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用最少的投资选购最适用的柴油发电机

[作者:英泰] [日期:14-08-14] [热度:]

 随着科学技术的迅猛发展和大众环保意识的提高,对功能需求日益增加以及应用条件的多变,传统的柴油发电机组及其配套产品(以下简称机组)在现代已赋予高科技和环保的内涵。本选型细则旨在提供现代机组选型和使用的综合解决方案,以求达到选择性能价格比最佳,高可靠性使用及满足环境保护的目的。

1 柴油发电机组的主要特征

现代的柴油发电机组主要具有如下特征:

 (1)功能齐全的高集成控制将传统的简单功能的分离元件控制发展成广泛应用现代高科技成果的模块化高集成控制。一方面增加控制功能,包括机组的保护、运行参数的显示、历史记录及其远程电脑监控、负载的优化管理等;另一方面实现少触点甚至无触点控制,提高运行的可靠性。

(2)环保低噪声运行通过加装防音罩壳或在机房加装降噪装置实现环保低噪声运行;必要时加装排烟净化器,实现更清洁的废气排放。

 (3)快速移动的应急供电采用车载移动电站,挂车电站可以满足快速移动的应急供电。

2 各种应用场合的机组选型

按应用场合的不同可对机组作如下选型。

(1)标准机组

标准机组广泛应用于机房内安装的一般场所。机组主要由柴油机、发电机、控制系统、机座、减震装置、冷却系统、供油系统、和输出保护开关等部分组成。

(2)防护型机组

防护型机组应用于对噪声没有特殊要求的户外场所。主要由标准机组、防护罩壳、排烟系统等组成。由于防护罩壳没有设置降噪装置,只要满足通风和防雨雪条件即可,故其外形体积较小,成本较低。机组运行时开门开窗通风。防护型电站可以单台,也可以多台并联使用,多台并联使用特别适用于负载变化较大、连续运行可靠性要求较高及低成本经济使用的场合,如配套油田钻机等。

(3)防音型机组

防音型机组广泛应用于对环境保护有特殊要求的户外或室内需要防护降噪的场所,主要由标准机组、防音罩壳、进排风降噪装置和排气降噪装置等组成,其主要特征是防音罩壳设置隔音和吸音层、进排风通道做降噪处理、排气采用工业型和住宅型消声器的组合,分别降低其高频和低频段的噪声。标准防音型机组噪声一般在7885dB(A),超级防音型机组噪声一般在7078dB(A)。超级防音型机组是在标准防音型机组的基础上对噪声排放采取更加严格的控制措施,如采用迷宫式进排风通道设计等来实现的。

超级防音型机组一般外型尺寸都较大,制造成本也比标准防音型机组要高得多。防音型机组和超级防音型机组通常在防音罩壳外操作、保养和检修。

(4)低噪声方舱电站和集装箱电站

低噪声方舱电站和集装箱电站一般应用于对环境保护有特殊要求的户外使用场所,可以直接放置在户外露天使用,省去建造机房,同时具有机动性强和投入使用周期短等特点。低噪声方舱电站和集装箱电站的噪声一般在7585dB(A),可以在方舱和机厢内进行操作、保养和检修。

 (5)挂车电站

挂车电站分两轮拖卡和四轮拖挂两种,70KW以下机组用两轮拖卡,70KW500KW机组用四轮拖挂。挂车电站由标准挂车和防音型机组组成,具备防音型机组的全部性能和优点,适宜于野外作业及机动性供电。挂车设置有转向机构、交通警示灯和刹车装置,配有机械支腿,减震以及缓冲装置等。牵引装置可调节高度,符合交通安全行驶要求。挂车电站可预装电缆架和动力电缆,以实现快速供电。在城市道路和二级以上公路,两轮拖卡拖行速度可达30km/h,四轮拖挂拖行速度可达50km/h

(6)车载移动电站

车载电站广泛应用于通信、电视转播、高速公路、抢险、供电和军队等对于快速、机动性和可靠性要求较高的电源应急场合。主要将机组安装在汽车的车厢内,并可以配备电动电缆绞盘、多路输出插座和机械(或液压)支腿,也可以很方便的实现多辆车载移动电站并联使用。车载移动电站一般噪声在7080dB(A)

3 功率匹配及功率修正应关注的几个问题

3.1功率的概念

功率选型是机组选型的最核心内容,其原则是在最少投资的前提下,满足使用要求。首先应明确理解各种功率的定义、分析机组的工况性质,确定功率条件;然后根据机组的现场条件和负载的特性,计算和修正并确定所需的机组输出功率。

