如何用用最少的投資選購最適用的柴油發(fā)電機(jī)
來源:泓浩機(jī)電 更新時間：2016-06-25 12:20:29 點擊:
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和大眾環(huán)保意識的提高，對功能需求日益增加以及應(yīng)用條件的多變，傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)組及其配套產(chǎn)品（以下簡稱機(jī)組）在現(xiàn)代已賦予高科技和環(huán)保的內(nèi)涵。本選型細(xì)則旨在提供現(xiàn)代機(jī)組選型和使用的綜合解決方案，以求達(dá)到選擇性能價格比最佳，高可靠性使用及滿足環(huán)境保護(hù)的目的。
1 柴油發(fā)電機(jī)組的主要特征
現(xiàn)代的柴油發(fā)電機(jī)組主要具有如下特征：
?。?）功能齊全的高集成控制將傳統(tǒng)的簡單功能的分離元件控制發(fā)展成廣泛應(yīng)用現(xiàn)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(jī)組的保護(hù)、運行參數(shù)的顯示、歷史記錄及其遠(yuǎn)程電腦監(jiān)控、負(fù)載的優(yōu)化管理等；另一方面實現(xiàn)少觸點甚至無觸點控制，提高運行的可靠性。
（2）環(huán)保低噪聲運行通過加裝防音罩殼或在機(jī)房加裝降噪裝置實現(xiàn)環(huán)保低噪聲運行；必要時加裝排煙凈化器，實現(xiàn)更清潔的廢氣排放。
（3）快速移動的應(yīng)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(yīng)急供電。
2 各種應(yīng)用場合的機(jī)組選型
按應(yīng)用場合的不同可對機(jī)組作如下選型。
?。?）標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組
標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組廣泛應(yīng)用于機(jī)房內(nèi)安裝的一般場所。機(jī)組主要由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)、機(jī)座、減震裝置、冷卻系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、和輸出保護(hù)開關(guān)等部分組成。
?。?）防護(hù)型機(jī)組
防護(hù)型機(jī)組應(yīng)用于對噪聲沒有特殊要求的戶外場所。主要由標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組、防護(hù)罩殼、排煙系統(tǒng)等組成。由于防護(hù)罩殼沒有設(shè)置降噪裝置，只要滿足通風(fēng)和防雨雪條件即可，故其外形體積較小，成本較低。機(jī)組運行時開門開窗通風(fēng)。防護(hù)型電站可以單臺，也可以多臺并聯(lián)使用，多臺并聯(lián)使用特別適用于負(fù)載變化較大、連續(xù)運行可靠性要求較高及低成本經(jīng)濟(jì)使用的場合，如配套油田鉆機(jī)等。
?。?）防音型機(jī)組
防音型機(jī)組廣泛應(yīng)用于對環(huán)境保護(hù)有特殊要求的戶外或室內(nèi)需要防護(hù)降噪的場所，主要由標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組、防音罩殼、進(jìn)排風(fēng)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(shè)置隔音和吸音層、進(jìn)排風(fēng)通道做降噪處理、排氣采用工業(yè)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(biāo)準(zhǔn)防音型機(jī)組噪聲一般在78～85dB（A），超級防音型機(jī)組噪聲一般在70～78dB（A）。超級防音型機(jī)組是在標(biāo)準(zhǔn)防音型機(jī)組的基礎(chǔ)上對噪聲排放采取更加嚴(yán)格的控制措施，如采用迷宮式進(jìn)排風(fēng)通道設(shè)計等來實現(xiàn)的。
超級防音型機(jī)組一般外型尺寸都較大，制造成本也比標(biāo)準(zhǔn)防音型機(jī)組要高得多。防音型機(jī)組和超級防音型機(jī)組通常在防音罩殼外操作、保養(yǎng)和檢修。
?。?）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(yīng)用于對環(huán)境保護(hù)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(jī)房，同時具有機(jī)動性強(qiáng)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(jī)廂內(nèi)進(jìn)行操作、保養(yǎng)和檢修。
?。?）掛車電站
