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柴油發電機組的技術發展與應用
發布日期:2016-12-23

柴油發電機組的應用歷史要比UPS長得多。它一直是市電缺失時,對交流用電設備提供電能的發電設備。隨著信息化社會的建設,柴油發電機組也從其傳統的應用領域邁入這個廣闊的天地;它與UPS相輔相成構成的不間斷供電系統,滿足了信息設備對電源高可靠、高質量的要求,并且得到廣泛地應用。柴油發電機組從而更受到電源領域的技術人員和眾多使用者的關注。為此,機房360采訪了柴油發電機組技術專家,以了解這個行業領域的概況。
張振毅,航天科技集團710研究所高級工程師。長期從事柴油發電機組的研究與技術工作,具有深厚的理論基礎和豐富的實踐經驗?,F為中國電源學會交流電源專業委員會專家組成員。

航天科技集團710研究所高級工程師張振毅
請談談什么是柴油發電機組,它們都有哪些用途?
張振毅:以燃燒油料(汽油或柴油)所產生的熱能轉換為機械能的內燃機為動力,帶動可將機械能轉換為電能的發電機發出電力的設備,統稱為油機發電機組。燃燒汽油的發電機組稱為汽油發電機組,它們的輸出電壓以220V單相為主,功率在0.5~10KW左右。體積小巧而靈便。燃燒柴油的發電機組就是柴油發電機組,它們的輸出電壓以380V三相為主,功率在10KW~2500KW左右。就電源領域而言,主要使用的是它們。
與大型電廠的發電機相比;柴油發電機組體積小自成一體,裝上車可方便地移動、操作容易,可隨時起動、它發出的電能與市電性質一樣,可以直接帶動用電設備。由于這些特點,使柴油發電機組在國民經濟的許多部門和社會生活的很多方面早就有著廣泛的用途;凡是市電電力網還未到達或供電保障不太可靠的地區,基本上都用柴油發電機組發電來解決用電設備或生活的需求。
網絡、通信、傳媒等這些信息化社會核心領域的關鍵硬件都離不開不間斷電源。UPS和柴油發電機組的聯合系統,是現代信息領域對電源的最佳選擇。由此,柴油發電機組也從早已形成的應用范疇拓展了新的用武之地。
那么柴油發電機組在我國的應用歷史和情況如何呢?
張振毅:二十世紀初外國殖民者把油機發電機組帶入我國??箲鹎捌?,上海已有了用國外的內燃機和發電機組裝油機發電機組的工廠。產品主要用于軍事和艦船的修造。解放后,作為國民經濟基礎產業的內燃機制造業和發電機制造業蓬勃發展。五、六十年代,我國已形成了制造汽油發電機組和柴油發電機組的產業集群,并且制定了國家及企業的相關技術標準。所生產的柴油發電機組在工、農業及國防、交通、通信等建設中起到重要作用。
改革開放三十多年來,就像我國經濟幾乎每年都以兩位數的比例增長一樣,柴油發電機組從其研發、制造技術到產品銷量也一路飛揚。它們除了繼續在傳統的應用部門承擔重任外,還以其特色躋身于信息產業,并發揮著重大作用。據業內資深人士估測;現在國內用戶柴油發電機組的保有量已突破一百萬臺。
那么柴油發電機組技術的現代發展狀況如何?
張振毅:我國早已建立的柴油發電機組生產體系其產品系列完備,質量上乘。雖然在整體技術水平上與世界一流產品還有距離,但在那個時代還是滿足了經濟建設對它的需求。改革開放后,通過引進、吸收國外先進的設計理念和制造技術,使柴油發電機組技術指標和質量有了很大的提高。也出現了具有自主知識產權的新設計、新工藝和智能化的加工中心。柴油發電機組系列產品還獲得了逐年增長的出口訂單。
我國也鼓勵國外的柴油發電機組企業進來建立獨資、合資公司。它們的到來雖然加劇了柴油發電機組市場的競爭程度,但也直接把國外的先進技術、制造工藝帶進我國。使國內柴油發電機組制造領域的發展得到促進。
發展低碳經濟,勵行節能減排。對柴油發電機組制造領域尤為重要,需做的事還很多。就柴油發動機而言;使單位油耗轉換成更大的動能、再減少排出廢氣中有害物質的含量、繼續降低發動機的噪聲,是其改進的重點。經過不斷地研發和實踐,進氣增壓、中冷技術、共軌式燃油噴射系統、電子調速、電子控制等先進成果被廣泛采用。再加之高精度智能化加工中心已成為制造過程的主體?,F代,柴油發動機的有效效率可達87%左右。滿負荷下油耗低到每千瓦時191~199克。排出廢氣中有害物質含量大為降低,例如NO氧化氮類,每立方米小于2千毫克,符合歐Ⅲ排放標準。同等功率的中、大型柴油發動機的運行噪聲也比從前降低了5~6分貝。
