在選擇、應用和維護柴油發(fā)電機組的工作中，了解其整機的性能規(guī)范、機型特點是十分必要的。

1 柴油發(fā)電機組的常用規(guī)范

1.1 型號、規(guī)格的編制原則

我國早在1981年就對燃油發(fā)電機組的名稱和型號編制方法、機組工作條件等制定了國家標準GB2819-81。其中機組的型號及相關代碼由6部分組成:

□ - □ □ □ □ — □

1 2 3 4 5 6

各部分定義為:

1:用數(shù)字表示燃油發(fā)電機組的額定輸出功率,以kW為單位。

2:表示機組輸出電流的種類,工頻(50Hz)用字母G代表。

3:發(fā)電機組用字母F代表。

4:自動化機組用Z表示,基本型機組無代號。

5:以數(shù)字表示生產廠家的代號。

6:用數(shù)字表示工廠在制造機組時是否改進、變型。

例如:產品銘牌上標注550GFZ3-2就表示此柴油發(fā)電機組是額定輸出功率為550kW的工頻、自動化發(fā)電機組。它是由代號為3的生產廠家生產的2型產品。

1.2 機組的分類

根據(jù)當時的技術和生產水平,按照機組的結構形式、控制方式和保護功能等將油機(汽油機、柴油機等)發(fā)電機組分為三種類型;

(1)基本型機組

指由燃油(汽油、柴油等)內燃機(發(fā)動機)、同步發(fā)電機和控制屏(柜)按一定的技術條件整合構成的機組,具有發(fā)動機轉速和同步發(fā)電機輸出電壓的自動調節(jié)功能。

(2)自動化機組

在基本型機組的基礎上增加了自動控制裝置。市電突然中斷時能自動起動、自動切換送電,市電恢復后又能自動關機。燃油發(fā)動機在機油(潤滑油)壓力過低、油溫或冷卻液溫度過高時可自動報警。主軸轉速超速而又不能調節(jié)時,應自動停機保護機組。

(3)微機控制自動化機組

除了包含自動化機組的全部功能外,還具有各種完善的檢測、故障報警、記錄和自動保護系統(tǒng)。它的信息通訊口可以與局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)連接,實現(xiàn)無人值守及遙控、遙測和遙信。

隨著信息化在全社會的迅速發(fā)展，對油機發(fā)電機組的自動化程度要求越來越高。1984年又制定了將機組自動化分為三級的國家標準GB4712-84。它除了規(guī)定機組應具備全面的自動化功能外，還對燃油、機油和冷卻液的自動補給，機組自動維持應急準備起動狀態(tài)、無人值守連續(xù)運行時間及機組的并聯(lián)運行功能等都分級做了要求。

1.3 機組的工作條件規(guī)范

對于油機發(fā)電機組的適用工作條件,國家標準規(guī)定:在海拔高度4km以內,環(huán)境溫度最高40℃、45℃,最低5℃、-25℃、-40℃,相對濕度為60%、90%、95%的情況下,不同的電站(機組)應能在相應的自然條件下可靠地工作。并將適應1km高度、40℃溫度和60%相對濕度以上條件的機組劃為A類。B類機組則只能在海拔0m、溫度20℃、相對濕度60%以上的自然環(huán)境下可靠地運行。

1.4 常用主要技術性能指標

對于評定柴油發(fā)電機組的整機性能,也規(guī)范了相應的技術指標。這給生產廠家、科研單位和使用者都提供了從不同角度評價產品的統(tǒng)一規(guī)范。主要技術性能指標通常是在機組功率因數(shù)為0.8～1,三相對稱負載在0～100%額定值的范圍內,正、反向漸變或突變的條件下測定的。

(1)空載電壓整定范圍

機組在空載工作時,應能對其額定輸出電壓值在95%～105%范圍內進行調節(jié),且穩(wěn)定運行。例如:額定輸出電壓為400V的機組,其空載時輸出電壓可在380～420V之間調整。

