用最少的投資選購最適用的柴油發電機

文章出處：康亮機電責任編輯：湖南發電機發表時間：2017-03-06 23:40:32【大中小】

隨著科學技術的迅猛發展和大眾環保意識的提高，對功能需求日益增加以及應用條件的多變，傳統的柴油發電機組及其配套產品（以下簡稱機組）在現代已賦予高科技和環保的內涵。本選型細則旨在提供現代機組選型和使用的綜合解決方案，以求達到選擇性能價格比最佳，高可靠性使用及滿足環境保護的目的。

　　1 柴油發電機組的主要特征

　　現代的柴油發電機組主要具有如下特征：

　　（1）功能齊全的高集成控制將傳統的簡單功能的分離元件控制發展成廣泛應用現代高科技成果的模塊化高集成控制。一方面增加控制功能，包括機組的保護、運行參數的顯示、歷史記錄及其遠程電腦監控、負載的優化管理等；另一方面實現少觸點甚至無觸點控制，提高運行的可靠性。

　　（2）環保低噪聲運行通過加裝防音罩殼或在機房加裝降噪裝置實現環保低噪聲運行；必要時加裝排煙凈化器，實現更清潔的廢氣排放。　

　　（3）快速移動的應急供電采用車載移動電站，掛車電站可以滿足快速移動的應急供電。

　　2 各種應用場合的機組選型

　　按應用場合的不同可對機組作如下選型。　

　　（1）標準機組

　　標準機組廣泛應用于機房內安裝的一般場所。機組主要由柴油機、發電機、控制系統、機座、減震裝置、冷卻系統、供油系統、和輸出保護開關等部分組成。

　　（2）防護型機組

　　防護型機組應用于對噪聲沒有特殊要求的戶外場所。主要由標準機組、防護罩殼、排煙系統等組成。由于防護罩殼沒有設置降噪裝置，只要滿足通風和防雨雪條件即可，故其外形體積較小，成本較低。機組運行時開門開窗通風。防護型電站可以單臺，也可以多臺并聯使用，多臺并聯使用特別適用于負載變化較大、連續運行可靠性要求較高及低成本經濟使用的場合，如配套油田鉆機等。

　　（3）防音型機組　

　　防音型機組廣泛應用于對環境保護有特殊要求的戶外或室內需要防護降噪的場所，主要由標準機組、防音罩殼、進排風降噪裝置和排氣降噪裝置等組成，其主要特征是防音罩殼設置隔音和吸音層、進排風通道做降噪處理、排氣采用工業型和住宅型消聲器的組合，分別降低其高頻和低頻段的噪聲。標準防音型機組噪聲一般在78～85dB（A），超級防音型機組噪聲一般在70～78dB（A）。超級防音型機組是在標準防音型機組的基礎上對噪聲排放采取更加嚴格的控制措施，如采用迷宮式進排風通道設計等來實現的。

　　超級防音型機組一般外型尺寸都較大，制造成本也比標準防音型機組要高得多。防音型機組和超級防音型機組通常在防音罩殼外操作、保養和檢修。

　　（4）低噪聲方艙電站和集裝箱電站

　　低噪聲方艙電站和集裝箱電站一般應用于對環境保護有特殊要求的戶外使用場所，可以直接放置在戶外露天使用，省去建造機房，同時具有機動性強和投入使用周期短等特點。低噪聲方艙電站和集裝箱電站的噪聲一般在75～85dB（A），可以在方艙和機廂內進行操作、保養和檢修。

　　（5）掛車電站　

　　掛車電站分兩輪拖卡和四輪拖掛兩種，７０KW以下機組用兩輪拖卡，７０KW～５００KW機組用四輪拖掛。掛車電站由標準掛車和防音型機組組成，具備防音型機組的全部性能和優點，適宜于野外作業及機動性供電。掛車設置有轉向機構、交通警示燈和剎車裝置，配有機械支腿，減震以及緩沖裝置等。牽引裝置可調節高度，符合交通安全行駛要求。掛車電站可預裝電纜架和動力電纜，以實現快速供電。在城市道路和二級以上公路，兩輪拖卡拖行速度可達３０km／h，四輪拖掛拖行速度可達５０km／h。

　　（6）車載移動電站　

　　車載電站廣泛應用于通信、電視轉播、高速公路、搶險、供電和軍隊等對于快速、機動性和可靠性要求較高的電源應急場合。主要將機組安裝在汽車的車廂內，并可以配備電動電纜絞盤、多路輸出插座和機械（或液壓）支腿，也可以很方便的實現多輛車載移動電站并聯使用。車載移動電站一般噪聲在７０～８０dB（A）。

　　3 功率匹配及功率修正應關注的幾個問題

　　3.1功率的概念

　　功率選型是機組選型的最核心內容，其原則是在最少投資的前提下，滿足使用要求。首先應明確理解各種功率的定義、分析機組的工況性質，確定功率條件;然后根據機組的現場條件和負載的特性，計算和修正并確定所需的機組輸出功率。