發展和創新理念也深入柴油發電機組的技術領域;現在已有燃汽輪機發電機組和燃燒天然氣的內燃機發電機組,可輸出10KV高電壓的發電機組也已形成產品。從部件到整機,新的探索及成果還在不斷涌現。
目前,在國家拉閘限電的情況下,柴油發電機組的市場銷售狀況如何?
張振毅:可以說目前是供求兩旺。柴油發電機組市場品種齊全,型號、系列完備。形成了國產、合資、純進口品牌的三足鼎立形勢;國產品牌的柴油發電機組物美價廉、質量上乘、零部件保障有力。洋品牌制造精良、智能化程度高。夾在中間的合資品牌,常以其產品性能價格比好吸引客戶。市場上,價格戰是經常出現的游戲。激烈的競爭給客戶帶來了好處;與十年前相比,同類型的柴油發電機組的價格平均下降了10%~20%。
柴油發電機組一般都有哪些重要的技術指標?
張振毅:用戶看重的是柴油發電機組能在需要時即刻起動,并向負荷供出優良的電能。為此所關注的重要技術指標;一是柴油發電機組帶較重負荷時或已帶負荷量發生變化時,它的輸出電壓會因此變化成一個新的值,把這個變化時間定義為電壓穩定時間Su。它越小說明機組對負荷變化的響應能力越強,一般Su是0.5~3秒。再用變化成的新值與空載時輸出電壓整定值(380V或400V)的差除以輸出電壓整定值的百分數作為穩態電壓調整率δu,它表示機組對負荷變動引起的輸出電壓變化的調節功能。δu通常在±3~±5%之間。在帶負荷或其變化時,Su和δu都為零是理想狀態,柴油發電機組力求它們的值最小。
二是表示柴油發電機組在以上條件下,它的輸出電壓頻率隨負荷變化的狀況。定義了頻率穩定時間St和穩態頻率調整率δf兩個參數。它們也是越小越好,說明機組對因負荷變化而引起頻率變化的響應和調控能力。St的范圍是2~7秒,δf在0.5~5%之間。
三是柴油發動機的有效燃料消耗率ge和有效效率ηe。前者定義為一小時內輸出每千瓦有效功率,內燃機所消耗的燃油量。這是個衡量柴油發動機耗油量的重要指標,ge通常在220~285克之間。后者定義為轉變一千瓦時有效功的熱量與完成一千瓦時有效功所消耗熱量的比。ηe的值一般是0.7~0.85。它表明了柴油發動機的有效效率,越大越好。
那么,用戶在選購柴油發電機組時需考慮些什么?
張振毅:首先計劃要讓柴油發電機組帶多少現有的和擬擴充的負荷,這就確定了所需機組的輸出功率。柴油發電機組的輸出功率都以額定有功功率KW示值,而有的也標注視在功率KVA,發電機的功率因數通常都以0.8設計,所以KW是KVA的0.8。上面提到的技術指標是評價柴油發電機組的客觀依據,要認真分析、比較。還要考慮當地的海拔高度、常年氣候變化情況、噪聲對環境的影響等自然狀況。選擇性價比最好的產品滿足需要。
請談一下UPS系統與柴油發電機組配接的問題。
張振毅:主要是UPS輸入電流中的高次諧波分量問題。它的前級整流器產生的高次諧波電流,隨輸入電流進入為其供電機組中同步發電機的電樞繞組,并干擾電樞磁場。使發電機輸出的電壓波形發生畸變,也出現高次諧波分量。這樣的電壓供給UPS,如果其中的高次諧波分量足以干擾破壞UPS跟蹤輸入電壓的鎖相電路的工作,則UPS就無法轉逆變器輸出。它與柴油發電機組因此配接不上。當然,選用比UPS輸出功率大幾倍的柴油發電機組,使其同步發電機的強大電樞磁場受高次諧波電流的干擾相對變小,進而使輸出電壓中的高次諧波分量降低以解決與UPS的配接,是一個辦法,但太不經濟。較好的做法是選用前級是有源功率因數校正電路PFC的或IGBT整流器的UPS產品。它們的輸入電流諧波分量都小于5%,非常有利于與柴油發電機組的配接。對于已安裝的UPS,可在其帶載工作時用電能質量分析儀檢測輸入電流各高次諧波分量的大小,對診以無源濾波器盡量濾去干擾大的諧波分量,以實現與柴油發電機組的配接。
作為用戶,怎樣做好柴油發電機組的使用和維護工作?
張振毅:認真閱讀所安裝的柴油發電機組的隨機技術手冊,熟悉其性能和技術指標,領會并掌握使用和維護要領。再根據機組的規范及應用狀況,建立一套使用與維護制度并嚴格履行,是做好柴油發電機組的使用和維護工作的保障。
就電源領域而言,柴油發電機組都是當作后備電源,在市電中斷時才要它發電??芍^“養兵千日,用在一時”。因此日常工作尤為重要;柴油和潤滑油油路、進氣與排氣氣路、冷卻水水路、起動電池狀況、控制柜的工作等都要按制度和規范仔細保養、維護,使柴油發電機組處于良好的狀態之中。

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