新聞主題	柴油發(fā)電機組的電壓整定范圍、穩態(tài)和瞬態(tài)調整率

 

摘要：電壓調整率是表征柴油發(fā)電機組的性能優(yōu)劣的重要性能指標，是指在負載和溫度恒定的條件下，輸出電壓的相對變化量與輸入變化量的百分比。在實(shí)際的應用過(guò)程中，應用不同的公式會(huì )得到不同的計算值?？得魉构驹诒疚闹兄?zhù)重闡明了柴油發(fā)電機組的電壓整定范圍、穩態(tài)和瞬態(tài)電壓調整率、電壓穩定時(shí)間以及相關(guān)的測試方法。其中，試驗的目的是評估發(fā)電機的電壓調整能力以及檢測發(fā)電機的穩定性能，通過(guò)該試驗可以得到發(fā)電機在負載變化時(shí)的電壓調整情況，為柴油發(fā)電機組的運行和維護提供重要依據

 

一、柴發(fā)機組電壓的性能指標

 

1、電壓整定范圍

        在柴油發(fā)電機組的電壓監測點(diǎn)或各電壓等級的用戶(hù)受電端的電壓監測點(diǎn)裝設的電壓監測儀，其整定電壓值即為按GB/T 12325和SD 325規定的電壓允許偏差的上限電壓標準值與下限電壓標準值。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，整定電壓就是發(fā)電機經(jīng)過(guò)處理穩定以后的一個(gè)持續不變的輸出電壓。

        電壓整定范圍是指在柴油發(fā)電機以額定轉速空載運行時(shí)，調整控制面板上的手動(dòng)或自動(dòng)電壓調節器，電壓能夠達到的最大值和最小值的范圍。在一般情況下，空載電壓整定范圍為額定值的95%～105%。

        例如：額定電壓為400伏的康明斯柴油發(fā)電機組，其空載電壓可以在380—420伏之間調整，在康明斯發(fā)電機出廠(chǎng)時(shí)一般都整定在400伏。

2、發(fā)電機電壓調整率

        電壓調整率定義：(首端電壓不變的前提下)撤掉在特定功率因數條件下的全部負載，引起的末端電壓升高值與滿(mǎn)載時(shí)末端電壓的百分比。電壓調整率來(lái)源于柴油發(fā)電機組在滿(mǎn)載時(shí)，其輸出電壓因該電源的供電電壓波動(dòng)引起的變化。 

        電壓調整率又稱(chēng)電壓變化率。當同步電機勵磁電流及轉速為一定值，在給定功率因數條件下，同步電機從額定功率轉變到空載時(shí)的電壓變化量，用額定電壓的百分率表示。電壓變化率主要取決于飽和程度和電樞反應的大小，飽和程度越高，電樞反應越小，電壓變化率就越小。

（1）穩態(tài)電壓調整率：

        穩態(tài)電壓調整率（δ_u）是指同步發(fā)電機在從空載到額定負載的所有負載條件下穩態(tài)電壓的變化率，通常為≤±0.5%，用公式表示

 

 

 

式中， U——空載時(shí)輸出的整定電壓；
U₁——負載漸變后的穩定輸出電壓，取最大值和最小值，若三相電取平均值。

（2）瞬態(tài)電壓調整率：

        柴油發(fā)電機組的國際標準瞬態(tài)電壓調整率為：≤-10%/ +15%，瞬態(tài)電壓調整率(（δ_Ps）是指發(fā)電機在空載且轉速和電壓達到額定值時(shí)，在突加或突減負載的過(guò)程中瞬時(shí)電壓的變化率，其數學(xué)表達公式為：

 

 

式中，U為額定電壓；

U_s為負載突變時(shí)瞬時(shí)電壓的最大值或最小值，在一般情況下，取三相線(xiàn)電壓的平均值。

3、三相不對稱(chēng)負載下運行電壓的穩定度

        三相不對稱(chēng)負載在機組運行中有可能會(huì )出現，特別是負載中有較多的單相負載時(shí)，由于接線(xiàn)不合理，也會(huì )造成三相負載不對稱(chēng)（相量圖如圖1所示，接線(xiàn)如圖2所示）。不對稱(chēng)負載將導致發(fā)動(dòng)機三相繞組所供給的電流不平衡，使發(fā)動(dòng)機線(xiàn)電壓間產(chǎn)生偏差，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機發(fā)熱和振動(dòng)，對用電設備也是不利的。因此規定機組在一定的三相對稱(chēng)負載下，在其中任一相上再加25％標定相功率的電阻性負載，但該相的總負載電流不超過(guò)額定值時(shí)，應能正常工作。

        在不對稱(chēng)負載條件下，如果每一相的都不超過(guò)額定值，且各相負載的的電流之差不超過(guò)25％，那么，各線(xiàn)電壓與三相電壓平均值之差應不超過(guò)三相線(xiàn)電壓平均值的5％。 其線(xiàn)電壓不平衡度（δ_UL）計算公式表達為：

 

 

 

式中，U_L在不對稱(chēng)負載下，線(xiàn)電壓中的最大值或最小值。

U_Lave 在不對稱(chēng)負載下，三個(gè)線(xiàn)電壓的平均值。

 

