新聞主題	柴油發(fā)電機功率、容量與負載的匹配關(guān)系圖解

 

摘要：柴油發(fā)電機組的功率匹配優(yōu)化設計是指根據使用環(huán)境、負載情況、用途、性能要求等條件，依據機組的輸出功率要求，合理地選擇柴油機的功率及發(fā)電機的功率，以最優(yōu)的方式來(lái)滿(mǎn)足不同條件下的使用要求。本文以康明斯NTA855系列柴油機為例介紹了柴油發(fā)電機組的功率匹配優(yōu)化設計，同時(shí)介紹了負載為非線(xiàn)性負載下的功率匹配優(yōu)化設計的思路及注意事項。

 

一、柴發(fā)功率與容量關(guān)系及影響因素

 

      柴油發(fā)電機的功率和容量之間存在一定的關(guān)系，除了容量的大小外，控制柴油發(fā)電機功率的因素還有負載、燃油、機組的質(zhì)量等。

1、功率和容量的關(guān)系

      柴油發(fā)電機的容量是指它所能輸出的最大電功率，通常以千伏安（kVA）為單位，也就是視在功率，它包括了有功功率和無(wú)功功率。而功率是指單位時(shí)間內所能完成的功，以千瓦特（KW）為單位，即有功功率。

視在功率×功率因數cosФ=有功功率

      一般發(fā)電機功率因素為0.8，計算結果即1KVA=0.8*1KW。

      因此，柴油發(fā)電機的功率和容量之間存在一定的關(guān)系，如圖1所示。一般來(lái)說(shuō)，柴油發(fā)電機的容量越大，它所能輸出的最大功率也就越大。

2、影響柴發(fā)功率和容量的因素

      除了容量的大小外，還有其他因素會(huì )影響柴油發(fā)電機的功率和容量。

（1）負載

      負載是指柴油發(fā)電機輸出電能的用戶(hù)和電氣設備，負載越大，柴油發(fā)電機所能輸出的最大功率也就越大。負載分為電感性、電容性、電阻性三種，其中感性和容性是用的比較多的，它們之間關(guān)系如圖2所示。

      感性和容性指的是電路中電壓與電流的相位關(guān)系。當負載是電感性質(zhì)時(shí)，電壓相位電流，即負載是感性的;當負載是容性負載時(shí)，電壓相位滯后電流，電流相位電壓，即負載是容性的。

① 感性負載

　　感性負載是指帶有電感參數的負載。確切講，應該是負載電流滯后負載電壓一個(gè)相位差特性的為感性負載，比如如變壓器，電動(dòng)機等。另外一種是指有些設備在消耗有功功率時(shí)還會(huì )消耗無(wú)功功率，并且有線(xiàn)圈負載的電路，叫感性負載。

② 容性負載

　　容性負載一般是指帶電容參數的負載，即符合電壓滯后電流特性的負載。容性負載充放電時(shí)，電壓不能突變，其對應的功率因數為負值，對應的感性負載的功率因數為正值。

（2）燃油

      在同樣的負載下，柴油發(fā)電機所使用的燃油類(lèi)型和質(zhì)量也會(huì )影響它的功率和容量。好的燃油能夠使柴油發(fā)電機的效率更高，輸出功率也更大。

（3）設備質(zhì)量

      設備質(zhì)量（或工作效率）也會(huì )直接影響柴油發(fā)電機的功率和容量。好的機組設計和制造能夠使發(fā)電機的效率更高，輸出功率也更大。

      在選擇柴油發(fā)電機時(shí)，首先要根據需求確定需要的功率和容量，并根據實(shí)際情況合理把握。同時(shí)，還要考慮到燃油的質(zhì)量、發(fā)電機的質(zhì)量和有效期、負載情況等因素的影響，綜合選擇適合自己需求的柴油發(fā)電機。

 

圖1  發(fā)電機有功、無(wú)功、視在功率三角圖

圖2  負載與功率四象限示意圖

 

二、常規機組功率匹配

 