掛車電站分兩輪拖卡和四輪拖掛兩種，７０KW以下機(jī)組用兩輪拖卡，７０KW～５００KW機(jī)組用四輪拖掛。掛車電站由標(biāo)準(zhǔn)掛車和防音型機(jī)組組成，具備防音型機(jī)組的全部性能和優(yōu)點，適宜于野外作業(yè)及機(jī)動性供電。掛車設(shè)置有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、交通警示燈和剎車裝置，配有機(jī)械支腿，減震以及緩沖裝置等。牽引裝置可調(diào)節(jié)高度，符合交通安全行駛要求。掛車電站可預(yù)裝電纜架和動力電纜，以實現(xiàn)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(dá)３０km／h，四輪拖掛拖行速度可達(dá)５０km／h。
?。?）車載移動電站
車載電站廣泛應(yīng)用于通信、電視轉(zhuǎn)播、高速公路、搶險、供電和軍隊等對于快速、機(jī)動性和可靠性要求較高的電源應(yīng)急場合。主要將機(jī)組安裝在汽車的車廂內(nèi)，并可以配備電動電纜絞盤、多路輸出插座和機(jī)械（或液壓）支腿，也可以很方便的實現(xiàn)多輛車載移動電站并聯(lián)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(yīng)關(guān)注的幾個問題
3.1功率的概念
功率選型是機(jī)組選型的最核心內(nèi)容，其原則是在最少投資的前提下，滿足使用要求。首先應(yīng)明確理解各種功率的定義、分析機(jī)組的工況性質(zhì)，確定功率條件;然后根據(jù)機(jī)組的現(xiàn)場條件和負(fù)載的特性，計算和修正并確定所需的機(jī)組輸出功率。
在ISO8528一1:1993及G132820.1一1997對交流發(fā)電機(jī)組的用途、定額和性能作了明確規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)將交流發(fā)電機(jī)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(xù)功率(COP);而該標(biāo)準(zhǔn)同時也對機(jī)組運行的現(xiàn)場條件做出規(guī)定，現(xiàn)場條件由用戶確定，在現(xiàn)場條件未知且未另作規(guī)定的情況下，應(yīng)采取下列額定現(xiàn)場條件：
(a)絕對大氣壓力:89.9kPa(或海拔高度1000m);
(b)環(huán)境溫度:313K(40℃);
(c)相對濕度:60%。
(1)備用功率(StandbyPower):
發(fā)電機(jī)組在規(guī)定的維修周期之間和規(guī)定的環(huán)境條件下能夠連續(xù)運行300h，每年最多500h的最大功率。等同于國標(biāo)和ISO標(biāo)準(zhǔn)中的限時運行功率(LTP)。一般適用于通信、樓宇等負(fù)載變化較多的偶然應(yīng)急工況。
(2)長行功率(PrimePower):
在規(guī)定的維修周期之間和規(guī)定的環(huán)境條件下，每年可能運行的時數(shù)不受限制的某一可變功率序列內(nèi)存在的最大功率，等同于國標(biāo)和ISO標(biāo)準(zhǔn)中的基本功率(PRP)。一般適用于廠礦、軍隊等負(fù)載變化較小的經(jīng)常運行工況。
(3)連續(xù)功率(ConsecutionPower):
在規(guī)定的維修周期之間和規(guī)定的環(huán)境條件下，每年可能運行的時數(shù)不受限制的某一恒定功率序列內(nèi)存在的最大功率，等同于國標(biāo)和ISO標(biāo)準(zhǔn)中的持續(xù)功率(PRP)。一般適用于作為電站或與市電并網(wǎng)使用等負(fù)載變化極小的連續(xù)運行工況。
新版IS08528一1:2005對功率定額種類的規(guī)定有實質(zhì)性的修改，這對于用戶選用進(jìn)口機(jī)組有指導(dǎo)意義，值得重點關(guān)注。
(1)持續(xù)功率(COP)
在商定的運行條件下并按制造商的規(guī)定進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，發(fā)電機(jī)組以恒定負(fù)荷持續(xù)運行，且每年運行時數(shù)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(guī)定進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，發(fā)電機(jī)組以可變負(fù)荷持續(xù)運行，且每年運行時數(shù)不受限制的最大功率。24h運行周期內(nèi)允許的平均功率輸出(Ppp)應(yīng)不超過PRP的70%，除非與RIC發(fā)動機(jī)制造商另有商定。在要求允許的平均功率輸出Ppp較規(guī)定值高的應(yīng)用場合，應(yīng)使用持續(xù)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(jī)時間不包括在內(nèi)。
(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(guī)定進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，發(fā)電機(jī)組每年運行時間可達(dá)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(yīng)急備用功率(ESP)