(2)電壓穩(wěn)定時間

從機組的負載突變開始,到輸出電壓穩(wěn)定所經(jīng)歷的時間。用秒(s)計量。0.5～1s的為Ⅰ～Ⅲ類機組,Ⅳ類機組是3s。

(3)穩(wěn)態(tài)電壓調整率δu

其公式為:δu=(U1-U)÷U×100%,式中:U是機組空載輸出電壓值,U1代表負載變化后的穩(wěn)定輸出電壓的最大或最小值。機組δu值在±(1～3)%

范圍的為Ⅰ～Ⅲ類。Ⅳ類不超過±5%。

(4)頻率穩(wěn)定時間

機組負載從突變開始到輸出頻率穩(wěn)定所需的時間。以秒(s)為單位。Ⅰ～Ⅲ類機組在2～5s范圍內。7s的則屬于Ⅳ類機組。

(5)穩(wěn)態(tài)頻率調整率δf

定義為:δf=(f1-f2)÷f×100%,式中:f是機組的額定輸出頻率(50Hz)，f2為機組帶額定負載時的頻率,f1則代表負載變化后的穩(wěn)定輸出頻率的最大或最小值。δf值為0.5%～3%的為Ⅰ～Ⅲ類機組。Ⅳ類機組不能超過5%。

從這些常用的主要技術性能指標中可以看出,柴油發(fā)電機組對于其負載的漸變或突變的響應程度是衡量整機性能的主要依據(jù)。

1.5 油機功率的標定

燃油(汽油、柴油)機發(fā)電機組的額定輸出功率,是衡量機組帶載能力的重要技術指標,也是使用者最關注的參數(shù)之一。機組的輸出功率實際上是同步發(fā)電機的額定輸出功率,然而它是在油機發(fā)動機的帶動下才能供出的功率。顯然要使油機發(fā)電機組輸出很大的功率,發(fā)動機(內燃機)就必須給出巨大的動能。但受到機內活動零部件之間的磨損和熱損耗的限制,發(fā)動機不能長期超負荷運轉。否則會造成效率迅速降低甚至損壞機器。因此規(guī)定了只允許油機發(fā)動機以有效功率Ne(Ne是指發(fā)動機工作中,燃油爆燃時推動活塞所做的有用功Ni,減去機械摩擦及輔助機構消耗的功率Nm,而真正成為曲軸動能的功率，即Ne=Ni-Nm)的最大值在一定的時間段內連續(xù)運行。此時間段內的功率，稱為標定功率。就柴油發(fā)電機組中的柴油發(fā)動機而言,其標定功率在國家標準所劃分的四類之中。A：15min功率、B:1h功率、C:12h功率。這三項時間段，都是規(guī)定柴油發(fā)動機以有效功率的最大值連續(xù)運轉的最長時間。例如:15min標定功率，就規(guī)定柴油發(fā)動機若連續(xù)輸出最大有效功率時不能超過15min。15min以后應該將負荷減下來，保持在八、九成的狀態(tài)下運行。D:持續(xù)功率，柴油發(fā)動機以有效功率的最大值長時間連續(xù)運轉輸出功率。

柴油發(fā)電機組中的柴油發(fā)動機的功率,根據(jù)國家標準GB1105-74規(guī)定為12h標定功率,即指在標準工況下,柴油發(fā)動機以額定轉速連續(xù)運行12h的輸出最大有效功率。

我國的柴油發(fā)電機組市場,由國產、合資、進口三種產品形成。通常將機組按其柴油發(fā)動機的標定功率分為備用機組(輸出的電功率稱為備用功率)和長行機組(輸出的電功率叫做長行功率或持續(xù)功率),一般兩者功率之比為0.91:1。這也與我國標準的12h功率和持續(xù)功率之比相吻合。

1.6 同步發(fā)電機的額定功率

柴油發(fā)電機組中的交流同步發(fā)電機的額定功率,是指在柴油發(fā)動機帶動下長期連續(xù)運轉輸出的電功率。其額定功率PH可以用公式表達

PH=K1×η(K2K3NeH-Np) (單位為kW)

