新聞主題	康明斯柴油發(fā)電機組的電氣性能指標

 

摘要：對于采購柴油發(fā)電機組的人員來(lái)說(shuō)，必須熟悉機組的主要電氣性能指標，因為該指標意味著(zhù)設備質(zhì)量與性能表現數據。柴油發(fā)電機組的主要電氣性能指標包括穩態(tài)指標和動(dòng)態(tài)指標兩類(lèi)，柴油發(fā)電機組在一定負載下穩定運行時(shí)的電氣性能指標稱(chēng)作穩態(tài)指標。柴油發(fā)電機組的主要動(dòng)態(tài)指標包括電壓和頻率穩定時(shí)間、瞬態(tài)電壓凋整率和瞬態(tài)頻率調整率、直接啟動(dòng)空載異步電動(dòng)機的能力、發(fā)電機組并車(chē)性能以及無(wú)線(xiàn)電干擾允許值等數據。

 

柴油發(fā)電機組三維布局圖

 

 一、柴發(fā)主要電氣性能指標

 

1、頻率降δfst

      δf在整定頻率確定的條件下，額定空載頻率fir與標稱(chēng)功率時(shí)的額定頻率fr之間的頻率差用額定頻率fr的某一百分數表示，稱(chēng)為頻率降，用fstd表示它等同于我國標準中的穩態(tài)頻率調整率（fd）。

2．穩態(tài)頻率帶βf和頻率波動(dòng)率δfB

（1）穩態(tài)頻率帶βf是指在恒定功率時(shí)發(fā)電機組頻率圍繞某一平均值波動(dòng)的包絡(luò )線(xiàn)寬度，用額定頻率的某一百分數表示之值。

（2）頻率波動(dòng)率δfB是指在恒定功率時(shí)發(fā)電機組頻率波動(dòng)的比值。

3、相對的頻率容差帶αf

      由于穩態(tài)頻率容差帶Df是人為規定的，所以αf也屬約定值，而βf是實(shí)際值。規定αf（?f）的目的是為了計算頻率恢復時(shí)間tf,in（tf,de）。

4、相對的頻率整定下降范圍δfs,do

      用額定頻率的某一百分數表示，可反映頻率整定下降范圍。

5、相對的頻率整定上升范圍δfs,up

      用額定頻率的某一百分數表示，可反映頻率整定上升范圍。

6、頻率整定變化速率γf

      頻率整定變化速率γf是指在遠距離控制條件下，用每秒相對的頻率整定范圍的某一百分數表示的頻率整定變化速率。

7、對初始頻率的瞬態(tài)頻率偏差δfd

      δfd是指在某一突變負載出現調速的過(guò)程中，其下沖（或上沖）頻率與初始頻率之間的頻率差，用相對于額定頻率的某一百分數表示。

8、對額定頻率的瞬態(tài)頻率偏差δfdyn

      δfdyn是指在某一突變負載出現的調速過(guò)程中，其下沖（或上沖）頻率與額定頻率之間的頻率差，用相對于額定頻率的某一百分數表示。

9、瞬態(tài)頻率調整率δfs

      瞬態(tài)頻率調整率是指發(fā)電機組在突加或突減負載時(shí)，瞬間變化頻率與負載變化前頻率的差值與額定頻率的比值。

10、頻率恢復時(shí)間和頻率穩定時(shí)間tf

（1）頻率恢復時(shí)間是指在規定的負載突變后，從頻率離開(kāi)穩態(tài)頻率帶至其永遠地重新進(jìn)入規定的穩態(tài)頻率容差帶的時(shí)間。

（2）頻率穩定時(shí)間指從頻率突變時(shí)起至開(kāi)始穩定在頻率波動(dòng)范圍內所需的時(shí)間。

11、穩態(tài)電壓偏差δUst和穩態(tài)電壓調整率δU

（1）穩態(tài)電壓偏差δUst是指對空載與額定輸出之間的所有功率和在規定的功率因數下，在額定功率時(shí)考慮溫升影響的穩態(tài)條件下偏離整定電壓的最大偏差。穩態(tài)電壓偏差δUst用額定電壓的某一百分數表示。