在商定的運行條件下并按照制造商的規(guī)定進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，在市電一旦中斷或在試驗條件下，發(fā)電機(jī)組以可變負(fù)荷運行且每年運行時數(shù)可達(dá)200h的最大功率。24h運行周期內(nèi)允許的平均功率輸出(Ppp)應(yīng)不超過70%ESP，除非與RIC發(fā)動機(jī)制造商另有商定。實際平均功率輸出(Ppp)應(yīng)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(jī)時間不包括在內(nèi)。
3.2功率現(xiàn)場條件的修正
在非額定現(xiàn)場條件和特殊負(fù)載的情況下，機(jī)組的額定功率需要修正。
3.2.1環(huán)境溫度的功率修正
當(dāng)環(huán)境溫度過高時，空氣密度降低，柴油機(jī)燃燒時氧氣量減少，燃燒效率降低，因而會降低柴油機(jī)的機(jī)械輸出功率;同時發(fā)電機(jī)工作時需要冷空氣對繞組進(jìn)行冷卻，在環(huán)境溫度過高時，冷卻效果降低，發(fā)電機(jī)繞組內(nèi)部溫度升高，為保證發(fā)電機(jī)的繞組溫度在允許范圍內(nèi)也必須降低發(fā)電機(jī)的輸出功率。
各品牌柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)的輸出功率受環(huán)境溫度影響的功率修正，由于設(shè)計的不同，其修正的參數(shù)也不一致;同一品牌，不同型號、不同調(diào)速系統(tǒng)，其修正的參數(shù)也有區(qū)別。一般要以原柴油機(jī)生產(chǎn)廠家的修正參數(shù)為準(zhǔn)，通?？砂凑窄h(huán)境溫度超過40℃時每升高5℃，輸出功率下降3%一4%來進(jìn)行功率損失的計算。但要注意的是有些廠家的機(jī)組標(biāo)稱功率是基于環(huán)境溫度25℃時的輸出功率。
3.2.2海拔高度的功率修正
當(dāng)海拔高度升高時空氣密度也會降低，同樣影響柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)的輸出功率。不同品牌的柴油發(fā)電機(jī)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?？砂凑蘸０胃叨瘸^1000m時每升高500m輸出功率下降4%-5%來進(jìn)行功率損失的計算，但要注意的是有些廠家的機(jī)組標(biāo)稱功率是基于海拔高度300m時的輸出功率。
電子噴油柴油機(jī)采用了電子噴油控制技術(shù)，通過對安裝在柴油機(jī)上一系列的傳感器檢測到的柴油機(jī)各種數(shù)據(jù)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(jìn)氣岐管的進(jìn)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(jī)在高海拔地區(qū)和高溫度環(huán)境下有更低的功率下降。所以在高海拔地區(qū)和高溫度環(huán)境下選用電子噴油的機(jī)組能獲得更大的輸出功率和經(jīng)濟(jì)性。
3.2.3非線性負(fù)載的功率修正
非線性負(fù)載含有感性、容性等元器件的負(fù)載均為非線性負(fù)載，如機(jī)房空調(diào)、不間斷電源UPS、燈具調(diào)光系統(tǒng)和整流濾波器設(shè)備等。這種負(fù)載通常在通信、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)交換中心、金融結(jié)算中心、機(jī)場跑道的照明調(diào)光和重要系統(tǒng)調(diào)度中心等關(guān)鍵部門的應(yīng)用極為廣泛。
非線性負(fù)載會向柴油發(fā)電機(jī)組反射大量的高次諧波，其中以5次和7次諧波危害最嚴(yán)重，尤其是非線性負(fù)載較大而發(fā)電機(jī)組容量又較小時這種危害就更明顯，其后果將出現(xiàn)機(jī)組的諧振、穩(wěn)定時間延長和負(fù)載設(shè)備誤動作，嚴(yán)重時會損壞AVR和負(fù)載設(shè)備。這一問題在機(jī)組的選型過程中經(jīng)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(fā)現(xiàn)無法正常工作，造成無法挽回的損失。
直接啟動的機(jī)房空調(diào)因感應(yīng)電動機(jī)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(shù)很低，電動機(jī)起動瞬間發(fā)電機(jī)的端電壓會下降到低于正常值80%以下，從而影響其他負(fù)載的供電。就UPS而言，是一種應(yīng)用很廣的典型非線性負(fù)載，其對電源系統(tǒng)的影響表現(xiàn)為：
a.發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)組輸出頻率到50一60Hz，致使UPS保護(hù)動作。
