保持在八、九成的状态下运行。D:持续功率，柴油发动机以有效功率的最大值长时间连续运转输出功率。

　　柴油发电机组中的柴油发动机的功率,根据国家标准GB1105-74规定为12h标定功率,即指在标准工况下,柴油发动机以额定转速连续运行12h的输出最大有效功率。

　　我国的柴油发电机组市场,由国产、合资、进口三种产品形成。通常将机组按其柴油发动机的标定功率分为备用机组(输出的电功率称为备用功率)和长行机组(输出的电功率叫做长行功率或持续功率),一般两者功率之比为0.91:1。这也与我国标准的12h功率和持续功率之比相吻合。

　　1.6 同步发电机的额定功率

　　柴油发电机组中的交流同步发电机的额定功率,是指在柴油发动机带动下长期连续运转输出的电功率。其额定功率PH可以用公式表达

　　PH=K1×η(K2K3NeH-Np) (单位为kW)

　　式中:K1是单位变换系数，常取0.736，η代表同步发电机的效率，K2、K3分别为柴油机功率和环境条件的修正系数。Np是柴油机风扇与其它机件消耗的机械功率。NeH为柴油发动机额定输出功率。

　　从式中可以看出,柴油发电机组中的同步发电机的额定输出功率与柴油发动机有着密不可分的关系。通常将柴油机的输出额定功率(PS)与同步发电机的输出额定功率之比叫做匹配比K,一般取1.6～2。这就是俗话说的:柴油发电机组的发动机要比发电机的“劲头”大一半以上才行。

　　柴油发电机组的额定输出功率一般用有功功率PH(kW)标注,也有的用视在功率SH(kVA)标注。因为交流同步发电机通常是按照功率因数(cosφ)为0.8设计和制造的,所以PH是SH的80%。

　　2 常用机型及特点

　　目前,全自动化、智能化的机械加工中心和机电一体化技术,已成为机械制造业的主流。零部件的加工精度早已从丝级(也称为道级,1丝即0.01mm)迈向μ级(1μ是0.001mm)。就柴油发电机组而言,现代产品不仅效率高、性能优良,而且一般都是自动化、智能化机组。按照生产者和使用者多年的实践和习惯,也常将柴油发电机组分为以下几种:

　　2.1 固定式机组

　　这是最常用的、各行各业装机量最多的柴油发电机组。又因这类机组产量大,产品型号、规格、序列完整齐备。它们又很容易被变通装配成静音机组、移动式机组等,因而固定式机组又常被称为标准型机组。

　　机组的额定输出功率范围一般在6kW(7.5kVA)

　　到2400kW(3000kVA)之间,分为许多规格和档次。它们也是按照柴油发动机的标定功率分为备用机组和长行机组(持续机组),同规格的长行机组要比备用机组的额定输出功率低10%左右,其成本也略高于备用机组。这为广大用户根据本单位的环境条件、使用要求和投资额度等情况,选择适用的机组提供了许多考虑的余地。固定式机组的外形如图1所示。

固定式机组，顾名思义就是柴油发电机组长久地固定安装在使用场合，并且与市电电网通过自动转换器(ATS)构成了规范、固定的连接。使用场所也为机组的工作创造了通风、散热、降噪声、隔震动、供油、给起动电池充电等永久性的便利条件。

　　固定式机组的特点:

　　(1)相对而言,这类机组体积大、重量重,然而也有利于其运行的稳定性。大多数单位安装的是100kW以上的机组,通常都给它们安排一个较为合适的机房。

　　(2)机组的自动化、智能化程度高,一般都能实现无人值守,自动运行。满足国家标准GB4712-84连续运转4h的规定。只要燃油、机油(润滑油)、冷却液满足长期自动补给的条件,也可达到无人值守连续运行240小时的规定。

