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现代柴油发电机组之新特点及发展趋势

1 现代柴油发动机的新特点

柴油发电机组的技术水平与柴油发动机的技术发展及水平密切相关,衡量和评价柴油发电机组的性能往往将柴油发动机作为重要内容。因为日常使用维护及经常性的工作,主要是柴油发动机,因而性能优良的柴油发动机是现代发电机组的坚实基础。
1) 不断完善机构,采用涡轮增压中冷等技术。

日前,国外的柴油发电机组采用柴油发动机功率大于50kW的,都普遍用涡轮增压技术改善比功率,同时有用不同的申冷技术,结合多气门技术,使柴油发动机的比功率进一步强化。其比质量最高值可达1.98kg/kW,而普通柴油发动机比质量在8.0~20kg/kW,可见其差别悬殊。由于比功率的强化,对进气系统、燃料供给系统、活塞组、曲轴连杆机构的材料性能都要进行不断完善及改进,对生产工艺水平也提出了更高要求。

2) 广泛使用高速柴油发动机。中、小功率巳(2000kW以下机组)普遍采用高速柴油发动机,从近十年来世界各地定购的机组的情况看,80%为转速1500r/min的柴油发动机,使机组整体性能得到提高。
3) 采用电喷技术、电子调速器、电子液压调速器。提高了机组的供电质量,降低了排气对环境的污染。
4) 采用双燃科技术。将柴油发动机燃料系统设计成既能燃用柴油,又能燃用天然气,以提高其适应性。
5) 制造精度高,接近零公差生产,机械性能好。首次大修运砖时间为25000~30000小时,一般机组20000小时以内。
6) 采用高压共轨式燃油供给系统,通过精密的电子控制燃油喷射装置,可以自由控制喷油时刻、喷油量和喷油压力,达到最大限度降低柴油机燃烧噪声、有效控制柴油机有害气体排放的目的。并可获得明显的经济效益。降低了燃油消耗,如奔驰MUT机组燃油消耗率为198g/kWh,机组表面噪声只达到106dB,降低了排气污染,增加了突加载能力,2~4s
内即可加载70%。一般机组在15s左右带载。
7) 冷启动性能,在无辅助装置且在-20C肘能成功启动有辅助装置时可在-50C时成功启动。

2 交流同步发电机及励磁调压新技术

现代同步交流发电机在电机结构及励磁方式上改进较大,且为了适应现代电器设备负载的变化仍在不断完善。
1) 发展单轴承交流同步发电机。采用单轴承结构,缩小了机组的总尺寸,使发电机与柴油发动机的联接更加可靠,降低机组噪声和振动。
2) 采用无刷励磁方式。无刷励磁方式一般以通过交流励磁机进行励磁的无刷自励方式为标准方式,采用电流互感器和线性电抗器的功率矢量合激式励磁及复激自励方式。为了适应现代负载,随着高性能永磁铁的研制,无刷PMG(永磁发电机)励磁方式已被大量采用,该励磁方式下励磁状况不受负载的影响,且具有可供持续短路电流的优点。几种励磁系统的性能特点及比较,见表1。
表1 不同励磁方式性能对比
励磁方式
稳态电压调整△U%
响应性(时间)(s)
电压波形
无线电干扰
效率
温度补偿能力
体积和重量
供电持续短路电流
无刷并激自励(可控硅)
±1~±3
0.5

较大
90



无刷复激自励(相复励)
±1~±2
≤0.3
一般

90
较差


无刷复激自励(谐波自硅)
±1
≤0.3
较差

90
较好
较大

无刷PMG(永磁发电机)
≤±0.5
0.5


90以上





3) 采用高等绝缘材料。发电机采用高等绝缘材料(H级),以确保发电机在苛刻环境下长期可靠运行,同时具有自动除潮功能。
4) 短路电流大,在三倍额定电流下可运行105。如法国(Leroy Somer)利莱森玛发电机。
5) 保护等级高,高性能机组为IP23,一般机组为IP2l。
6) 普遍采用2/3节距绕组,最大限度降低了三次谐波和中线电流,适合于非线性负载用户,可用脉冲抑制器保护二极管免受电压峰值的影响。