c.發(fā)電機(jī)組在出現(xiàn)頻率或電壓異常的同時出現(xiàn)嚴(yán)重的機(jī)械共振現(xiàn)象，柴油機(jī)出現(xiàn)有節(jié)奏的搖擺和聲音起伏，嚴(yán)重時還出現(xiàn)損壞發(fā)電機(jī)的勵磁回路和AVR(自動電壓調(diào)節(jié)器)。
d.UPS因檢測到過電壓或過頻率而自動關(guān)斷整流器，由后備電池組向負(fù)載放電或從旁路直接向負(fù)載供電。
一般機(jī)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(jī)組的運行性能，同時獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。
a.選用永磁他勵式(PMG)發(fā)電機(jī)，因PMG系列發(fā)電機(jī)的電子自動調(diào)壓系統(tǒng)AVR獨立于發(fā)電機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)，功率源從副勵磁機(jī)電樞繞組取得。在發(fā)電機(jī)負(fù)載和轉(zhuǎn)速突變時，該系統(tǒng)不受發(fā)電機(jī)機(jī)械過渡過程的影響，將輸出電壓調(diào)整到額定值。因此，PMG系列發(fā)電機(jī)的的動態(tài)電壓調(diào)整率遠(yuǎn)小于其他勵磁發(fā)電機(jī)，并有較好的動態(tài)穩(wěn)定性，可提高發(fā)電機(jī)帶非線性負(fù)載能力。由于PMG系統(tǒng)提供一個與定子輸出電壓波形畸變及大小無關(guān)的恒定的勵磁電源，因而能提供較高的電動機(jī)起動承受能力，并對非線性負(fù)載產(chǎn)生的主機(jī)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(jī)功率的條件下配置一臺較大容量的發(fā)電機(jī)，以提高機(jī)組帶非線性負(fù)載的能力。通常柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)的功率匹配關(guān)系是柴油機(jī)凈輸出機(jī)械功率略大于發(fā)電機(jī)功率，機(jī)組的輸出有功功率大小取決于柴油機(jī)的出力，而視在功率則主要取決于發(fā)電機(jī)的容量。發(fā)電機(jī)組在帶UPS負(fù)載時，只要加大發(fā)電機(jī)的容量，其瞬態(tài)特性就會大大的增強(qiáng)，而機(jī)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(fù)載的問題。即柴油機(jī)的功率按照所有負(fù)載有功功率之和略大來選擇，發(fā)電機(jī)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(jī)產(chǎn)生長時間低負(fù)載運行的機(jī)率，提高其使用可靠性。
更詳盡的非線性負(fù)載的功率修正見參考文獻(xiàn)。
3.2.4加負(fù)載的功率修正
對于自然進(jìn)氣的機(jī)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(shù)后，發(fā)動機(jī)的功率有了明顯的提高，但突加負(fù)載的能力卻有所下降。當(dāng)增壓比越高時，突加負(fù)載能力的下降也越明顯。渦輪增壓對突加負(fù)載的影響，主要是因為渦輪增壓柴油機(jī)的功率有相當(dāng)一部分是通過渦輪增壓來實現(xiàn)的，而渦輪增壓值主要取決于發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率和轉(zhuǎn)速。當(dāng)發(fā)動機(jī)處于空載時，增壓壓力很低(或者說接近非增壓狀態(tài))，此時，按增壓機(jī)額定狀態(tài)下的功率加載(或者加較大的負(fù)載)，相當(dāng)于對非增壓機(jī)瞬態(tài)突加超過額定功率的負(fù)載，結(jié)果或是突加載荷失敗，或是轉(zhuǎn)速下降超過限值，或是恢復(fù)時間較長，這都會影響機(jī)組的供電性能。
一般當(dāng)有效壓力P值在1MPa以下時，一次突加負(fù)載可達(dá)到標(biāo)定功率80%以上，對突加負(fù)載影響不大。當(dāng)P值達(dá)到1.5MPa時，突加負(fù)載只能達(dá)到標(biāo)定功率的50%;當(dāng)P值達(dá)到2.0MPa時，突加負(fù)載只能達(dá)到標(biāo)定功率的40%。如果對突加負(fù)載有較高要求時，建議按渦輪增壓柴油機(jī)相同機(jī)型的非增壓時的標(biāo)定功率選配機(jī)組。
4 結(jié)束語
柴油發(fā)電機(jī)組的選型涉及到機(jī)組用途，柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)和調(diào)速裝置的性能，現(xiàn)場應(yīng)用條件等諸多因素，須通盤考慮，精心設(shè)計，才能向用戶提供滿足用戶需求的最佳解決方案和產(chǎn)品。
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