ISO85281:1993G132820.11997对交流发电机组的用途、定额和性能作了明确规定。该标准将交流发电机组的输出功率分为三种,即限时运行功率(LTP)、基本功率(PRP)和持续功率(COP);而该标准同时也对机组运行的现场条件做出规定,现场条件由用户确定,在现场条件未知且未另作规定的情况下,应采取下列额定现场条件: <br>

(a)绝对大气压力:89.9kPa(或海拔高度1000m);

(b)环境温度:313K(40);

(c)相对湿度:60%

(1)备用功率(StandbyPower):

发电机组在规定的维修周期之间和规定的环境条件下能够连续运行300h,每年最多500h的最大功率。等同于国标和ISO标准中的限时运行功率(LTP)。一般适用于通信、楼宇等负载变化较多的偶然应急工况。

(2)长行功率(PrimePower):

在规定的维修周期之间和规定的环境条件下,每年可能运行的时数不受限制的某一可变功率序列内存在的最大功率,等同于国标和ISO标准中的基本功率(PRP)。一般适用于厂矿、军队等负载变化较小的经常运行工况。

(3)连续功率(ConsecutionPower):

在规定的维修周期之间和规定的环境条件下,每年可能运行的时数不受限制的某一恒定功率序列内存在的最大功率,等同于国标和ISO标准中的持续功率(PRP)。一般适用于作为电站或与市电并网使用等负载变化极小的连续运行工况。

新版IS085281:2005对功率定额种类的规定有实质性的修改,这对于用户选用进口机组有指导意义,值得重点关注。

(1)持续功率(COP)

在商定的运行条件下并按制造商的规定进行维护保养,发电机组以恒定负荷持续运行,且每年运行时数不受限制的最大功率。

(2)基本功率(PRP)

在商定的运行条件下并按制造商的规定进行维护保养,发电机组以可变负荷持续运行,且每年运行时数不受限制的最大功率。24h运行周期内允许的平均功率输出(Ppp)应不超过PRP70%,除非与RIC发动机制造商另有商定。在要求允许的平均功率输出Ppp较规定值高的应用场合,应使用持续功率COP

在确定某一可变功率序列的实际平均功率输出(Ppp)时,功率小于30%PRP时按30%计,停机时间不包括在内。

(3)限时运行功率(LTP)

在商定的运行条件下并按照制造商的规定进行维护保养,发电机组每年运行时间可达500h的最大功率。按100%限时运行功率每年运行的最长时间为500h

(4)应急备用功率(ESP)

在商定的运行条件下并按照制造商的规定进行维护保养,在市电一旦中断或在试验条件下,发电机组以可变负荷运行且每年运行时数可达200h的最大功率。24h运行周期内允许的平均功率输出(Ppp)应不超过70%ESP,除非与RIC发动机制造商另有商定。实际平均功率输出(Ppp)应小于等于按ESP定义的允许平均功率输出(Ppp)。在确定某一可变功率序列的实际平均输出(Ppp)时,功率小于30%ESP时按30%计,停机时间不包括在内。

3.2功率现场条件的修正

在非额定现场条件和特殊负载的情况下,机组的额定功率需要修正。

3.2.1环境温度的功率修正

当环境温度过高时,空气密度降低,柴油机燃烧时氧气量减少,燃烧效率降低,因而会降低柴油机的机械输出功率;同时发电机工作时需要冷空气对绕组进行冷却,在环境温度过高时,冷却效果降低,发电机绕组内部温度升高,为保证发电机的绕组温度在允许范围内也必须降低发电机的输出功率。

各品牌柴油机和发电机的输出功率受环境温度影响的功率修正,由于设计的不同,其修正的参数也不一致;同一品牌,不同型号、不同调速系统,其修正的参数也有区别。一般要以原柴油机生产厂家的修正参数为准,通常可按照环境温度超过40℃时每升高5℃,输出功率下降3%4%来进行功率损失的计算。但要注意的是有些厂家的机组标称功率是基于环境温度25℃时的输出功率。

3.2.2海拔高度的功率修正

当海拔高度升高时空气密度也会降低,同样影响柴油机和发电机的输出功率。不同品牌的柴油发电机组要参考厂家的功率修正曲线来计算降容后的实际功率,通常可按照海拔高度超过1000m时每升高500m输出功率下降4%-5%来进行功率损失的计算,但要注意的是有些厂家的机组标称功率是基于海拔高度300m时的输出功率。

电子喷油柴油机采用了电子喷油控制技术,通过对安装在柴油机上一系列的传感器检测到的柴油机各种数据来精确地控制每个喷油器的喷油正时和喷油量。由于电子控制单元通过对进气岐管的进气压力、燃油温度的精密测量,并以此来控制喷油正时和喷油量,使得电子喷油柴油机在高海拔地区和高温度环境下有更低的功率下降。所以在高海拔地区和高温度环境下选用电子喷油的机组能获得更大的输出功率和经济性。