　　(3)机组内的柴油发动机制造精良,普遍采用了进气增压、中冷、燃油电喷、电子调速和功能齐备的报警保护系统。

　　(4)同步发电机全部是无刷交流励磁、旋转整流器及电子调压结构。整机H级绝缘，耐短路电流和尖峰电压冲击，在额定负载范围内输出电压稳定。

　　(5)一般(特别是大功率机组)都需要外设柴油罐、机油罐等,并可对柴油发电机组实现自动补给。有的大型机组为了散热效果更佳,将水箱散热器、排风扇与主机分离单独安装,用加长的管路保障冷却液的循环。

　　(6)平常备机待起动状态时,需由机房内的市电为柴油发电机组的起动用蓄电池充电。

　　(7)对于安装有自动百叶窗的机房,应能实现与固定式机组的联动。机组起动时百叶窗自动打开,停机后自动闭合。以达到开机时通风,关机时保暖的要求。

　　(8)冬季,特别寒冷的地区,需对固定式机组的冷却液、机油(润滑油)、柴油系统利用市电进行加热保温,以保持机组的待机状态良好。

　　(9)固定式柴油发电机组应按照规范定期进行维护。

　　2.2 静音型机组

　　从原理上或技术实践上,其实就是将固定式机组按要求装配在可以隔声的封闭箱内。以尽量减少柴油发电机组工作所产生的噪声对环境的干扰。所以只要有需要,一般6～2400kW的柴油发电机组都可以用防音罩把它们封起来,如图2所示。

静音型机组的特点：

　　(1)静音罩(静音箱)的内壁嵌附吸声并阻燃的材料。在保证正常工作通风、排气的条件下,各处密封良好。

　　(2)机组的柴油发动机排气管,安装性能优良的消声器,并特殊设计排气口。

　　(3)静音罩内设置可自动补给机组的燃油储备箱和电力馈送装置，使其为自成一体的独立发电设备。

　　(4)整体搬动方便,有的静音机组就安装在拖车上。机组的底座设计考究,对使用场地没有什么要求,一般静音机组不必再建机房。

　　(5)静音机组是全自动化机组,工作时全由智能控制屏管理。只要隔着密封玻璃窗就可以看见控制屏所显示的运行参数。当然也可以通过机组的数据口远距离测控。

　　(6)在1m的距离，静音罩(箱)内的柴油发电机组的工作噪声，应比它在敞开环境下的工作噪声小很多，符合ISO3744国际标准化组织所制定的标准。

　　2.3 移动式机组

图3所示的是其中的一种类型。移动式机组的最大特点是挪动方便。机组的额定输出功率一般在6kW(7.5kVA)到16kW(20kVA)范围。

它也是自成一体,有备用油箱、电力电缆盘、插接头等，适用于应急场合供电。移动式机组的底盘一般都安装有轮子及挂接装置，可以挂在汽车上随时前往需要的地方。箱内的柴油发动机组具有快速起动，在不良自然条件下连续工作的优良性能。

　　2.4 便携式机组

　　体积小、轻便,通常靠人力搬动。机组就是一个超小型的发电站,通常的额定输出功率大致在0.6kW(0.75kVA)～12kW(15kVA)左右,也有许多便携式机组采用汽油发动机,发电机一般用的都是同步单相或三相机。它们主要用于用电量不大的应急供电场合。

　　2.5 燃气发电机组

在倡导低碳经济、清洁能源的现代社会，这是有着广阔前途的发电机组。

目前机组的额定输出功率基本上在20kW(25kVA)到80kW(100kVA)数量级。更大功率的实验型燃气电站也已建成几座。它们的突出特点是发动机不烧燃油,而是用燃气(一般是用天然气)。这就使得发动机工作时排出的废气中的有害物质含量大大减少,可以称为绿色能源。特别是在天然气资源丰富的地区,推广使用这种机组,可达环保、节能两全。人们巧妙地利用燃气发电机组工作中排出的高温废气来取暖、加温洗浴用水,甚至转换制冷,从而形成一个以发电为主的天然气综合利用系统。天然气发电机组的发展前景十分美好。

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