（2）穩態(tài)電壓調整率（δu）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%。

12、電壓不平衡度δU2,0

      電壓不平衡度δU2,0是指空載下的負序或零序電壓分量對正序電壓分量的比值，用額定電壓的某一百分數表示。

U0=UA+UB+UC

式中，U1=（UA+αUB+α2UC）；

U2=（UA+α2UB+αUC）；

其中，α是模等于1而幅角等于2p/3的一個(gè)復數，以α乘以某量就等于將某向量逆時(shí)針旋轉120°。

13、相對的電壓整定范圍δUs

      用額定電壓的某一百分數表示的電壓整定范圍。

（1）電壓整定下降范圍：D?Us,do=Ur−Us,do

（2）電壓整定上升范圍：D?Us,up=Us,up−Ur

（3）相對的電壓整定范圍：

14、電壓整定變化速率γu

     與頻率整定變化速率的情形類(lèi)似，不再重復。

15、瞬態(tài)電壓偏差δUdyn

（1）按負載增加的瞬態(tài)電壓偏差是指當發(fā)電機在正常勵磁控制下被驅動(dòng)在額定頻率和額定電壓時(shí)，接通額定負載，用額定電壓的某一百分數表示的電壓降。

（2）按負載減少的瞬態(tài)電壓偏差是指當發(fā)電機在正常勵磁控制下被驅動(dòng)在額定頻率和額定電壓時(shí)，突然切除額定負載，用額定電壓的某一百分數表示的電壓升。

16、電壓恢復時(shí)間與穩態(tài)電壓容差帶

      電壓恢復時(shí)間tu（tu,in，tu,de）：從某一負載變化瞬時(shí)（t1）開(kāi)始至當電壓恢復并保持在規定的穩態(tài)電壓容差帶內瞬時(shí)（t2）止的時(shí)間。

17、相對的穩態(tài)電壓容差帶αu

      該指標與αf一樣同屬約定值。

18.電壓調制

      在某一穩態(tài)電壓下，在低于基本的發(fā)電頻率的有代表性的頻率下，用在額定頻率和恒定轉速時(shí)平均峰值電壓的某一百分數表示的準周期電壓變化（峰對峰），稱(chēng)為電壓調制。

19、周期不均勻度

      此概念與電壓調制的概念是一致的。電壓調制和周期不均勻度這兩個(gè)概念與電壓波動(dòng)率的概念是類(lèi)似的。電壓調制與電壓波動(dòng)既有聯(lián)系又有區別。一般對中頻（400Hz）發(fā)電機組用電壓調制考核。電壓調制對用電設備的影響除了電壓幅值變化外，還要考慮調制的頻率。同時(shí)，各自試驗儀器也不同。測量電壓調制必須要示波器；測量波動(dòng)率則用指針式儀表即可。

20、負載電壓整定范圍Uz

      發(fā)電機組的空載電壓整定范圍為額定電壓的95%～105%，這是由于發(fā)電機組與用電設備之間有一定的電纜電壓降，發(fā)電機組應保證在一定的負載下，輸出電纜末端應具有正常的工作電壓的規定值。

21、熱態(tài)電壓變化

      熱態(tài)電壓變化是發(fā)電機組在標定工況下從冷態(tài)到熱態(tài)的電壓變化。對于采用可控勵磁裝置的發(fā)電機組，應不超過(guò)±2%標定電壓；對于采用不可控勵磁裝置的發(fā)電機組，應不超過(guò)±5%標定電壓。

22、電壓正弦波形畸變率

      發(fā)電機組要求發(fā)電機的理想波形是正弦波，但實(shí)際上發(fā)電機的感應電勢中含有三次及三次以上的高次諧波，勵磁發(fā)電機的三次諧波尤為嚴重，使發(fā)電機的電壓的正弦波形產(chǎn)生畸變。電壓的正弦波形畸變率過(guò)大，會(huì )使發(fā)動(dòng)機發(fā)熱嚴重，當濕度升高時(shí)發(fā)動(dòng)機的絕緣受到影響，同時(shí)也會(huì )對用電設備的正常工作有影響。發(fā)電機組在空載標定電壓時(shí)，線(xiàn)電壓的正弦波形畸變率應不大于10%。