3.2.3非线性负载的功率修正

非线性负载含有感性、容性等元器件的负载均为非线性负载,如机房空调、不间断电源UPS、灯具调光系统和整流滤波器设备等。这种负载通常在通信、网络数据中心、数据交换中心、金融结算中心、机场跑道的照明调光和重要系统调度中心等关键部门的应用极为广泛。

非线性负载会向柴油发电机组反射大量的高次谐波,其中以5次和7次谐波危害最严重,尤其是非线性负载较大而发电机组容量又较小时这种危害就更明显,其后果将出现机组的谐振、稳定时间延长和负载设备误动作,严重时会损坏AVR和负载设备。这一问题在机组的选型过程中经常未引起足够的重视(由于在用市电供电时影响不大),最终待到运行时才发现无法正常工作,造成无法挽回的损失。

直接启动的机房空调因感应电动机直接起动时起动电流为正常电流的67倍,而且功率因数很低,电动机起动瞬间发电机的端电压会下降到低于正常值80%以下,从而影响其他负载的供电。就UPS而言,是一种应用很广的典型非线性负载,其对电源系统的影响表现为:a.发电机组的输出电压突然增高到440V以上,其后果是造成UPS损坏。

b.发电机组输出频率到5060Hz,致使UPS保护动作。

c.发电机组在出现频率或电压异常的同时出现严重的机械共振现象,柴油机出现有节奏的摇摆和声音起伏,严重时还出现损坏发电机的励磁回路和AVR(自动电压调节器)

d.UPS因检测到过电压或过频率而自动关断整流器,由后备电池组向负载放电或从旁路直接向负载供电。

一般机组功率的选用原则上在23.5UPS容量以上,这样将大幅度增加投资,但通过采取一些特殊的措施,则可以改善机组的运行性能,同时获得更好的经济效益。

a.选用永磁他励式(PMG)发电机,因PMG系列发电机的电子自动调压系统AVR独立于发电机的机械系统,功率源从副励磁机电枢绕组取得。在发电机负载和转速突变时,该系统不受发电机机械过渡过程的影响,将输出电压调整到额定值。因此,PMG系列发电机的的动态电压调整率远小于其他励磁发电机,并有较好的动态稳定性,可提高发电机带非线性负载能力。由于PMG系统提供一个与定子输出电压波形畸变及大小无关的恒定的励磁电源,因而能提供较高的电动机起动承受能力,并对非线性负载产生的主机定子输出电压的波形畸变具有抗干扰性。

b.在不增加柴油机功率的条件下配置一台较大容量的发电机,以提高机组带非线性负载的能力。通常柴油机和发电机的功率匹配关系是柴油机净输出机械功率略大于发电机功率,机组的输出有功功率大小取决于柴油机的出力,而视在功率则主要取决于发电机的容量。发电机组在带UPS负载时,只要加大发电机的容量,其瞬态特性就会大大的增强,而机组的输出有功功率其实并未增加,因而采用这种所谓“小马拉大车”的方式来解决非线性负载的问题。即柴油机的功率按照所有负载有功功率之和略大来选择,发电机功率则按照上面所说的方法来配置。该方案可以在满足使用要求的前提下,大幅度减少投资,同时也避免柴油机产生长时间低负载运行的机率,提高其使用可靠性。

3.2.4加负载的功率修正

对于自然进气的机组,其最大允许的一次加载量等于使用功率。

采用涡轮增压技术后,发动机的功率有了明显的提高,但突加负载的能力却有所下降。当增压比越高时,突加负载能力的下降也越明显。涡轮增压对突加负载的影响,主要是因为涡轮增压柴油机的功率有相当一部分是通过涡轮增压来实现的,而涡轮增压值主要取决于发动机发出的功率和转速。当发动机处于空载时,增压压力很低(或者说接近非增压状态),此时,按增压机额定状态下的功率加载(或者加较大的负载),相当于对非增压机瞬态突加超过额定功率的负载,结果或是突加载荷失败,或是转速下降超过限值,或是恢复时间较长,这都会影响机组的供电性能。

一般当有效压力P值在1MPa以下时,一次突加负载可达到标定功率80%以上,对突加负载影响不大。当P值达到1.5MPa时,突加负载只能达到标定功率的50%;P值达到2.0MPa时,突加负载只能达到标定功率的40%。如果对突加负载有较高要求时,建议按涡轮增压柴油机相同机型的非增压时的标定功率选配机组。

4 结束语

柴油发电机组的选型涉及到机组用途,柴油机、发电机和调速装置的性能,现场应用条件等诸多因素,须通盘考虑,精心设计,才能向用户提供满足用户需求的最佳解决方案和产品。
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