柴油发电机组产业相关概述

第一章柴油发电机组产业相关概述

第一节柴油发电机组基础阐述

一、柴油发电机组装置特点

柴油发电机组与汽轮发电机组比较，有以下特点：①每单位出力的体积小，重量轻，系统简单，一般多为整体配套。因此，柴油机电站建设速度快。②柴油机发电的热效率较高，而且部分负荷或轻负荷时，每单位出力的燃料消耗量的变化不大。③柴油发电机组的起动、带负荷和停机时间都较短，它可以随时起动，更适于作应急电源。④柴油发电机组操作维修较汽轮发电机组简单、方便。但是，柴油发电机组也有一些缺点：①仅能使用液体燃料，燃料价格较贵，故电能成本较高。②柴油机磨损较大，寿命较短，检修比较频繁。运行稳定性和过负荷能力比蒸汽动力装置差。③运行中机组的振动和噪声大，工人操作条件较差。④发电机的磁极表面必须设有制动线圈，才能便于机组的起停。

二、柴油发电机组的工作原理

在柴油发电机组汽缸，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油充分混合，在柴油发电机组活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为“作功”。柴油发电机组各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。这样柴油发电机就完成了一个工作循环。

随着一个又一个工作循环重复进行，柴油发电机组连续运转。柴油机的控制核心是通过控制喷油泵来调节和稳定转速，一般分为机械调速和电子调速。电子调速器采用双闭环控制，用转速传感器检测柴油机转速，把检测结果转换成比例的电信号，将之与给定的标准转速信号比较，得出偏差信号，再与柴油发电机组执行器的位置反馈信号相加，以合成后的信号作为执行器动作的输入信号，通过控制柴油发电机组喷油泵齿杆位置来调节供油量，从而达到调速稳速的目的。目前国外柴油机也引用了先进的发动机的“电喷”控制技术，在带载特性、节约燃油和环保排放以及降低噪音等方面性能卓越。发电机组的有功调节就是对柴油发电机转速的调节。

柴油发电机组是由燃机和同步发电机组合而成的，燃机的最大功率受零部件的机械负荷和热负荷的限制，称为额定功率，交流同步发电机的额定功率是指在额定转速下，长期连续运转时，输出的额定功率，通常把柴油机组输出额定功率与同步交流发电机输出的额定功率之间，称为匹配比。

柴油发电机组属自备电站交流供电设备的一种类型，是一种小型独立的发电设备，以燃机作动力，驱动同步交流发电机而发电。将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装，就可以利用柴油发电机组的旋转带动发电机的转子，利用“电磁感应”原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。

作为一种小型发电设备，柴油发电机组是以柴油等为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电的。整套机组一般由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、起动和控制用蓄电瓶、保护装置、应急柜等部件组成。柴油发电机组属非连续运行发电设备，若连续运行超过12h，其输出功率将低于额定功率约90%。如果使用者需要长时间不间断使用，则需要配置常用型发电机组，也就是应机组应该要考虑到长时间工作机组功率下降这一点了。柴油发电机组常用功率和备用功率的关系是：比如用户需要100KW柴油发电机组，常用100KW的柴油发电机组备用功率为100KW*110%=110KW。也就是备用。100KW的柴油发电机组的常用功率为90KW。

三、柴油发电机组额定参数

为了保证机组达到各项技术指标，在机组设计和制造时，必须使柴油机和发电机良好匹配，它包括功率和转速两个方面。柴油机的功率是指柴油机以额定转速连续12小时正常运行所能达到的有效功率。同步发电机的功率是指在额定转速下，长期连续运转时输出端子上得到的额定电功率。通常把柴油机的额定功率（马力）与同步发电机的额定功率（千瓦）之比称为匹配比。在平原上使用的机组一般要求匹配比为 1.6：1；对于一些要求较高的移动电站，匹配比取2：1。转速的匹配要求也很严格。转速与机组的功率、频率、电压等都有密切的关系，因此要求与发电机配套的柴油机必须具有性能较好而又工作可靠的调速器，以保证在较短时间把发电机带到它的额定转速并稳定运行，还要能满足负载发生变化时对调速的要求。

四、柴油发电机组性能指标

柴油发电机组性能指标

1、外观要求

（1）柴油发电机组的界限尺寸、安装尺寸及连接尺寸均符合规定程序批准的厂品图样（2）机组的焊接应牢固，焊缝应均匀，无焊穿、咬边、夹渣及气孔等缺陷，焊渣焊药应清除干净；漆膜应均匀，无明显裂缝和脱落；镀层应光滑，无漏镀斑点、锈蚀等现象；机组紧固件应不松动。