23、冷熱態(tài)電壓變化

      這是指發(fā)電機組在額定工況下從冷態(tài)到熱態(tài)的電壓變化。對于采用可控勵磁裝置發(fā)電機的發(fā)電機組，應不超過(guò)±2%額定電壓；對于采用不可控勵磁裝置發(fā)電機的發(fā)電機組，應不超過(guò)±5%額定電壓。

24、畸變率

      發(fā)電機組在空載額定電壓時(shí)，線(xiàn)電壓的正弦波形畸變率應不大于下列規定值：?jiǎn)蜗喟l(fā)電機組和額定功率小于3kW的三相發(fā)電機組為15%；

（1）額定功率為3～250kW的三相發(fā)電機組為10%；

（2）額定功率大于250kW的三相發(fā)電機組為5%。

25、不對稱(chēng)負載要求

      對于額定功率不大于250kW的三相發(fā)電機組，在一定的三相對稱(chēng)負載下，在其中任一相（對可控硅勵磁的則指接可控硅的一相）上再加25%額定相功率的電阻性負載，當該相的總負載電流不超過(guò)額定值時(shí)應能正常工作，線(xiàn)電壓的最大（或最?。┲蹬c三相電壓平均值之差應不超過(guò)三相電壓平均值的±5%。

 

二、影響柴發(fā)動(dòng)態(tài)性能的因素

 

      動(dòng)態(tài)性能是指柴油發(fā)電機組運行時(shí)各輸入量和輸出量之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。為了保證柴油發(fā)電機組起動(dòng)、運行的安全性和可靠性，本文中主要講述了影響柴油發(fā)電機組動(dòng)態(tài)響應機制幾個(gè)主要因素，警示用戶(hù)在設備選型之前針對這些問(wèn)題作出正確的采購計劃。 

1、結構型式

      除了選擇自然吸氣式柴油發(fā)電機還是渦輪增壓柴油發(fā)電機；同時(shí)還取決于渦輪增壓器、調速器和噴油泵的具體結構。對于自然吸氣式柴油發(fā)電機，易于獲得高的動(dòng)態(tài)性能指標；對渦輪增壓柴油發(fā)電機，則由于增壓過(guò)程無(wú)法瞬間完成過(guò)渡，載荷變化時(shí)需要的加速（或減速）時(shí)間要長(cháng)得多，動(dòng)態(tài)性能較差。某些品牌的柴油機增壓器葉輪采用了輕質(zhì)、耐高溫的材料制造，運轉慣性大大減小，其動(dòng)態(tài)性能會(huì )有所改善。就調速器而言，電子調速器要優(yōu)于機械式調速器，例如，采用Barber-Colman 電子調速器，這一動(dòng)態(tài)指標可比機械調速器提高一個(gè)等級。

2、轉動(dòng)慣量

      轉動(dòng)慣量(Moment of Inertia)是剛體繞軸轉動(dòng)時(shí)慣性（回轉物體保持其勻速圓周運動(dòng)或靜止的特性）的量度，用字母I或J表示。在經(jīng)典力學(xué)中，轉動(dòng)慣量（又稱(chēng)質(zhì)量慣性矩，簡(jiǎn)稱(chēng)慣距）通常以I或J表示，SI 單位為 kg·m²。對于一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，I=mr²，其中 m 是其質(zhì)量，r是質(zhì)點(diǎn)和轉軸的垂直距離。轉動(dòng)慣量在旋轉動(dòng)力學(xué)中的角色相當于線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)中的質(zhì)量，可形式地理解為一個(gè)物體對于旋轉運動(dòng)的慣性，用于建立角動(dòng)量、角速度、力矩和角加速度等數個(gè)量之間的關(guān)系。

      整個(gè)發(fā)電機組中包括柴油機、飛輪、聯(lián)軸器、發(fā)電機轉子等旋轉質(zhì)量的轉動(dòng)慣量。大的轉動(dòng)慣量可以降低載荷變化時(shí)轉速波動(dòng)的幅值，從而減小瞬態(tài)頻率偏差。而對于恢復時(shí)間則可能有正反兩方面的影響，需要具體分析。因此調整慣量值時(shí)，必需要考慮到這兩個(gè)指標的折衷。通?？梢酝ㄟ^(guò)選擇不同尺寸的飛輪，或不同型號的聯(lián)軸器來(lái)調節轉動(dòng)慣量。