式中:K1是單位變換系數(shù)，常取0.736，η代表同步發(fā)電機的效率，K2、K3分別為柴油機功率和環(huán)境條件的修正系數(shù)。Np是柴油機風扇與其它機件消耗的機械功率。NeH為柴油發(fā)動機額定輸出功率。

從式中可以看出,柴油發(fā)電機組中的同步發(fā)電機的額定輸出功率與柴油發(fā)動機有著密不可分的關系。通常將柴油機的輸出額定功率(PS)與同步發(fā)電機的輸出額定功率之比叫做匹配比K,一般取1.6～2。這就是俗話說的:柴油發(fā)電機組的發(fā)動機要比發(fā)電機的“勁頭”大一半以上才行。

柴油發(fā)電機組的額定輸出功率一般用有功功率PH(kW)標注,也有的用視在功率SH(kVA)標注。因為交流同步發(fā)電機通常是按照功率因數(shù)(cosφ)為0.8設計和制造的,所以PH是SH的80%。

2 常用機型及特點

目前,全自動化、智能化的機械加工中心和機電一體化技術,已成為機械制造業(yè)的主流。零部件的加工精度早已從絲級(也稱為道級,1絲即0.01mm)邁向μ級(1μ是0.001mm)。就柴油發(fā)電機組而言,現(xiàn)代產品不僅效率高、性能優(yōu)良,而且一般都是自動化、智能化機組。按照生產者和使用者多年的實踐和習慣,也常將柴油發(fā)電機組分為以下幾種:

2.1 固定式機組

這是最常用的、各行各業(yè)裝機量最多的柴油發(fā)電機組。又因這類機組產量大,產品型號、規(guī)格、序列完整齊備。它們又很容易被變通裝配成靜音機組、移動式機組等,因而固定式機組又常被稱為標準型機組。

機組的額定輸出功率范圍一般在6kW(7.5kVA)

到2400kW(3000kVA)之間,分為許多規(guī)格和檔次。它們也是按照柴油發(fā)動機的標定功率分為備用機組和長行機組(持續(xù)機組),同規(guī)格的長行機組要比備用機組的額定輸出功率低10%左右,其成本也略高于備用機組。這為廣大用戶根據(jù)本單位的環(huán)境條件、使用要求和投資額度等情況,選擇適用的機組提供了許多考慮的余地。

固定式機組，顧名思義就是柴油發(fā)電機組長久地固定安裝在使用場合，并且與市電電網(wǎng)通過自動轉換器(ATS)構成了規(guī)范、固定的連接。使用場所也為機組的工作創(chuàng)造了通風、散熱、降噪聲、隔震動、供油、給起動電池充電等永久性的便利條件。

固定式機組的特點:

(1)相對而言,這類機組體積大、重量重,然而也有利于其運行的穩(wěn)定性。大多數(shù)單位安裝的是100kW以上的機組,通常都給它們安排一個較為合適的機房。

(2)機組的自動化、智能化程度高,一般都能實現(xiàn)無人值守,自動運行。滿足國家標準GB4712-84連續(xù)運轉4h的規(guī)定。只要燃油、機油(潤滑油)、冷卻液滿足長期自動補給的條件,也可達到無人值守連續(xù)運行240小時的規(guī)定。

(3)機組內的柴油發(fā)動機制造精良,普遍采用了進氣增壓、中冷、燃油電噴、電子調速和功能齊備的報警保護系統(tǒng)。

(4)同步發(fā)電機全部是無刷交流勵磁、旋轉整流器及電子調壓結構。整機H級絕緣，耐短路電流和尖峰電壓沖擊，在額定負載范圍內輸出電壓穩(wěn)定。

(5)一般(特別是大功率機組)都需要外設柴油罐、機油罐等,并可對柴油發(fā)電機組實現(xiàn)自動補給。有的大型機組為了散熱效果更佳,將水箱散熱器、排風扇與主機分離單獨安裝,用加長的管路保障冷卻液的循環(huán)。