（3）柴油发电机组的电气安装应符合电路图，机组的各导线连接处应有不易脱落的明显标志。

（4）柴油发电机组应有接地良好的端子。

（5）柴油发电机组标牌容齐全

2、绝缘电阻和绝缘强度

（1）绝缘电阻：各独立电气回路对地及回路间的绝缘电阻应大于2M

（2）绝缘强度：机组各独立电气回路对地及回路间应能承受交流试验电压1min，应无击穿或闪烁现象。回路电压试验电压<100V750V≥100V1440V

3、相序要求。

柴油发电机组控制屏接线端子的相序从控制屏正面看应自左到右或自上到下排序。

4、柴油发电机维持准备运行状态要求。机组应具有加热装置，保证其应急启动和快速加载时的机油温度、冷却介质温度不低于15℃

5、自动启动供电和自动停机的可靠性检查

（1）接自控或遥控的启动指令后，柴油发电应能自动启动。

（2）机组自动启动后第3次失败时，应发出启动失败信号；设有备用机组时，程序启动系统应能自动地将启动指令传递给另一台备用机组。

（3）从自动启动指令发出至向负载供电的时间应不超过3min

（4）柴油发电机自动启动成功后，首次加载量应不低于50%标定负载。

（5）接自控或遥控的停机指令后，机组应能自动停机；对于与市电电网并用的备用机组，当电网恢复正常后，柴油发电机应能自动切换或自动停机，其停机方式停机延迟时间应符合产品技术条件规定。

6、自动启动成功率。自动启动成功率不小于99%。

7、空载电压整定围要求。机组的空载电压整定围不小于95%-105%标定电压。

8、自动补给功能要求。机组应能自动向启动电池充电。

9、自动保护功能要求。机组应有缺相，短路（不大于250KW），过电流（不大于250KW），过速，水温缸温高，油压低保护。

10、线电压波形正弦畸变率。在空载标定电压，标定频率下，线电压波形正弦畸变率<5%。

11、电压稳态调整率≤250KW>250KW3%2%

12、电压瞬态调整率≤250KW>250KW20%15%

13、电压稳定时间≤250KW>250KW≤2s≤1.5s

14：电压波动率≤250kw>250kw0.8%0.5%

15、频率稳态调整率≤250kw>250kw3%3%

16、频率瞬态调整率≤250kw>250kw9%9%

17、频率稳定时间≤250kw>250kw5s≤5s

18、频率波动率≤250kw>250kw≤0.8%≤0.5%

19、三相不对称负载下的电压偏差柴油发电机组在25%的三相对称负载下，在任一相再加25%标定相功率的电阻性负载，机组应能正常工作，线电压的最大或最小值与三线电压平均值的5%。

20、噪声在距机组柴油机和发电机1m处的噪声声压平均值：≤250KW>250KW≤102db（A）≤108db（A）

21、燃油消耗率。机组标定功率在120

22、柴油发电机消耗率。机组标定功率>40KW，机组消耗率≤3.0G/KW.H

23、在标定工况下运行试验机组在所规定的工作条件下，机组能以标定工况正常连续运行12h（其中包括过载10%运行1h），且柴油发电机组应无漏水和漏气现象。

24、遥控、遥信和遥测性能（1）智能型机组200KW以上的机组应为智能型，其监控容和接口要求如下：①遥控：开/关机、紧急停车、切换主备用机组。②遥信：工作状态（运行/停机）、工作方式（自动/手动）、主要用机组，过压、欠压、过流、频率③遥测：三相输出电压、三相输出动电池电压、输出功率。④接口：应具有通信接口（RS-232和RS-485/422）并能提供完整的通信协议。（2）非智能型机组200KW及以下的非智能型机组无遥控、遥信和遥测要求。

五、柴油发电机组主用功率和备用功率的含义

柴油发电机组的主用功率又称为连续功率或长行功率，在国，普遍都是用主用功率来标识柴油发电机组的，而在国际上又是采用备用功率，又称为最大功率来标识柴油发电机组，市场上常常有不负责任的厂家用最大功率当作连续功率来介绍和销售机组，造成许多用户在这两个概念上产生误解。柴油发电机组在我们国是用主用功率即连续功率来标称的，发电机组能够在24小时之连续使用的最大功率我们称之为连续功率，而在某一时段，标准是每12个小时之有1个小时可在连续功率的基础上超载10%，此时的机组功率就是我们平时所说的最大功率，即备用功率，也就是说，如果您购买的是主用400kw的机组，那么您12个小时之有1个小时可以运行到440kw，如果您购买的是备用400kw的机组，假如您不超载平时都开在400kw，其实该机组一直都开在超载状态（因为该机组实际额定功率只有360KW），这对机组是非常不利的，将会缩短机组的寿命和造成故障率增高。