3、柴油機的功率裕度

      柴油機功率裕度指的是該機型的實(shí)際設計的最大功率與使用的最大功率的差。保證發(fā)電機組額定電功率所需的柴油機功率與該柴油機能發(fā)出的最大持續功率的比值就表示了該柴油機的功率裕度。此比值越小，表示柴油機配機的功率裕度越大，發(fā)電機組的動(dòng)態(tài)性能要求就越易達到。

      比如說(shuō)：柴油機該機型的設計最大功率為2000kW，而實(shí)際的船型上設計的柴油機最大功率為1800kW，就是說(shuō)有200kW的功率裕度。柴油機有功率裕度對機體的壽命和長(cháng)期使用上都有很大的好處。但是不宜儲備過(guò)大，功率儲備過(guò)大在性?xún)r(jià)比上就不高了。

4、對發(fā)電機組的加載比例

      對自然吸氣式柴油發(fā)電機，突加和突卸1％負荷都是可以辦到的。而對渦輪增壓柴油發(fā)電機由于增壓器的工作無(wú)法實(shí)現瞬間過(guò)渡，突加10％負荷通常無(wú)法做到。因此需要按一定比例分級加載。柴油機的平均有效壓力取決于柴油機的許多結構因素和燃燒過(guò)程的組織，柴油機的增壓程度對此有著(zhù)重大影響。因此在柴油機發(fā)電機組的國際標準ISO 8528一5和老的德國標準DIN6280中都推薦了根據平均有效壓力值確定加載等級和載荷比例的做法。而在較早的IS03 6一1978 中卻規定了不同形式的加載等級一比例曲線(xiàn) 。這種變化主要是由于柴油機增壓技術(shù)的發(fā)展，增壓度越來(lái)越高，陳舊的經(jīng)驗已經(jīng)不再適用，而人們的認識也在技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中不斷提高，根據新的經(jīng)驗作出了這種改變。經(jīng)驗證明，高載荷段對瞬態(tài)指標的影響要比低載荷段大得多。因此高載荷段的比例間隔要比低載荷段小得多。

      分級比例也僅是作為參考的指導值。在實(shí)際運用中還必需考慮用電設備的工作要求，然后通過(guò)對系統配置的調整確定加載等級和比例。因此無(wú)論ISO或DIN標準都特別強調了用戶(hù)和制造商進(jìn)行協(xié)商的必要性。這樣可能會(huì )出現以下情況：相同配置的發(fā)電機組由于用電設施不同，加載的比例不同，達到的發(fā)電機組精度等級會(huì )不同。由此表明，發(fā)電機組的精度等級具有相對性，它對負載有很大的依從性。

 

總結：

      在計算機技術(shù)高度發(fā)達的今天，可以通過(guò)模擬計算來(lái)預測發(fā)電機組系統可能達到的性能水平，這對于正確選定柴油機，預先確定系統配套狀態(tài)是極有幫助的。美國康明斯公司在上世紀八十年代為我國提供柴油機時(shí)，為滿(mǎn)足發(fā)電機組的穩態(tài)、動(dòng)態(tài)性能，預先對系統進(jìn)行模擬計算的部分結果。計算系統采用了WOODWARD PSG液壓調速器，分兩級加載。在穩態(tài)速度降設定為4％的情況下，第一級加載得到的動(dòng)態(tài)頻率偏差為8％左右；而第二級加載盡管只有37％的載荷增值，動(dòng)態(tài)頻率偏差卻達到了10％?；謴蜁r(shí)間均接近3秒。該發(fā)電機組要求動(dòng)態(tài)偏差不大于7％，恢復時(shí)間不大于3秒。由于動(dòng)態(tài)偏差過(guò)大，這種配置不能符合要求。后來(lái)改用BARBER—COLMAN電子調速器，才達到了要求。

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