　　在ISO8528一1:1993及G132820.1一1997對交流發電機組的用途、定額和性能作了明確規定。該標準將交流發電機組的輸出功率分為三種，即限時運行功率(LTP)、基本功率(PRP)和持續功率(COP);而該標準同時也對機組運行的現場條件做出規定，現場條件由用戶確定，在現場條件未知且未另作規定的情況下，應采取下列額定現場條件：　　

　　(a)絕對大氣壓力:89.9kPa(或海拔高度1000m);

　　(b)環境溫度:313K(40℃); 　　

　　(c)相對濕度:60%。

　　(1)備用功率(StandbyPower):

　　發電機組在規定的維修周期之間和規定的環境條件下能夠連續運行300h，每年最多500h的最大功率。等同于國標和ISO標準中的限時運行功率(LTP)。一般適用于通信、樓宇等負載變化較多的偶然應急工況。

　　(2)長行功率(PrimePower):

　　在規定的維修周期之間和規定的環境條件下，每年可能運行的時數不受限制的某一可變功率序列內存在的最大功率，等同于國標和ISO標準中的基本功率(PRP)。一般適用于廠礦、軍隊等負載變化較小的經常運行工況。

　　(3)連續功率(ConsecutionPower):

　　在規定的維修周期之間和規定的環境條件下，每年可能運行的時數不受限制的某一恒定功率序列內存在的最大功率，等同于國標和ISO標準中的持續功率(PRP)。一般適用于作為電站或與市電并網使用等負載變化極小的連續運行工況。

　　新版IS08528一1:2005對功率定額種類的規定有實質性的修改，這對于用戶選用進口機組有指導意義，值得重點關注。

　　(1)持續功率(COP)

　　在商定的運行條件下并按制造商的規定進行維護保養，發電機組以恒定負荷持續運行，且每年運行時數不受限制的最大功率。

　　(2)基本功率(PRP)

　　在商定的運行條件下并按制造商的規定進行維護保養，發電機組以可變負荷持續運行，且每年運行時數不受限制的最大功率。24h運行周期內允許的平均功率輸出(Ppp)應不超過PRP的70%，除非與RIC發動機制造商另有商定。在要求允許的平均功率輸出Ppp較規定值高的應用場合，應使用持續功率COP。

　　在確定某一可變功率序列的實際平均功率輸出(Ppp)時，功率小于30%PRP時按30%計，停機時間不包括在內。

　　(3)限時運行功率(LTP)

　　在商定的運行條件下并按照制造商的規定進行維護保養，發電機組每年運行時間可達500h的最大功率。按100%限時運行功率每年運行的最長時間為500h。

(4)應急備用功率(ESP)

　　在商定的運行條件下并按照制造商的規定進行維護保養，在市電一旦中斷或在試驗條件下，發電機組以可變負荷運行且每年運行時數可達200h的最大功率。24h運行周期內允許的平均功率輸出(Ppp)應不超過70%ESP，除非與RIC發動機制造商另有商定。實際平均功率輸出(Ppp)應小于等于按ESP定義的允許平均功率輸出(Ppp)。在確定某一可變功率序列的實際平均輸出(Ppp)時，功率小于30%ESP時按30%計，停機時間不包括在內。

　　3.2功率現場條件的修正

　　在非額定現場條件和特殊負載的情況下，機組的額定功率需要修正。

　　3.2.1環境溫度的功率修正

　　當環境溫度過高時，空氣密度降低，柴油機燃燒時氧氣量減少，燃燒效率降低，因而會降低柴油機的機械輸出功率;同時發電機工作時需要冷空氣對繞組進行冷卻，在環境溫度過高時，冷卻效果降低，發電機繞組內部溫度升高，為保證發電機的繞組溫度在允許范圍內也必須降低發電機的輸出功率。

　　各品牌柴油機和發電機的輸出功率受環境溫度影響的功率修正，由于設計的不同，其修正的參數也不一致;同一品牌，不同型號、不同調速系統，其修正的參數也有區別。一般要以原柴油機生產廠家的修正參數為準，通常可按照環境溫度超過40℃時每升高5℃，輸出功率下降3%一4%來進行功率損失的計算。但要注意的是有些廠家的機組標稱功率是基于環境溫度25℃時的輸出功率。

　　3.2.2海拔高度的功率修正

　　當海拔高度升高時空氣密度也會降低，同樣影響柴油機和發電機的輸出功率。不同品牌的柴油發電機組要參考廠家的功率修正曲線來計算降容后的實際功率，通常可按照海拔高度超過1000m時每升高500m輸出功率下降4%-5%來進行功率損失的計算，但要注意的是有些廠家的機組標稱功率是基于海拔高度300m時的輸出功率。

　　電子噴油柴油機采用了電子噴油控制技術，通過對安裝在柴油機上一系列的傳感器檢測到的柴油機各種數據來精確地控制每個噴油器的噴油正時和噴油量。由于電子控制單元通過對進氣岐管的進氣壓力、燃油溫度的精密測量，并以此來控制噴油正時和噴油量，使得電子噴油柴油機在高海拔地區和高溫度環境下有更低的功率下降。所以在高海拔地區和高溫度環境下選用電子噴油的機組能獲得更大的輸出功率和經濟性。

