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柴油發電機組的技術條件與性能

 (一)機組的工作條件
  
  機組的工作條件是指在規定的使用環境條件下能輸出額定功率,并能可靠地進行連續工作。國家標準規定的電站(機組)工作條件,主要按海拔高度、環境溫度、相對溫度、有無霉菌、鹽霧以及放置的傾斜度等情況來確定的。根據GB2819-81國家標準規定,電站在下列條件下應能輸出額定功率,并能可靠地進行工作。
  
  A類電站:海拔高度1000m,環境溫度40℃,相對濕度60%;
  
  B類電站:海拔高度0m,環境溫度20℃,相當濕度60%。
  
  電站在下列條件下應能可靠地工作,即海拔高度不超過4000m,環境溫度上、下限值分別為:上限值為40℃、45℃;下限值為5℃、-25℃、-40℃;相對濕度分別為60%、90%、95%。
  
  (二)機組的主要技術性能指標
  
  機組的技術性能指標,是衡量機組供電質量和經濟指標的主要依據,其主要技術性能通常按機組功率因數從0.8~1.0,三相對稱負載在(0~100)%或(100~0)%額定值的范圍內漸變或突變時,應達到的性能有:
  
  1、穩態電壓調整率δU(%)
  
  δU100%
  
  式中,U1—負載變化后的穩定電壓的最大值(或最小值);
  
  U—空載整定電壓值。
  
  Ⅰ~Ⅲ類機組δU為±(1~3)%;Ⅳ類機組δU不超過±5%。
  
  2、穩態頻率調整率δf(%)
  
  δf
  
  式中f1--—負載漸變后的穩態頻率的最大值(或最小值);
  
  f2—額定負載時的頻率;f——額定頻率。
  
  Ⅰ~Ⅲ類機組δf為(0.5~3)%;Ⅳ類機組δf不超過5%。
  
  3、電壓穩定時間(s)
  
  從負載突變時算起到電壓開始穩定所需的時間,通常用示波器來測量。
  
  Ⅰ~Ⅲ類機組電壓穩定時間為(0.5~1)%;Ⅳ類機組穩定時間為3%。
  
  從負載突變時算起到頻率開始穩定所需的時間,通常也是用示波器來測量。
  
  Ⅰ~Ⅲ類機組頻率穩定時間為(2~5)s;Ⅳ類機組頻率穩定時間為7s。
  
  4、空載電壓整定范圍
  
  機組整定電壓應能在額定值的(95~105)%范圍內調節和穩定工作。例如額定電壓為400V的機組,其空載電壓可在(380~420)V之間調整。
  
  5、在三相不對稱負載下運行線電壓的穩定度
  
  機組供電在三相不對稱負載下運行時,如果每相電流都不超過額定值,而且各電流之差不超過額定值的25%,則各線電壓與三相電壓平均值之差應不超過三相線電壓平均值的5%。
  
  6、機組的并機性能
  
  兩臺規格型號完全相同的三相機組,在額客功率因數下,應能在(20~100)%額定功充范圍內穩定并聯運行。為了提高有功功率和無功功率合理分配精度和運行的穩定性,要求機組中柴油機調速器具有穩態調速率在(2~5)%范圍內調節的裝置。在控制箱(屏)內的調壓裝置可使穩態電壓調整率在5%范圍內調整。
  
  此外,還有電壓、頻率波動率、超載運行時限、瞬態電壓、頻率調整率及直接啟動空載異步電動機的能力等性能,隨著技術的發展,國產和引進的各類機組還具有其他特殊的性能,這里不多介紹。
  
 (三)、機組的自動化性能
  
  隨著通信的發展,現代通信設備的普及應用,對交流電源的供電要求也越來越高,有些通信設備不允許交流電源的瞬間中斷,這就要求機組必須具備自動化的功能,目前正逐步推廣電源設備集中監控技術也要求機組必須自動化。由于機組自動化程度不同,因此,國家標準有明確規定。根據國標GB4712-84標準,機組自動化分為三級,下面分別予以敘述。
  
  1、一級自動化機組的性能。
  
  (1)機組應自動維持應急準備運行狀態,柴油機啟動前自動進行預潤滑;
  
  (2)當機組需要啟動運行時,能按自動控制指令或遙控指令實現自動啟動。如果機組需要停機時,也能按自動控制指令或遙控指令自動停機。
  
  (3)機組在運行過程中,若出現過載、短路、超速、過頻、水溫過高、機油壓力過低等異常情況均能進行自動保護。
  
  (4)機組應配備表明正常運行和非正常運行聲光信號系統,通過這些信號表明機組運行情況。
  
  (5)機組在無人值守的情況下應能連續運行4h。
  
  2、二級自動化機組
  
  此類機組除滿足一級自動化機組一各項要求外,還應滿足下述要求:
  
  (1)機組應具有燃油、機油和冷卻水自動補充的功能。
  
  (2)機組在無人值守的情況下,能連續運行240h。
  
  3、三級自動化機組
  
  該機組除滿足一、二級自動化機組的各項要求外,還必須具備下面功能:
  
  (1)當機組自啟動失敗時,自啟動控制程序系統,應能自動地將啟動指令轉移到下一臺備用機組。
  
  (2)機組就能按自動控制指令或遙控指令完成兩臺同型號規格的機組自動并機和解列。
  
  (3)機組并機運行時,應能自動分配輸出的有功功率和無功功率。
  
  (4)機組除了具有一、二級自動化機組的各項保護外,還應具有逆功率保護等功能。
  
  (四)、機組功率的標定
  
  油機發動機組是由內燃機和同步發電機組合而成的。內燃機允許使用的最大功率受零部件的機械負荷和熱負苛的限制,因此,需規定允許連續運轉的最大功率,稱為標定功率。
  
  內燃機不能超過標定功率使用,否則會縮短其使用壽命,甚至可能造成事故。
  
  1、柴油機的標定功率
  
  國家標準規定,在內燃機銘牌上的標定功率分為下列四類:
  