第二节柴油发电机组噪声处理

一、柴油发电机组噪声源分析

柴油发动机组噪声是由多种声源构成的复杂声源。按照噪声辐射方式，它可分为空气动力噪声、表面辐射噪声和电磁噪声。按照产生的原因，柴油机表面辐射噪声又可分为燃烧噪声和机械噪声。其中空气动力噪声为主要噪声源。1、空气动力噪声是由于气体的非稳定过程，即由气体的扰动以及气体与物体的相互作用而产生的。直接向大气辐射的空气动力噪声，包括进气噪声、排气噪声和冷却风扇噪声。2、燃烧噪声和机械噪声很难严格区分，通常将由于汽缸燃烧形成的压力波动通过缸盖、活塞、连轩、曲轴、机体向外辐射的噪声称为燃烧噪声。将活塞对缸套的撞击和运动件的机械撞击振动而产生的噪声称机械噪声。一般直喷式柴油机燃烧噪声要高于机械噪声，而非直喷式柴油机的机械噪声则高于燃烧噪声。但是低速运转时燃烧噪声都高于机械噪声。3、电磁噪声是由发电机转子在电磁场中高速旋转产生的。

二、噪声的控制措施

柴油发电机组的噪声尤以排气噪声为主，噪声呈明显的低频性。在噪声源无法降低的情况下，可根据需要对该柴油发电机组采取隔声、吸声和消声的综合治理。1、机房通风及消声。实际工作中我们在考虑方案时既要有效降噪，又要满足发电机组运行需要的空气流量。（1）机房进风消声系统①为满足机组运行时所需的冷却风和燃烧空气量，机房采用机械进风方式通风。②在机房外用砖砌两个进风道，进风道墙体下分别安装一台低噪声轴流风机向机房送风。③进风道安装一台大风量组合片式消声器，吸收气流噪声和机械噪声。④进风道外墙体上开一进风口，进风口处安装特制铝合金百叶窗及防护丝网，防止异物进入风道。（2）机房排风消声系统①在机房外用砖砌两个排风道。②在每个排风道安装一台大风量组合片式消声器，吸收排气流噪声和机械噪声。③排风口设置在机组正前方，机组散热器前端设置减振柔性接头及导风扩容消声风管，连接到排热风消声道。④排风道出口处安装特制铝合金百叶窗及防护丝网，防止异物进入风道。（3）机组排气消声器发电机组随机配置的排气消声器的消声声量很小，以市兆航机电生产的柴油发电机组为例，一般为15－20dB（A），不能满足环保达标要求。在机组的排气管上重新安上针对高、中、低不同频率噪声设计的高效微穿孔板排气消声器。其特点为消声量大、阻力小、材质及结构耐高温。排气管与机组烟气出口处采用金属波纹管连接，以减少因钢性连接而产生的振动噪声。2、机房吸声。发电机房由于是砖砌混凝土结构，声反射强烈。为了达到吸声效果，机房墙面及顶面合理设置高效吸音材料，吸音层结构为铝合金穿孔扣板+离心吸音棉+轻钢龙骨+支吊架。机房原平均吸声系数α1≈0.10，加装吸声材料后机房平均吸声系数α2≈0.75－0.85左右，其吸声量可达9－

12dB（A），混响时间可降至2－3s。机房的响度也随之大大下降，极改善了工作条件，同时可提高机房的隔声性能。3、隔声系统。为保证机房良好的隔声性能，在机房与机房外相通处，安装防火隔声门，门缝密封材料为橡胶密封条。其它会引起漏声的孔洞用砖墙封堵。三、治理效果

通过治理机房界外噪声达到国家《城市环境噪声标准》（GB-3096-82）中二类区标准，经现场测试白天≤55dB（A），晚上≤45dB（A）达到了消除噪声污染的目的。