3 配电及控制系统

现代柴油发电机组的控制系统广泛使用光机 电一体化新成果。从简单手控演变到由运用可编程控制器或微处理器等一系列新技术实施控制。从单机向多机联动冗余备份,以确保供电系统的可靠。提高发电机励磁控制系统是最经济有效改善发电机组性能的途径。

1) 采用微处理器或可编程等专用控制器。利用计算机技术的专用控制器使机组使用过程更加灵活,运行更加可靠,归纳起来主要有以下儿种模式:
(1) 单机自动控制功能。包括根据情况设置自启动机组,低油压、高水(油)温、超速告警及停机保护等。
(2) 单机自启动、与ATS配合实现自动切换功能。检测市电指标,当市电异常时,机组自动起动,自动与ATS配合向负载供电,并市电优先供电。一旦市电恢复正常,自动切换到市电,机组延时冷却自动停机。
(3) 对两台或多台机控制。可根据单机运行状态,使两台互为备用;对于多台机根据负荷情况,自行起动机组并机运行或解列,合理分配负荷。
(4) 具有远程控制接口,以便完成遥控、遥信、遥测、遥调即”四遥”功能。在机组的控制系统中具有Rs232/485通信接□,运用目前常用的微型计算机即可用来对机组进行监控,并可对机组进行遥控启动,遥控正常停机,遥控紧急停机,遥控故障复位等;传输其电压、电流、频率、油压、水温、蓄电池电压及各种物理量信号等。
(5)采用数字化显示。将机组的电流、电压、频率、转速、油压、水温等由原机械式仪表向数字式显示方向转变,以便加强机组辅助装置的可靠性和可视性。

如清华泰豪发电机组。国际标准认证;产品服务体系符合1509001国际标准;瞬间性能符合或超过ISO8528#5要求;产品性能符合甚至优于ANSI,lEEE和NEMA所规定的标准;发电机组实验完全达到苛刻的美国军事标准MIL-STD7O5B。

4 现代柴油发电机组的发展趋势

电力工业是一种先行工业,世界各国经济发展的经验表明,只有当电力工业的增长率高于其他工业的发展速度,才能促使整个国民经济的全面快速增长,并满足人民生活的各种需求。

柴油发电机组是主、备用电源的重要组成部分。用电设备技术现代化程度愈来愈先进,对柴油发电机组的可靠性要求愈来愈严格。同时柴油发电机组是集机械、电子为一体的技术密集型产品,涉及电磁学、电机学、机械工程、自动控制工程、现代设计方法等。进入20世纪90年代以来,这一综合技术水平有了很大的飞跃。

现代柴油发电机组在技术吸收了当代新技术,因而在技术上有许多重大改进,增强功能、改善性能、增加环境适应性、增强可靠性等,以适应不同场所的用电需求。

例如:Leroy Somer无刷同步自励发电机。Leroy Somer公司为国际著名的发电机生产厂,无论从质量上还是数量上都处于世界领先地位,LSA发电机为Leroy Somer公司专为柴油发电机组设计、生产,特别适合柴油发电机组的使用,该发电机具有如下特点:

采用低磁阻材料,发电机转换效率高;绝缘等级H级;采用AREP无刷励磁方式,响应迅速,抗冲击,瞬态特性好;AVR电压调整器,电压输出精度高,稳态电压输出调整率为<+1%;输出波形质量高,谐波含量<4%;强化结构设计,延长保养工作周朝,保养周期为3600小时。

由于世界著名大型发动机公司、飞机制造公司以及著名军工企业加入发电机组生产行列,对进一步提高发电机组的技术水平有极大的推动作用。如奔驰公司制造的MTU发电机组。

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