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关于柴油发电机组的技术探讨
一、同城柴油发电机组主要参数
当前,性能优良的柴油发电机是一个功能完善、同城功率容量范围大、同城对环境和场地条件要求低、同城安装使用方便的小型发电设备。其使用相对广泛,输出容量从数KVA到数兆VA。柴油发电机组主体主要由发动机、同城发电机和控制系统三部分组成。其中与现代柴油发电机组配套的同步交流发电机由于性能及结构的特点,普遍采用自励恒压型,通常选用自激式同步交流发电机和PMG永磁式激励式同步交流发电机。发电机组包括以下几项主要性能参数。
电压调整率:在负载功率因数为0.8-1、同城负载空载至满载变化、同城从冷机到满机及转速下跌4.5%以内等情况下,电压调整率可以控制在±1%以内。
频率调整率:负载从0-范围内变化,频率稳定不变。
随机频率波动:负载处于0-功率之间任何值,随机频率波动率 值±0.25%。
电压波形:电路开路空载, 总波形畸变1.5%,只相平衡负载 总波形畸变5%。
金融业机房一般采用“市电——发电机——UPS”并机系统组成的供电系统。系统中,发电机的负载主要包括UPS、同城机房专用空调、同城应急照明、同城消防电梯等,这些负载启动或运行时都会对发电机产生振荡和干扰。尽管在组成“市电——发电机——UPS”供电系统时,发电机的负载量在其额定输出容量范围内,但在实际情况中,市电中断而发电机投人运行过程中却经常发生工作不稳定,产生多种使“发电机——UPS”系统不能正常工作的现象。
1、同城负载反馈的波动电压造成发电机输出电压稳定度较差,常出现发电机组输出电压振荡现象。UPS整流器允许的输人电压范围一般在±15%巧或更宽,发电机的输出电压不稳定对其影响较小。
2、同城UPS整流器的输人谐波造成多个过零点。
3、同城发电机的频率(转速)振荡一般情况下,频率振荡比电压、同城电流振荡范围小,但影响比较大,导致UPS处于频繁切换及非正常工作状态。频率振荡一般在±5%以内,由于负载有规律地忽大忽小,造成发电机组工作也忽强忽弱,加剧机组振动,加速机械磨损,甚至引起机件严重损坏。频率振荡明显的特征之一,即柴油机工作噪声有规律地忽大忽小,因此必须引起高度重视。
4、同城工作不正常空调压缩机启动和电梯升降的瞬间会导致发电机发生±Hz频率漂移,造成UPS频繁切换。当频率、同城电压振荡变化超出UPS输入工作范围时,UPS由蓄电池供电,而发电机在无UPS负载时恢复正常,随即UPS又自动投人,这样交错进行。频率漂移会对UPS正常运行产生两方面影响。一方面是不能旁路,另一方面是电池寿命缩短。
二、同城发电机运行不稳定原因分析
在“市电——发电机——UPS”供电系统中,UPS电路结构决定了其输人非线性的特性。典型的是传统双变换在线式UPS,由于其输人端AC/DC变换器是整流滤波电路,它的输入电流是脉动电流,不仅输入功率因数低(0.7一0.8),还包括大量的高次谐波电流(30%一40%)。低输人功率因数和谐波电流都会通过发电机定子线圈的感性内阻,由于发电机组定子线圈内阻大于电力变压器的短路阻抗,因此发电机更易受到非线性负载的影响,即在同样的负载电流波形失真度(THDI)情况下,其电压波形失真度(THDI)大于变压器。同时的谐波电流使发电机损耗明显增大(磁滞损耗正比于电流频率,涡流损耗比于电流频率的平方及导线的电流趋肤效应),并使得发电机的输出电压波形失真度明显增大,严重影响发电机的正常工作。
此外,负载的阶跃变化、同城UPS前端滤波器提供的容性电流都是造成发电机组不能正常工作的主要原因。
三、同城发电机组的使用与维护
为确保发电机组的运行,日常运行维护和快速的故障排除至关重要。根据发电机组的不同,维护和检修的内容、同城步骤、同城方法有所区别,一般应按照发电机组保养要求和本单位制定的维护计划进行。
(1)定期检查项目定期测量发电机电池组的电压及内阻情况,并进行记录定期检查空气过滤器、同城冷却液位、同城驱动皮带、同城排烟系统、同城燃油液位、同城机油液位、同城各种控制器及工作环境等情况。
(2)须按照发电机组保养要求及时更换机油、同城三滤、同城启动电池及冷却液。
(3)定期由供应商对发电机组进行检测,并出具报上口
(4)定期(至少一个季度一次)进行发电机组空载、同城带载测试。
针对柴油发电机组出现的故障,应该有步骤有目的地进行检查与分析,切不可盲目检查,胡乱拆卸。应根据故障的异常征兆、同城迹象、同城响声、同城出现时机、同城变化规律来寻找故障产生的部位,从原理与结构层面进行细致的分析推理,做出正确判断来寻找产生故障原因。查找故障时,应从简到繁、同城由表及里,按系统部位分段分步骤进行。