第三节柴油发电机组安全自动保护系统的分析

一、油雾保护系统

1、工作原理

油雾保护系统的主要保护元件是油雾探测器，它能及时检测出有否因轴承过热或活塞环损伤造成过量漏气等故障而导致在曲轴箱形成油雾，从而监视柴油机的主要运行部件——曲轴和气缸的工作状况是否正常。在柴油机运行过程中它通过采样管系不停地抽出曲轴箱的油气，并送至一个灵敏且准确的浓度测量装置。该浓度测量装置包括一个红外线发射二极管和对侧一个光电接收二级管。光电二级管感受红外线产生的光强度，并将光强度信号转换为电信号送至电子鉴定装置。如果曲轴箱气体含有油雾（使得浓度测量装置测量通道的不透明度增加），部分红外线会在测量管被吸收，光强度会减弱，因而电信号减弱。浓度越高电信号减弱越多，当电信号降低到一个最低限值时（即油雾浓度超过最大限值时），电子鉴定装置将发出“油雾探测器高油雾”警报并停机，同时阀箱指示出是哪一部分故障引起的高油雾，以供检修人员检查。

2、优缺点

该保护装置的快速性、灵敏性无可厚非，但经过几年的运行检修发现，由于外界或装置自身的原因，使得其选择性和可靠性大大降低。比如由于润滑油冷却器的泄漏（水进入并污染了润滑油），油雾探测器将会感受到由于水份的增加而引起的不透明度的增加，继而发生跳机。油雾探测器的电子元件属于高精度元件，但因其安装在柴油机本体上，温度高、振动大，工作环境极为恶劣，由此使得电子元件的老化加剧，产生温度漂移，跳机的灵敏度增加，误动率也增加。而且该保护有时出现指示灯全无指示，使得保护经常处于脱离状态等。频繁的保护误动及保护的无法就绪，不仅会造成因甩负荷而引起的材质疲劳，寿命缩短，而且会使生产人员产生麻痹心理，认为该装置不可靠，是误动，这样大大限制并误导了生产人员的思维，而在真正出现“高油雾”时就会发生事故。

3、常见故障及防改进对策

3.1元件老化，温度漂移等引起灵敏度改变

结合电厂的实际并经有关专家同意，将报警阀值S开关调至第4级（原4台机组均在第3级），运行至今未发生跳机现象。

3.2电子板故障

当油雾探测器出现红、绿指示灯全部熄灭的现象，且检查24VDC电源正常、插头无松动时，基本上就可判断为电子板故障，也可以采用对换其它机组的电子板来进行判断。如确属电子板故障，就应该及时检修或更换。

3.3曲轴箱油气中含有大量的水分

由于水分的存在，使得测量通道的不透明度大大增加，致使电子装置发生误报。这就需要检查润滑油中是否含有水分、润滑油冷却器是否泄漏、空气系统是否过度潮湿及油雾探测器底板的加热器是否工作正常等。近几年来，通过对高油雾跳机事件的分析发现，真正高油雾跳机为0%，高水份跳机为98%（而且最后检查，95%都是因润滑油冷却器的泄漏引起的），其余故障为2%（如电子板故障、继电器误动等）。所以如果在润滑油进机管道上加装一套高灵敏度的水份检测装置用于报警，就可以在水份过高时及时提醒运行人员，降低具有破坏性的跳机次数，增加电网的稳定性。

3.4装设油雾探测器装置的根本目的是监测柴油机本身曲轴箱部的工作状况是否发生变化。比如活塞环失效（包括剥落、异常磨耗、折断）造成缸套漏气到曲轴箱，形成高油雾。这时要检查缸套及活塞环，损坏的要更换。又如主轴瓦或连杆轴瓦高温烧瓦造成局部高温，造成油雾浓度增大而停机时，要打开防爆人孔门，仔细检查连杆大端轴承及轴是否有烧伤，必要时更换。

3.5油雾探测器本身的故障类型比较多，这些故障虽不会引起跳机，却会使柴油机失去重要的保护。根据运行经验总结，只要做到以下几点，就可将故障率降低到最低，也可使误跳率大大降低，并为跳机后的检查提供第一手资料。

（1）维护人员应做好定期维护。定期更换空气滤片、减压空气滤片，排出冷凝管的水分，清洗阀箱的油污，用酒精清洗红外探头，用压缩空气吹扫采样管、油路、气路，并做必要的报警试验及高油雾保护动作（最简单的方法是从采样管入口处吹一口香烟的烟雾进去）试验。

（2）机组运行时，运行人员应认真监测轴承温度、润滑油温度等有关参数，并定时观察油雾探测器工作状况、油雾浓度的指示情况、曲轴箱U形差压计的差值、曲轴箱透气装置