      本文以康明斯公司生產(chǎn)的NTA855系列柴油機為例，簡(jiǎn)要闡述不同條件下的功率匹配設計問(wèn)題，因條件類(lèi)型比較多，在這里不能一一闡述，本文僅根據作者的工作經(jīng)驗列舉部分具有代表性的條件進(jìn)行闡述。本文所涉及到的術(shù)語(yǔ)，未作解釋的請查閱JB/T8194-2001《內燃機電站名詞術(shù)語(yǔ)》。

      常規機組指在規定的工況條件下，能輸出標定功率的機組，其負載為0.8功率因數條件下的負載。

1、柴油機功率標定方法

      康明斯公司K19系列柴油機功率標定采用GB/T6072.1-2008中規定的方法，以12h功率或1h功率為標定指標，如康明斯KTAA19-G6柴油機標定的12h功率為570kW，1h功率為520kW，其含義是在規定的額定工況環(huán)境條件下，允許柴油機以520kW的功率連續運行12h，而570kW作為超負荷功率使用，即每12h運行期內允許柴油機間斷或不間斷地以110%持續功率運行1h。1h功率≈12h功率/1.1。

2、計算公式

      柴油發(fā)電機組的匹配功率P可按下式計算，此功率不得超過(guò)發(fā)電機的標定功率（相應工況條件下）。

P=（P_nη?-P?）η?.....................（公式1）

式中，P_n——柴油機額定功率；

P?——風(fēng)扇等柴油機外圍附件功率損耗，由柴油機廠(chǎng)家提供。一般情況下，柴油機功率越大損耗越大，若柴油機標定的功率為凈有效輸出功率，則該數值為零；

η?——發(fā)電機效率，由發(fā)電機生產(chǎn)廠(chǎng)家提供，一般在0.74~0.96之間，發(fā)電機功率越小，其效率越低；

η?——功率修正系數。若用戶(hù)所購買(mǎi)的機組其輸出標定功率的使用環(huán)境與標準基準狀況存在差異時(shí)，其數值依據GB/T6072.1-2008規定的方法進(jìn)行換算，在額定工況下，功率修正系數η?=1.0。近似粗算修正系數數值見(jiàn)表1（供參考，具體以柴油機數據為準）：

表1    功率修正系數η?

   

  因此在設計發(fā)電機組時(shí)，發(fā)電機組的標定功率按下式計算：

P=（P_nη?-P?）η?

      發(fā)電機標定功率P應大于機組的標定功率P?。

3、實(shí)際案例

      以NTA855-G1B柴油機為例，其額定功率為280 kW，設計工況為標準基準狀況下的發(fā)電機組標定功率，即機組的額定功率。

P?≤P=（P_nη?-P?）η?.....................（公式2）

=（280×1-10）×0.926

=250 kW

      因此，機組的額定功率P=250 kW，機組在額定工況條件下能正常地連續運行12h（其中包括超載10%運行1h），若連續運行時(shí)間超過(guò)12 h，其輸出功率為額定功率的90%。

      根據發(fā)電機功率選擇≥機組額定功率P的要求，發(fā)電機功率選配為250 kW。

 

三、非線(xiàn)性負載下的功率匹配

 

      該條件下的功率匹配設計也是在規定的工況條件下，但其負載比較特殊。非線(xiàn)性負載是指電壓和電流之間是非線(xiàn)性關(guān)系的負載。在負載投入、運行過(guò)程中，電壓、電流的關(guān)系是經(jīng)常變化的，其波形也不是我們常說(shuō)的正弦交流波，而是含有不光滑的畸變成分，根據數學(xué)方法可分解為基波和一系列的高次諧波，主要是5次、7次等奇次諧波。

1、常見(jiàn)非線(xiàn)性負載的類(lèi)型

（1）開(kāi)關(guān)電源、UPS；

（2）電子數據圖象設備--電視、電影等無(wú)線(xiàn)電發(fā)射設備、可控燈光設備等；

（3）整流器、熒光燈；

（4）電動(dòng)機負載，電動(dòng)機雖然不是非線(xiàn)性負載，但是由于控制方式上經(jīng)常使用軟起動(dòng)器、變頻控制的手段，也屬于非線(xiàn)性負載考慮的范疇。