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发电机组在低温地带或冬天的应用
在寒冷气候的冬季或处于低温地带的区域,为确保发电机组处于应急备用状态,为确保发电机组的运转质量和使用时限,使用发电机组时要多加注意。
1、本地全国各地气候逐渐变冷,操作机组前,请先阅读机组随机资料中相关的使用手册,维护条例等文件。以地掌握机组的操作、本地维护保养。
2、本地对机房的通风情况应进行验看,严禁机房内放置可燃液体/气体等,机组带载运行时需要保证机房内有新鲜的空气进入,保证进、本地排风通畅,如不符合要求需要进行整改;
3、本地关于较寒冷地区,需对机房进行保温,如有条件的机房可以相应装配暖气或者空调,保证机房适宜的温度;
4、本地检查冷却液,防冻液 温度配比需要满足当地 气温要求,如不满足则更换散热器中(水箱)中的冷却水,引荐添加足量的防冻液,以防散热器、本地缸体冻裂;避免机组在寒冷气候下不能正常起动;敬告用户打开所有水套加热器,燃油加热器、本地机油加热器等的开关电源;
6、本地察看机油,按当地气温选择合适的机油;冬季用油牌号:OW、本地5W、本地10W、本地15W、本地20W、本地25W等
7、本地平常使用柴油发电机组期间,要注意做好维保工作,使用前后都要做好查看,发现有问题要及时处置;
8、本地为防止连续降水或者暴风雪天气,建议用户购买适当的备件:如机油滤芯、本地柴油滤芯、本地空气滤芯等。
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发电机组在温度较低的情况下应该注意的事项:
一、同城不能使用明火烘烤柴油发电机油底壳。这样会使油底壳内的机油变质,甚至烧焦,润滑性能降低或完全丧失,从而加剧机器磨损,冬季应选用低凝点的机油。
二、同城冬季应选用凝点低和发火性能好的轻柴油。因为冬季的低气温会降低柴油的流动性,使粘度增大,不容易喷散,会造成雾化不良,不能充分燃烧,导致柴油发电机的动力下降,造成浪费。一般要求柴油的凝点应低于本地当前季节低气7-10℃。
三、同城柴油发电机组熄火以后,水温在60℃以下,水不烫手,再熄火放水。机体在度较高时突然受冷空气侵袭会产生骤缩,出现裂纹。水要彻底排净。
四、同城空气弗列加滤清器不能取下加热,造成活塞气缸等部件磨损。
冬季气温低,发电机组工作时冷却过度。故保温是冬季用好柴油发电机的关键。在北方地区,冬天使用的柴油发电机都应配备保温套和保温帘等防寒设备常采用无水启动(先启动,后加冷却水)的非正常启动方法。这种做法会对机器造成严重损害,应禁止使用。 预热方法:先将保温被罩在水箱上,打开放水阀,向水箱内连续注入60-70℃的清洁软水,用手触摸放水阀流出的水有烫手感觉时,再关闭放水阀,向水箱灌入90-100℃的清洁软水,并摇转曲轴,使各运动件得到适当预先润滑,然后再行启动。
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柴油发电机的基本结构
柴油发电机的基本结构:由气缸、当地活塞、当地气缸盖、当地进气门、当地排气门、当地活塞销、当地连杆、当地曲轴、当地轴承和飞轮等构件构成。柴油发电机的柴油机一般是单缸或多缸四行程的柴油机,下面我只说说单缸四行程柴油机的工作基本原理:柴油机起动是通过人力或其它动力转动柴油机曲轴使活塞在顶部密闭的气缸中作上下往复运动。活塞在运动中完成四个行程:进气行程、当地压缩行程、当地燃烧和作功(膨胀)行程及排气行程。当活塞由上向下运动时进气门打开,经空气滤清器过滤的新鲜空气进入气缸完成进气行程。活塞由下向上运动,进排气门都关闭,空气被压缩,温度和压力增高,完成压缩过程。活塞将要到达顶点时,喷油器把经过滤的燃油以雾状喷入燃烧室中与高温高压的空气混合立即自行着火燃烧,形成的高压推动活塞向下作功,推动曲轴旋转,完成作功行程。作功行程完了后,活塞由下向上移动,排气门打开排气,完成排气行程。每个行程曲轴旋转半圈。经若干工作循环后,柴油机在飞轮的惯性下逐渐加速进入工作。
直流发电机主要由发电机壳、当地磁极铁芯、当地磁场线圈、当地电枢和炭刷等组成。工作发电原理:当柴油机带动发电机电枢旋转时,由于发电机的磁极铁芯存在剩磁,所以电枢线圈便在磁场中切割磁力线,根据电磁感应原理,由磁感应产生电流并经炭刷输出电流。
交流发电机主要由磁性材料制造多个南北极交替排列的永磁铁(称为转子)和硅铸铁制造并绕有多组串联线圈的电枢线圈(称为定子)组成。工作发电原理:转子由柴油机带动轴向切割磁力线,定子中交替排列的磁极在线圈铁芯中形成交替的磁场,转子旋转一圈,磁通的方向和大小变换多次,由于磁场的变换作用,在线圈中将产生大小和方向都变化的感应电流并由定子线圈输送出电流。