  (1)15分鐘功率即內燃機允許連續運轉15分鐘的最大有效功率。最短時間內可能超負荷運轉和要求具有加速性能的標定功率,如汽車、摩托車等內燃機的標定功率。
  
  (2)1小時功率即內燃機允許連續運轉1小時的最大有效功率。如輪式拖拉機、機車、船舶等內燃機的標定功率。
  
  (3)12小時功率即內燃機允許連續運轉12小時的最大有效功率。如電站機組、工程機械用的內燃機標定功率。
  
  (4)持續功率。即內燃機允許連續運轉的最大有效功率。
  
  對于一臺機組,柴油機輸出的功率是指它的曲軸輸出的機械功率。根據GB1105-74規定,電站用于柴油機的功率標定為12小時功率。即柴油機在大氣壓力為101.325kPa,環境氣溫為20℃,相對濕度為50%標準工況下,柴油機以額定轉速連續12小時正常運轉時,達到的有效功率,用Ne表示。
  
  美國康明斯NT系列柴油機,其功率分為持續功率和備用功率,兩者功率之比為0.91:1,相當于我國12小時功率和持續功率之分。
  
  2、交流同步發電機的額定功率
  
  交流同步發電機的額定功率是指在額定轉速下長期連續運轉時,輸出的額定電功率,用PH表示。根據機組的運行環境和技術要求,機組輸出的額定功率,由下式進行計算:
  
  PH=K1?η(K2K3NeH-Np)(kW)
  
  式中PH——同步交流發電機輸出的額定功率(kW);
  
  NeH——柴油機輸出的額定功率(PS);
  
  K1——單位變換系數(即kW/PS)K1=0.736;
  
  K2——柴油機功率修正系數,表1-2所示;
  
  K3——環境條件修正系數,見表1-3和表1-4;
  
  η——同步交流發電機的效率;
  
  Np——柴油機風扇及其他輔助件消耗的機械功率(PS)。
  
  通常我們把柴油機輸出額定功率(PS)與同步交流發電機輸出的額定功率(kW)之比,稱為匹配比,用K表示,即

 (五)、現代內燃機的發展情況

  
  隨著技術的發展,新材料的涌現,新技術和新工藝的應用,內燃機從設計到制造的技術水平得到很大的提高。
  
  (一)內燃機的發展趨勢
  
  1、提高內燃機的單機功率
  
  提高內燃機單機功率的主要途徑通常采用增加汽缸的工作容積(即增大汽缸缸徑和缸數)、提高轉速、提高平均有效壓力等方法來實現。例如康明斯K系列柴油機有6缸、8缸、12缸、16缸,其功率從450HP到1800HP。
  
  2、提高經濟性能
  
  現代內燃機采用增壓技術、改善燃燒過程提高機械效率方面不斷改進來降抵燃油的消耗提高經濟性。
  
  3、提高可靠性,延長使用壽命
  
  現代內燃機各生產廠家廣泛采用新材料、新工藝和新技術,不斷改進設計和生產工藝來提高其可靠性。
  
  4、改進測試手段
  
  現代內燃機正日益廣泛采用電子計算機自動控制、調節、測量和記錄,在監視和試驗方面,采用放射性同位素來測定零件的磨損,用激光全息光彈法測定曲軸、連桿、活塞和機體等零部件的應力情況,來檢查機器的質量。
  
  5、改善對環境的污染
  
  現代內燃機在降低廢氣中的有害成分、臭味及噪聲方面不斷改善,來降低內燃機運行時對環境的污染。
  
  (二)發展中受到限制
  
  科學技術的發展和進步,促進了生產的發展,設備制造技術的提高。但是,在發展過程中,又將受到材料、制造技術等方面的制約,使發展受到限制。目前內燃機發展中受到下列限制:
  
  1、提高單機功率加大缸徑的限制。近年來生產的大型低速二沖程柴油機最大汽缸直徑保持1060mm,單機功率保持在48000HP的水平。其原因該機型重達1700t,再大型化受制造、安裝、運輸、維修因素的限制。因此,大功率中速機最大缸徑穩定在650mm左右?,F代汽油機最大缸徑不超過108~117mm,否則易發生爆燃、燃燒不易控制。
  
  2、提高轉速的限制?,F代的內燃機其活塞的平均速度為11~12m/s,若大于12~13m/s時受到慣性力、振動、磨擦、零件磨損等因素垢限制。內燃機轉速過高其燃燒過程將惡化,經濟性就會降低。為此,很多廠家為提高內燃機的轉速,縮短活塞行程、縮短活塞和連桿長度、改進燃料供給系統、減少活塞環數、提高零部件的剛度和強度方面采取很多改進措施。
  
  3、提高內燃機平均有效壓力受到的限制。內燃機裝增壓器是提高平均有效壓力的一種有效辦法,但是,增壓等強化措施受零件熱應力和機械應力的限制。很多廠家采用冷卻活塞、組合活塞、可變壓縮比活塞、雙金屬熱調節活塞、二次噴油、二級增壓、降低壓縮比、用高強度合金鋼制造零件以及采用優質潤滑油等措施來提高平均有效壓力。
  
  總之,事物的發展,總會受到某此客觀因素的制約,如果突破這些制約,科學技術就會向前邁進一大步。
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