柴油发电机组的工作条件、性能及选购
1.1柴油发电机组的工作条件:
柴油发电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,并能可靠地连续进行工作。国家标准规定的电站(机组)工作条件,主要包括海拔高度、环境温度、相对湿度、有无霉菌、盐雾以及放置的倾斜度等。确定柴油发电机组的额定功率时应采用标准的工作环境条件。由于组成发电机组的往复式内燃机、交流发电机、控制装置和开关装置在国家标准中都有各自的规定和标准,所以在选择确定发电机组的环境条件时应综合考虑这些因素,重点应以发动机的标准环境条件为基础。从使用角度出发,根据GB/T2819-95的规定,机组输出额定功率并可靠工作的环境条件应为下述规定中的一种。(1)绝对大气压力Pr:100kPa;环境温度Tr:25℃;空气相对湿度Φr:30%。(2)绝对大气压力Pr:89.9kPa;环境温度Tr:40℃;空气相对湿度Φr:60%。机组在下列条件下应能输出额定功率(允许修正)并且可靠地工作。(1)海拔高度:不超过4000m。(2)环境温度:下限值分别为5、-15、-25和-40℃;上限值分别为40、45和50℃。(3)相对湿度、凝露和霉菌:发电机组工作条件应符合表4-1的规定。
长霉:机组电气零部件经长霉试验后,表面长霉等级应不超过GB/T2423.16规定的2级。
1.12柴油发电机组的标定功率和修正:
机组运行的现场条件应由用户明确确定,且应对任何特殊的危险条件如爆炸危险、大气环境和易燃气体加以说明。
柴油机的标定功率:
对于一台机组,柴油机的输出功率是指它的曲轴输出的机械功率。柴油机允许使用的最大功率受零部件的机械负荷和热负荷的限制,因此需要规定允许连续运转的最大功率,称为柴油机标定功率。柴油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。按国家标准规定,内燃机铭牌上的标定功率分为下列4类。
(1)15min功率:即内燃机允许连续运转15min的最大有效功率,是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)1h功率:即内燃机允许连续运转1h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)12h功率:即内燃机允许连续运转12h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:即内燃机允许长时间连续运转的最大有效功率。
国外发电用内燃机的标定功率也有以下几种:
(A)备用功率:没有过载能力(超负荷功率);每年只能以80%额定功率运行200h,其中以额定功率运行时间不超过25h。
(B)基本功率。
a.不限时间运行——每250h运行期间,发动机的平均功率不超过额定功率的70%,每年以额定功率运行的时间不超过500h;在12h运行期间,能以110%额定功率运行1h,每年以110%额定功率运行的时间不得超过25h。
b.限时间运行——以额定功率运行的时间不能超过750h;超过750h后,应以持续功率运行。这种功率适合于负载比较恒定的场合。
C.持续功率:可以恒定的额定功率运行,每年运行时间没有限制,没有过载能力(超负荷功率)。电站用柴油机的标定功率为12h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12h正常运转时,达到的有效功率,用Ne表示。一般来说,内燃机允许连续运行的时间越长,其标定功率相对要小。内燃机按规定的时间在标定工况下工作之后,立即可以发出的最大功率为超负荷功率,其大小以额定功率的百分数表示。一般情况下,标定功率为12h功率或持续功率的内燃机具有超负荷功率,其数值可以分别规定为这两种额定功率的110%,并可在12h运行期间连续运行1h。
1.13交流同步发电机的标定功率:
交流同步发电机的标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。发电机的额定功率类别,通常用工作制类别表示。GB755(idtIEC34-1)对旋转电机规定了10种工作制。ISO8528-3(GB/T2820.3)规定,对RIC发动机驱动的发电机组用发电机,应规定持续定额(工作制S1)或离散恒定负载定额(工作制S10)。S1工作制——连续工作制:保持在恒定负载下运行至热稳定状态。S10工作制——离散恒定负载工作制:包括不多于4种离散负载值(或等效负载)的工作制。