(6)平常備機待起動狀態(tài)時,需由機房內的市電為柴油發(fā)電機組的起動用蓄電池充電。

(7)對于安裝有自動百葉窗的機房,應能實現(xiàn)與固定式機組的聯(lián)動。機組起動時百葉窗自動打開,停機后自動閉合。以達到開機時通風,關機時保暖的要求。

(8)冬季,特別寒冷的地區(qū),需對固定式機組的冷卻液、機油(潤滑油)、柴油系統(tǒng)利用市電進行加熱保溫,以保持機組的待機狀態(tài)良好。

(9)固定式柴油發(fā)電機組應按照規(guī)范定期進行維護。

2.2 靜音型機組

從原理上或技術實踐上,其實就是將固定式機組按要求裝配在可以隔聲的封閉箱內。以盡量減少柴油發(fā)電機組工作所產生的噪聲對環(huán)境的干擾。所以只要有需要,一般6～2400kW的柴油發(fā)電機組都可以用防音罩把它們封起來。

靜音型機組的特點：

(1)靜音罩(靜音箱)的內壁嵌附吸聲并阻燃的材料。在保證正常工作通風、排氣的條件下,各處密封良好。

(2)機組的柴油發(fā)動機排氣管,安裝性能優(yōu)良的消聲器,并特殊設計排氣口。

(3)靜音罩內設置可自動補給機組的燃油儲備箱和電力饋送裝置，使其為自成一體的獨立發(fā)電設備。

(4)整體搬動方便,有的靜音機組就安裝在拖車上。機組的底座設計考究,對使用場地沒有什么要求,一般靜音機組不必再建機房。

(5)靜音機組是全自動化機組,工作時全由智能控制屏管理。只要隔著密封玻璃窗就可以看見控制屏所顯示的運行參數(shù)。當然也可以通過機組的數(shù)據(jù)口遠距離測控。

(6)在1m的距離，靜音罩(箱)內的柴油發(fā)電機組的工作噪聲，應比它在敞開環(huán)境下的工作噪聲小很多，符合ISO3744國際標準化組織所制定的標準。

2.3 移動式機組

移動式機組的最大特點是挪動方便。機組的額定輸出功率一般在6kW(7.5kVA)到16kW(20kVA)范圍。

它也是自成一體,有備用油箱、電力電纜盤、插接頭等，適用于應急場合供電。移動式機組的底盤一般都安裝有輪子及掛接裝置，可以掛在汽車上隨時前往需要的地方。箱內的柴油發(fā)動機組具有快速起動，在不良自然條件下連續(xù)工作的優(yōu)良性能。

2.4 便攜式機組

體積小、輕便,通常靠人力搬動。機組就是一個超小型的發(fā)電站,通常的額定輸出功率大致在0.6kW(0.75kVA)～12kW(15kVA)左右,也有許多便攜式機組采用汽油發(fā)動機,發(fā)電機一般用的都是同步單相或三相機。它們主要用于用電量不大的應急供電場合。

2.5 燃氣發(fā)電機組

在倡導低碳經(jīng)濟、清潔能源的現(xiàn)代社會，這是有著廣闊前途的發(fā)電機組。

目前機組的額定輸出功率基本上在20kW(25kVA)到80kW(100kVA)數(shù)量級。更大功率的實驗型燃氣電站也已建成幾座。它們的突出特點是發(fā)動機不燒燃油,而是用燃氣(一般是用天然氣)。這就使得發(fā)動機工作時排出的廢氣中的有害物質含量大大減少,可以稱為綠色能源。特別是在天然氣資源豐富的地區(qū),推廣使用這種機組,可達環(huán)保、節(jié)能兩全。人們巧妙地利用燃氣發(fā)電機組工作中排出的高溫廢氣來取暖、加溫洗浴用水,甚至轉換制冷,從而形成一個以發(fā)電為主的天然氣綜合利用系統(tǒng)。天然氣發(fā)電機組的發(fā)展前景十分美好。