圖1  三相不對稱(chēng)負載下運行電壓相量圖

圖2  發(fā)電機三相不對稱(chēng)負載連接圖

 

4、電壓波動(dòng)率

        發(fā)電機組的電壓在負載不變時(shí)由于機組內部的原因產(chǎn)生波動(dòng)，電壓波動(dòng)率（δ_uB）通常設為：≤0.5%。

        發(fā)動(dòng)機勵磁系統不穩定和柴油機轉速的波動(dòng)，使發(fā)動(dòng)機的端電壓在其負載不變時(shí)出現波動(dòng)；因此，相應提高勵磁調節器，可以減小機組電壓的波動(dòng)。電壓波動(dòng)率計算公式：

 

        式中，U_Bmax和U_Bmin為同一次觀(guān)測時(shí)間內電壓的最大值和最小值。

5、電壓穩定時(shí)間

        電壓穩定時(shí)間是指發(fā)電機處于空載狀態(tài)且電壓達到額定值時(shí)，從突加負載到電壓穩定在規定的范圍內所需的時(shí)間，用s表示。國家規定I、II、III類(lèi)電站的電壓穩定時(shí)間為0. 5~1s，IV類(lèi)電站為3s。

 

二、電壓測試方法

 

1、電壓整定測試方法

         試驗前，應先調整內燃發(fā)電機組的有關(guān)裝置，使發(fā)電機的空載電壓整定范圍在標準以?xún)龋ɡ?5％～105％），步驟示例如圖3所示。然后將輸出電壓調整到額定值，此時(shí)機組的頻率應為額定值的103％～105％。再給柴油發(fā)電機組加負載到滿(mǎn)載，并使轉速和功率因數都達到額定值，滿(mǎn)足上述條件后，去掉負載。此時(shí)電壓還應等于或接近額定值，若與額定值相差較多，則應再次進(jìn)行上述調整，直至達到上述要求為止。

2、穩態(tài)電壓調整率測試方法

      發(fā)電機穩態(tài)電壓調整率試驗是柴油發(fā)電機組中對發(fā)電機電壓調整性能的一項重要測試。穩態(tài)電壓調整率是指當發(fā)電機負載發(fā)生變化時(shí)，發(fā)電機輸出電壓從原來(lái)的穩定值迅速調整到新的穩定值所需的時(shí)間。穩態(tài)電壓調整率的好壞直接影響著(zhù)柴油發(fā)電機組的穩定性和供電質(zhì)量。

      穩態(tài)電壓調整率試驗通常在額定負載條件下進(jìn)行。首先，將發(fā)電機額定負載接入，使其達到穩定狀態(tài)，接線(xiàn)示例如圖4所示。然后，通過(guò)改變負載大小，例如增加或減小負載電流，觀(guān)察發(fā)電機輸出電壓的變化情況。記錄發(fā)電機輸出電壓從原來(lái)的穩定值到新的穩定值所需的時(shí)間，并計算出穩態(tài)電壓調整率。

       穩態(tài)電壓調整率的試驗結果可以直觀(guān)地反映發(fā)電機的電壓調整能力。當負載突然變化時(shí)，發(fā)電機應能迅速調整輸出電壓，以保持柴油發(fā)電機組的穩定運行。因此，較小的穩態(tài)電壓調整率表示發(fā)電機具有良好的電壓調整能力，反之則表示調整能力較差。

      在實(shí)際應用中，穩態(tài)電壓調整率的要求因系統類(lèi)型和負載特性而異。對于大型柴油發(fā)電機組，一般要求穩態(tài)電壓調整率在5%以?xún)?。而對于小型柴油發(fā)電機組或特殊負載，穩態(tài)電壓調整率的要求可能更高。

      為了保證穩態(tài)電壓調整率試驗的準確性和可靠性，需要注意以下幾點(diǎn)。首先，確保試驗環(huán)境的穩定和準確，避免外界因素對試驗結果的干擾。其次，應選擇合適的負載變化方式，使試驗結果具有代表性。同時(shí)，還應注意記錄試驗數據的準確性和完整性，以便后續分析和評估。

        試驗過(guò)程與“同步發(fā)電機試驗”基本相同，但在記錄試驗數據時(shí)，應同時(shí)記錄各試驗點(diǎn)的頻率值。試驗應反復進(jìn)行3次。 

        試驗時(shí)，如果電壓示值擺動(dòng)，則應取其中間值。做功率因數為0.8（滯后）的試驗時(shí)，在加載過(guò)程中，應先加阻性負載到需要的數值（例如75％的負載），再加感性負載使功率因數為0.8；在減載過(guò)程中，應先減感性負載，再減阻性負載，使功率因數為0.8。

 

圖3  發(fā)電機電壓整定測試步驟框圖

圖4  發(fā)電機電壓調整率測試接線(xiàn)圖

 

總結：

      電壓調整率試驗是評估發(fā)電機電壓調整性能的重要手段。通過(guò)該試驗可以了解發(fā)電機在負載變化時(shí)的電壓調整能力，為柴油發(fā)電機組的運行和維護提供參考依據。在實(shí)際應用中，我們應根據柴油發(fā)電機組的需求和特點(diǎn)，合理設置穩態(tài)電壓調整率的要求，以確保柴油發(fā)電機組的穩定運行和供電質(zhì)量。

 

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