每一种负载的运行时间应足以使电机达到热稳定。在一个工作周期中的最小负载可为零(空载、停机和断能)。
1.柴油发电机组的标定功率
柴油发电机组的标定功率是指在标准环境状况下(大气压力、相对温度、环境温度)的12h连续运转功率(其中允许超负荷10%运转1h)。机组超过12h以上连续使用时,其输出功率为按柴油机标定功率的90%修正后折算的电功率。内燃发电机组的功率类别是综合考虑配套件的功率类别并结合实际使用情况来规定的。ISO8528-1规定机组的功率类别是:(1)持续功率(COP);(2)基本功率(PRP);(3)限时运行功率(LTP)。
对于同一台发电机组,额定功率类别不同,其大小也不同。所有国家标准以及ISO8528-5(GB/T2820.5)均规定制造商在产品标牌的额定功率前必须标明功率类别,即加词头:COP、PRP或LTP。这样标示,既能反映发电机组的实际情况,又便于用户使用。同样,用户在选购机组时,也请务必注意功率类别。
发动机额定功率
1.14:柴油发动机组的功率匹配比:
发电机组匹配比是指内燃机的标定功率与发电机的标定功率之比。公式如下:
式中,kp为匹配比;Ne为内燃机标定功率(HP,马力);Pr,f为发电机额定功率(kW);1.36为单位换算系数;k1为功率储备系数(如考虑海拔、温度等环境因素时);k2为改装系数,当与原发动机标定功率时的配套情况相同时,k2=1,如未考虑风扇等所耗功率为5%,则k2=1.05;ηe为传动系数,根据传动方式不同,ηe=0.94~0.98;ηf为发电机效率。从总体上来讲,kp没有固定数值,但对于某一种机组而言,可以确定相应的kp值。确定kp值的原则是,保证发电机组在规定的环境条件或现场条件下能发出额定功率并可靠运行。当然kp值也不宜过大,否则会形成“大马拉小车”现象,无谓地增大机组重量和体积,使机组长期在低负荷下运行导致指标恶化。
1.15:柴油发电机组的功率修正:
柴油发电功率修正的目的,是当试验现场的环境条件为非标准环境条件时,为了对柴油发电机的性能做出判断,应将有关指标值(如功率、油耗等)修正到标准状况或者是把柴油发电机在标准环境条件下的有关指标值按现场条件进行修正,以便正确使用柴油发电机。
(1)在一般工程计算中,对于柴油机可按下列方法进行修正:
P=C×P0
式中,P为现场条件下柴油发电机的有效功率,单位为kW;P0为标准环境条件下柴油发电机的有效功率,单位为kW;C为功率换算系数,以百分数表示。
(2)当环境条件与标准规定不同时,其功率应进行修正。修正公式如下:
式中,P f为现场条件下发电机组的实际功率,单位为kW;P为标准环境条件下柴油发电机的有效功率,单位为kW;C为功率换算系数,以百分数表示;k2为改装系数,当与原发动机标定功率时的配套情况相同时,k2=1,如考虑风扇等所耗功率(约为5%),则k2=1.05;ηe为传动系数,根据传动方式不同,ηe=0.94~0.98;ηf为电机效率。
1.16:柴油发电机组的电气性能指标:
主要技术性能
1.频率降δfst与稳态频率调整率δf在整定频率确定的条件下,额定空载频率f ir与标称功率时的额定频率f r之间的频率差用额定频率f r的某一百分数表示,称为频率降,用fst d表示它等同于我国标准中的稳态频率调整率(f d)。
式中,f ir为额定空载频率(实测值);f r为额定频率。
式中,f1为负载渐变和突变后的稳定频率,取各读数中(相对于f差值)的最大值;f为额定频率。
2.稳态频率带βf和频率波动率δfB
稳态频率带βf是指:在恒定功率时发电机组频率围绕某一平均值波动的包络线宽度,用额定频率的某一百分数表示之值。
式中,f´为包络线宽度;f为额定频率。频率波动率δfB是指:在恒定功率时发电机组频率波动的比值,用下式表示:
式中,Bmax f、Bmin f分别为频率波动的最大值和最小值。
3.相对的频率容差带αf
由于稳态频率容差带D f是人为规定的,所以αf也属约定值,而βf是实际值。
规定αf(∆f)的目的是为了计算频率恢复时间t f,in(t f,de)。
4.相对的频率整定下降范围δfs,do
用额定频率的某一百分数表示,可反映频率整定下降范围。
式中,f i,r为额定空载频率;f i,min为最低可调空载频率;f r为额定频率。
5.相对的频率整定上升范围δfs,up
用额定频率的某一百分数表示,可反映频率整定上升范围。