2、非線(xiàn)性負載的影響

（1）發(fā)電機組的輸出電壓突然增高；

（2）發(fā)電機組的輸出頻率在40-60 Hz之間波動(dòng)；

（3）非線(xiàn)性負載的高次諧波導致反常的導體發(fā)熱，損壞發(fā)電機的繞組、勵磁回路和AVR。圖3顯示的是正常的正弦電壓波形和畸變的電壓波形；圖4顯示的是正弦穩態(tài)電路中的瞬時(shí)功率波形。

（4）電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)電流會(huì )比正常工作時(shí)的電流大若干倍，功率因數又非常低，所以會(huì )造成發(fā)電機端電壓下降，可能會(huì )造成配電設備的保護動(dòng)作；頻繁起動(dòng)還可能造成發(fā)電機轉子燒壞。當電動(dòng)機容量較大時(shí)也要進(jìn)行發(fā)電機的特殊選型，這類(lèi)情況主要是工廠(chǎng)用戶(hù)、大樓的消防水泵、消防電梯等。

2、功率匹配設計的思路

      了解用戶(hù)非線(xiàn)性負載的類(lèi)型，并盡可能要求用戶(hù)提供以下資料：基本負載的容量、負載投入的順序和非線(xiàn)性負載的類(lèi)型。

      功率匹配設計思路同本文的計算公式（2），但須考慮用戶(hù)非線(xiàn)性負載的類(lèi)型，考慮其所產(chǎn)生的影響，因此在計算公式（2）的基礎上根據不同的非線(xiàn)性負載類(lèi)型，建議采用以下3種方法：

（1）在不增加柴油機功率的條件下配置一臺較大容量的發(fā)電機，以提高機組帶非線(xiàn)性負載的能力。發(fā)電機輸出功率一般可以按照表2的參考值進(jìn)行選擇。

表2    非線(xiàn)性負載下的發(fā)電機功率匹配關(guān)系

 

      若負載為電動(dòng)機負載，起動(dòng)電流的倍數與起動(dòng)方式的關(guān)系見(jiàn)表3。應根據起動(dòng)容量要求，進(jìn)行發(fā)電機的選型，考慮起動(dòng)容量時(shí)，需考慮起動(dòng)的順序，是否要求同時(shí)起動(dòng)等因素。

（2）盡可能采用無(wú)刷永磁式勵磁交流發(fā)電機或使用三次諧波勵磁的發(fā)電機，來(lái)提高發(fā)電機組帶非線(xiàn)性負載的能力。

注意：上述2種方法，可結合起來(lái)考慮使用。

（3）若發(fā)電機功率與柴油機功率相差較大，為提高柴油機運行的穩定性，須適當考慮提高柴油機的功率。

 

圖3  正弦和畸變電壓波形

圖4  正弦穩態(tài)電路中的瞬時(shí)功率波形圖

 

總結：

      柴油發(fā)電機的功率和容量之間存在一定的關(guān)系，除了容量大小外，還有其他因素會(huì )影響柴油發(fā)電機的輸出功率。選擇適合自己需求的柴油發(fā)電機需要考慮多方面的因素，使其滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)和生活需求。因此，柴油發(fā)電機組功率匹配設計需考慮機組的使用環(huán)境、負載的狀況、用途及性能要求等，根據不同的客戶(hù)要求，進(jìn)行合理的設計優(yōu)化，在滿(mǎn)足使用要求、保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，以最低的成本達到客戶(hù)的要求。

----------------
以上信息來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新聞，特此聲明！
若有違反相關(guān)法律或者侵犯版權，請通知我們！
溫馨提示：未經(jīng)我方許可，請勿隨意轉載信息！
如果希望了解更多有關(guān)柴油發(fā)電機組技術(shù)數據與產(chǎn)品資料，請電話(huà)聯(lián)系銷(xiāo)售宣傳部門(mén)或訪(fǎng)問(wèn)我們官網(wǎng)：http://www.aticodonostia.com