　　3.2.3非線性負載的功率修正

　　非線性負載含有感性、容性等元器件的負載均為非線性負載，如機房空調、不間斷電源UPS、燈具調光系統和整流濾波器設備等。這種負載通常在通信、網絡數據中心、數據交換中心、金融結算中心、機場跑道的照明調光和重要系統調度中心等關鍵部門的應用極為廣泛。

　　非線性負載會向柴油發電機組反射大量的高次諧波，其中以5次和7次諧波危害最嚴重，尤其是非線性負載較大而發電機組容量又較小時這種危害就更明顯，其后果將出現機組的諧振、穩定時間延長和負載設備誤動作，嚴重時會損壞AVR和負載設備。這一問題在機組的選型過程中經常未引起足夠的重視(由于在用市電供電時影響不大)，最終待到運行時才發現無法正常工作，造成無法挽回的損失。

　　直接啟動的機房空調因感應電動機直接起動時起動電流為正常電流的6一7倍，而且功率因數很低，電動機起動瞬間發電機的端電壓會下降到低于正常值80%以下，從而影響其他負載的供電。就UPS而言，是一種應用很廣的典型非線性負載，其對電源系統的影響表現為：　　

　　a.發電機組的輸出電壓突然增高到440V以上，其后果是造成UPS損壞。　

　　b.發電機組輸出頻率到50一60Hz，致使UPS保護動作。　　

　　c.發電機組在出現頻率或電壓異常的同時出現嚴重的機械共振現象，柴油機出現有節奏的搖擺和聲音起伏，嚴重時還出現損壞發電機的勵磁回路和AVR(自動電壓調節器)。　　

　　d.UPS因檢測到過電壓或過頻率而自動關斷整流器，由后備電池組向負載放電或從旁路直接向負載供電。

　　一般機組功率的選用原則上在2一3.5倍UPS容量以上，這樣將大幅度增加投資，但通過采取一些特殊的措施，則可以改善機組的運行性能，同時獲得更好的經濟效益。

　　a.選用永磁他勵式(PMG)發電機，因PMG系列發電機的電子自動調壓系統AVR獨立于發電機的機械系統，功率源從副勵磁機電樞繞組取得。在發電機負載和轉速突變時，該系統不受發電機機械過渡過程的影響，將輸出電壓調整到額定值。因此，PMG系列發電機的的動態電壓調整率遠小于其他勵磁發電機，并有較好的動態穩定性，可提高發電機帶非線性負載能力。由于PMG系統提供一個與定子輸出電壓波形畸變及大小無關的恒定的勵磁電源，因而能提供較高的電動機起動承受能力，并對非線性負載產生的主機定子輸出電壓的波形畸變具有抗干擾性。

　　b.在不增加柴油機功率的條件下配置一臺較大容量的發電機，以提高機組帶非線性負載的能力。通常柴油機和發電機的功率匹配關系是柴油機凈輸出機械功率略大于發電機功率，機組的輸出有功功率大小取決于柴油機的出力，而視在功率則主要取決于發電機的容量。發電機組在帶UPS負載時，只要加大發電機的容量，其瞬態特性就會大大的增強，而機組的輸出有功功率其實并未增加，因而采用這種所謂“小馬拉大車”的方式來解決非線性負載的問題。即柴油機的功率按照所有負載有功功率之和略大來選擇，發電機功率則按照上面所說的方法來配置。該方案可以在滿足使用要求的前提下，大幅度減少投資，同時也避免柴油機產生長時間低負載運行的機率，提高其使用可靠性。

　　更詳盡的非線性負載的功率修正見參考文獻。

　　3.2.4加負載的功率修正　

　　對于自然進氣的機組，其最大允許的一次加載量等于使用功率。

　　采用渦輪增壓技術后，發動機的功率有了明顯的提高，但突加負載的能力卻有所下降。當增壓比越高時，突加負載能力的下降也越明顯。渦輪增壓對突加負載的影響，主要是因為渦輪增壓柴油機的功率有相當一部分是通過渦輪增壓來實現的，而渦輪增壓值主要取決于發動機發出的功率和轉速。當發動機處于空載時，增壓壓力很低(或者說接近非增壓狀態)，此時，按增壓機額定狀態下的功率加載(或者加較大的負載)，相當于對非增壓機瞬態突加超過額定功率的負載，結果或是突加載荷失敗，或是轉速下降超過限值，或是恢復時間較長，這都會影響機組的供電性能。

　　一般當有效壓力P值在1MPa以下時，一次突加負載可達到標定功率80%以上，對突加負載影響不大。當P值達到1.5MPa時，突加負載只能達到標定功率的50%;當P值達到2.0MPa時，突加負載只能達到標定功率的40%。如果對突加負載有較高要求時，建議按渦輪增壓柴油機相同機型的非增壓時的標定功率選配機組。

　　4 結束語

　　柴油發電機組的選型涉及到機組用途，柴油機、發電機和調速裝置的性能，現場應用條件等諸多因素，須通盤考慮，精心設計，才能向用戶提供滿足用戶需求的最佳解決方案和產品。

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