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柴油发电机组的技术条件与性能

 (一)机组的工作条件
  
  机组的工作条件是指在规定的使用环境条件下能输出额定功率,并能可靠地进行连续工作。国家标准规定的电站(机组)工作条件,主要按海拔高度、环境温度、相对温度、有无霉菌、盐雾以及放置的倾斜度等情况来确定的。根据GB2819-81国家标准规定,电站在下列条件下应能输出额定功率,并能可靠地进行工作。
  
  A类电站:海拔高度1000m,环境温度40℃,相对湿度60%;
  
  B类电站:海拔高度0m,环境温度20℃,相当湿度60%。
  
  电站在下列条件下应能可靠地工作,即海拔高度不超过4000m,环境温度上、下限值分别为:上限值为40℃、45℃;下限值为5℃、-25℃、-40℃;相对湿度分别为60%、90%、95%。
  
  (二)机组的主要技术性能指标
  
  机组的技术性能指标,是衡量机组供电质量和经济指标的主要依据,其主要技术性能通常按机组功率因数从0.8~1.0,三相对称负载在(0~100)%或(100~0)%额定值的范围内渐变或突变时,应达到的性能有:
  
  1、稳态电压调整率δU(%)
  
  δU100%
  
  式中,U1—负载变化后的稳定电压的最大值(或最小值);
  
  U—空载整定电压值。
  
  Ⅰ~Ⅲ类机组δU为±(1~3)%;Ⅳ类机组δU不超过±5%。
  
  2、稳态频率调整率δf(%)
  
  δf
  
  式中f1­­—负载渐变后的稳态频率的最大值(或最小值);
  
  f2—额定负载时的频率;f——额定频率。
  
  Ⅰ~Ⅲ类机组δf为(0.5~3)%;Ⅳ类机组δf不超过5%。
  
  3、电压稳定时间(s)
  
  从负载突变时算起到电压开始稳定所需的时间,通常用示波器来测量。
  
  Ⅰ~Ⅲ类机组电压稳定时间为(0.5~1)%;Ⅳ类机组稳定时间为3%。
  
  从负载突变时算起到频率开始稳定所需的时间,通常也是用示波器来测量。
  
  Ⅰ~Ⅲ类机组频率稳定时间为(2~5)s;Ⅳ类机组频率稳定时间为7s。
  
  4、空载电压整定范围
  
  机组整定电压应能在额定值的(95~105)%范围内调节和稳定工作。例如额定电压为400V的机组,其空载电压可在(380~420)V之间调整。
  
  5、在三相不对称负载下运行线电压的稳定度
  
  机组供电在三相不对称负载下运行时,如果每相电流都不超过额定值,而且各电流之差不超过额定值的25%,则各线电压与三相电压平均值之差应不超过三相线电压平均值的5%。
  
  6、机组的并机性能
  
  两台规格型号完全相同的三相机组,在额客功率因数下,应能在(20~100)%额定功充范围内稳定并联运行。为了提高有功功率和无功功率合理分配精度和运行的稳定性,要求机组中柴油机调速器具有稳态调速率在(2~5)%范围内调节的装置。在控制箱(屏)内的调压装置可使稳态电压调整率在5%范围内调整。
  
  此外,还有电压、频率波动率、超载运行时限、瞬态电压、频率调整率及直接启动空载异步电动机的能力等性能,随着技术的发展,国产和引进的各类机组还具有其他特殊的性能,这里不多介绍。
  
 (三)、机组的自动化性能
  
  随着通信的发展,现代通信设备的普及应用,对交流电源的供电要求也越来越高,有些通信设备不允许交流电源的瞬间中断,这就要求机组必须具备自动化的功能,目前正逐步推广电源设备集中监控技术也要求机组必须自动化。由于机组自动化程度不同,因此,国家标准有明确规定。根据国标GB4712-84标准,机组自动化分为三级,下面分别予以叙述。
  
  1、一级自动化机组的性能。
  
  (1)机组应自动维持应急准备运行状态,柴油机启动前自动进行预润滑;
  
  (2)当机组需要启动运行时,能按自动控制指令或遥控指令实现自动启动。如果机组需要停机时,也能按自动控制指令或遥控指令自动停机。
  
  (3)机组在运行过程中,若出现过载、短路、超速、过频、水温过高、机油压力过低等异常情况均能进行自动保护。
  
  (4)机组应配备表明正常运行和非正常运行声光信号系统,通过这些信号表明机组运行情况。
  
  (5)机组在无人值守的情况下应能连续运行4h。
  
  2、二级自动化机组
  
  此类机组除满足一级自动化机组一各项要求外,还应满足下述要求:
  
  (1)机组应具有燃油、机油和冷却水自动补充的功能。
  
  (2)机组在无人值守的情况下,能连续运行240h。
  
  3、三级自动化机组
  
  该机组除满足一、二级自动化机组的各项要求外,还必须具备下面功能:
  
  (1)当机组自启动失败时,自启动控制程序系统,应能自动地将启动指令转移到下一台备用机组。
  
  (2)机组就能按自动控制指令或遥控指令完成两台同型号规格的机组自动并机和解列。
  
  (3)机组并机运行时,应能自动分配输出的有功功率和无功功率。
  
  (4)机组除了具有一、二级自动化机组的各项保护外,还应具有逆功率保护等功能。
  
  (四)、机组功率的标定
  
  油机发动机组是由内燃机和同步发电机组合而成的。内燃机允许使用的最大功率受零部件的机械负荷和热负苛的限制,因此,需规定允许连续运转的最大功率,称为标定功率。
  
  内燃机不能超过标定功率使用,否则会缩短其使用寿命,甚至可能造成事故。
  
  1、柴油机的标定功率
  
  国家标准规定,在内燃机铭牌上的标定功率分为下列四类:
  
