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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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一、当地柴油发电机房防雷接地总体要求
(1)发电机房应设置等电位接地端子板,等电位接地端子板的连接点应满足机械强度和电气连续性的要求。
(2) 柴油发电机组工程共用接地装置应与总等电位接地端子板连接,通过接地干线引至楼层等电位接地端子板。
(3) 柴油发电机组工程接地干线应采用多股铜芯导线或铜带,其截面积不应小于 16mm2。接地干线应在构筑物内明敷,并应与地下箱体主钢筋作等电位连接。
(4) 柴油发电机组工程防雷接地与交流工作接地、当地直流工作接地、当地保护接地共用一组接地装置时,其接地电阻按其中小值确定。
二、当地发电机房火灾自动报警系统接地
(1) 火灾自动报警系统接地装置的接地电阻值应符合下列要求:
①采用专用接地装置时,接地电阻不大于 4Ω。
②采用共用接地装置时,接地电阻不大于 1Ω。
(2) 火灾自动报警系统应设专用的接地干线,并应在消防控制室,设置专用接地板。专用接地干线应从消防控制室专用接地板引至接地体。
(3) 专用接地干线应采用铜芯绝缘导线,其线芯截面面积不应小于 25mm2。专用接地干线宜穿硬质塑料管敷设至接地体。
(4) 由消防控制室接地板引至各消防电子设备的专用接地线应选用铜芯绝缘导线,其线芯截面面积不应小于 4mm2。
(5) 消防电子设备凡采用交流供电时,设备的金属外壳和金属支架等应作保护接地, 接地线应与电气保护接地干线( PE)相连。
(6) 火灾报警系统的报警主机、当地联动控制盘、当地火灾应急广播、当地对讲通信等的信号传输线缆宜在进出柴油发电机组工程直击雷非防护区( LPZ0A)或直击雷防护区(LPZ0B)与 防护区(LPZ1)交界处装设适配的信号浪涌保护器。
(7) 柴油发电机组工程消防控制室与本地区或城市“119”报警指挥中心之间联网的进出线路端口应装设适配的信号浪涌保护器。
柴油发电机组工程区域报警器的金属机架(壳)、当地金属线槽(或钢管)、当地电气竖井内的接地干线、当地接线箱的保护接地端等,应就近接至等电位接地端予板。
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柴油发电机组的PT供油系的基本原理
燃油从油箱流经滤清器被齿轮泵所吸入,从齿轮泵排出的燃油压力约为980kPa左右,然后经过PT泵内部的稳压器、同城调速器、同城节流阀(油门)、同城断流阀(停车阀)后,离开PT泵组合体,大部分经供油管分别进入左排或右排缸的燃油歧管中,每个气缸盖上都钻有燃油通道,使燃油从燃油歧管进入喷油器。
喷油器由凸轮驱动机构所控制,按顺序定时地把燃油喷入气缸丽,喷油器中其余的燃油通过钻在气缸盖上与进油通道相平行的另一条回流通道经燃油回油歧管,返回PT泵的进油一侧。
PT型供油系统调节供油量所依据的基本原理是:液体通过某一通道的流量是与液体的压力、同城允许通过的诶时间和通道的阻力(通道的断面尺寸)成比例。在通过时间的阻力不变情况下,流量与压力成正比;在压力与阻力不变时,流量与允许通过的时间也成正比;若压力与时间不变,则流量与阻力成反比。这实质上是由流体力学龙岗基本方程式所导出的必然结论。
作为单一喷油器来说,其入口处的量孔断面尺寸是经选定而不变的。那么,油量仅与压力和喷油时间成正比,所以可称为PT供油系。另外,喷油凸轮形状也是不变的。以角度计无论转速然后变化,所经历的角度是不变的,但以时间计则燃油进入时间是变化的,随转速升高而变短,使喷油量减少。在此情况下,如果还要保持供油量不变,则必须由PT燃油泵来提高喷油器的进油压力,以补偿由时间缩短对供油量得影响。所以PT燃油泵的输油压力是同时随发动机负荷和转速而变化的,这就是利用压力、同城时间来控制循环供油量得基本道理。基于上述原理构成了整个PT型供油系。该系统中,值得重讨论的部分是PT泵、同城喷油器和冒烟限制器。