  (1)15分钟功率即内燃机允许连续运转15分钟的最大有效功率。最短时间内可能超负荷运转和要求具有加速性能的标定功率,如汽车、摩托车等内燃机的标定功率。
  
  (2)1小时功率即内燃机允许连续运转1小时的最大有效功率。如轮式拖拉机、机车、船舶等内燃机的标定功率。
  
  (3)12小时功率即内燃机允许连续运转12小时的最大有效功率。如电站机组、工程机械用的内燃机标定功率。
  
  (4)持续功率。即内燃机允许连续运转的最大有效功率。
  
  对于一台机组,柴油机输出的功率是指它的曲轴输出的机械功率。根据GB1105-74规定,电站用于柴油机的功率标定为12小时功率。即柴油机在大气压力为101.325kPa,环境气温为20℃,相对湿度为50%标准工况下,柴油机以额定转速连续12小时正常运转时,达到的有效功率,用Ne表示。
  
  美国康明斯NT系列柴油机,其功率分为持续功率和备用功率,两者功率之比为0.91:1,相当于我国12小时功率和持续功率之分。
  
  2、交流同步发电机的额定功率
  
  交流同步发电机的额定功率是指在额定转速下长期连续运转时,输出的额定电功率,用PH表示。根据机组的运行环境和技术要求,机组输出的额定功率,由下式进行计算:
  
  PH=K1•η(K2K3NeH-Np)(kW)
  
  式中PH——同步交流发电机输出的额定功率(kW);
  
  NeH——柴油机输出的额定功率(PS);
  
  K1——单位变换系数(即kW/PS)K1=0.736;
  
  K2——柴油机功率修正系数,表1-2所示;
  
  K3——环境条件修正系数,见表1-3和表1-4;
  
  η——同步交流发电机的效率;
  
  Np——柴油机风扇及其他辅助件消耗的机械功率(PS)。
  
  通常我们把柴油机输出额定功率(PS)与同步交流发电机输出的额定功率(kW)之比,称为匹配比,用K表示,即

 (五)、现代内燃机的发展情况

  
  随着技术的发展,新材料的涌现,新技术和新工艺的应用,内燃机从设计到制造的技术水平得到很大的提高。
  
  (一)内燃机的发展趋势
  
  1、提高内燃机的单机功率
  
  提高内燃机单机功率的主要途径通常采用增加汽缸的工作容积(即增大汽缸缸径和缸数)、提高转速、提高平均有效压力等方法来实现。例如康明斯K系列柴油机有6缸、8缸、12缸、16缸,其功率从450HP到1800HP。
  
  2、提高经济性能
  
  现代内燃机采用增压技术、改善燃烧过程提高机械效率方面不断改进来降抵燃油的消耗提高经济性。
  
  3、提高可靠性,延长使用寿命
  
  现代内燃机各生产厂家广泛采用新材料、新工艺和新技术,不断改进设计和生产工艺来提高其可靠性。
  
  4、改进测试手段
  
  现代内燃机正日益广泛采用电子计算机自动控制、调节、测量和记录,在监视和试验方面,采用放射性同位素来测定零件的磨损,用激光全息光弹法测定曲轴、连杆、活塞和机体等零部件的应力情况,来检查机器的质量。
  
  5、改善对环境的污染
  
  现代内燃机在降低废气中的有害成分、臭味及噪声方面不断改善,来降低内燃机运行时对环境的污染。
  
  (二)发展中受到限制
  
  科学技术的发展和进步,促进了生产的发展,设备制造技术的提高。但是,在发展过程中,又将受到材料、制造技术等方面的制约,使发展受到限制。目前内燃机发展中受到下列限制:
  
  1、提高单机功率加大缸径的限制。近年来生产的大型低速二冲程柴油机最大汽缸直径保持1060mm,单机功率保持在48000HP的水平。其原因该机型重达1700t,再大型化受制造、安装、运输、维修因素的限制。因此,大功率中速机最大缸径稳定在650mm左右。现代汽油机最大缸径不超过108~117mm,否则易发生爆燃、燃烧不易控制。
  
  2、提高转速的限制。现代的内燃机其活塞的平均速度为11~12m/s,若大于12~13m/s时受到惯性力、振动、磨擦、零件磨损等因素垢限制。内燃机转速过高其燃烧过程将恶化,经济性就会降低。为此,很多厂家为提高内燃机的转速,缩短活塞行程、缩短活塞和连杆长度、改进燃料供给系统、减少活塞环数、提高零部件的刚度和强度方面采取很多改进措施。
  
  3、提高内燃机平均有效压力受到的限制。内燃机装增压器是提高平均有效压力的一种有效办法,但是,增压等强化措施受零件热应力和机械应力的限制。很多厂家采用冷却活塞、组合活塞、可变压缩比活塞、双金属热调节活塞、二次喷油、二级增压、降低压缩比、用高强度合金钢制造零件以及采用优质润滑油等措施来提高平均有效压力。
  
  总之,事物的发展,总会受到某此客观因素的制约,如果突破这些制约,科学技术就会向前迈进一大步。