(一)機(jī)組的工作條件
機(jī)組的工作條件是指在規(guī)定的使用環(huán)境條件下能輸出額定功率,并能可靠地進(jìn)行連續(xù)工作。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電站(機(jī)組)工作條件,主要按海拔高度、環(huán)境溫度、相對(duì)溫度、有無(wú)霉菌、鹽霧以及放置的傾斜度等情況來(lái)確定的。根據(jù)GB2819-81國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,電站在下列條件下應(yīng)能輸出額定功率,并能可靠地進(jìn)行工作。
A類(lèi)電站:海拔高度1000m,環(huán)境溫度40℃,相對(duì)濕度60%;
B類(lèi)電站:海拔高度0m,環(huán)境溫度20℃,相當(dāng)濕度60%。
電站在下列條件下應(yīng)能可靠地工作,即海拔高度不超過(guò)4000m,環(huán)境溫度上、下限值分別為:上限值為40℃、45℃;下限值為5℃、-25℃、-40℃;相對(duì)濕度分別為60%、90%、95%。
(二)機(jī)組的主要技術(shù)性能指標(biāo)
機(jī)組的技術(shù)性能指標(biāo),是衡量機(jī)組供電質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的主要依據(jù),其主要技術(shù)性能通常按機(jī)組功率因數(shù)從0.8~1.0,三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載在(0~100)%或(100~0)%額定值的范圍內(nèi)漸變或突變時(shí),應(yīng)達(dá)到的性能有:
1、穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率δU(%)
δU100%
式中,U1—負(fù)載變化后的穩(wěn)定電壓的最大值(或最小值);
U—空載整定電壓值。
Ⅰ~Ⅲ類(lèi)機(jī)組δU為±(1~3)%;Ⅳ類(lèi)機(jī)組δU不超過(guò)±5%。
2、穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)整率δf(%)
δf
式中f1—負(fù)載漸變后的穩(wěn)態(tài)頻率的最大值(或最小值);
f2—額定負(fù)載時(shí)的頻率;f——額定頻率。
Ⅰ~Ⅲ類(lèi)機(jī)組δf為(0.5~3)%;Ⅳ類(lèi)機(jī)組δf不超過(guò)5%。
3、電壓穩(wěn)定時(shí)間(s)
從負(fù)載突變時(shí)算起到電壓開(kāi)始穩(wěn)定所需的時(shí)間,通常用示波器來(lái)測(cè)量。
Ⅰ~Ⅲ類(lèi)機(jī)組電壓穩(wěn)定時(shí)間為(0.5~1)%;Ⅳ類(lèi)機(jī)組穩(wěn)定時(shí)間為3%。
從負(fù)載突變時(shí)算起到頻率開(kāi)始穩(wěn)定所需的時(shí)間,通常也是用示波器來(lái)測(cè)量。
Ⅰ~Ⅲ類(lèi)機(jī)組頻率穩(wěn)定時(shí)間為(2~5)s;Ⅳ類(lèi)機(jī)組頻率穩(wěn)定時(shí)間為7s。
4、空載電壓整定范圍
機(jī)組整定電壓應(yīng)能在額定值的(95~105)%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)和穩(wěn)定工作。例如額定電壓為400V的機(jī)組,其空載電壓可在(380~420)V之間調(diào)整。
5、在三相不對(duì)稱(chēng)負(fù)載下運(yùn)行線(xiàn)電壓的穩(wěn)定度
機(jī)組供電在三相不對(duì)稱(chēng)負(fù)載下運(yùn)行時(shí),如果每相電流都不超過(guò)額定值,而且各電流之差不超過(guò)額定值的25%,則各線(xiàn)電壓與三相電壓平均值之差應(yīng)不超過(guò)三相線(xiàn)電壓平均值的5%。
6、機(jī)組的并機(jī)性能
兩臺(tái)規(guī)格型號(hào)完全相同的三相機(jī)組,在額客功率因數(shù)下,應(yīng)能在(20~100)%額定功充范圍內(nèi)穩(wěn)定并聯(lián)運(yùn)行。為了提高有功功率和無(wú)功功率合理分配精度和運(yùn)行的穩(wěn)定性,要求機(jī)組中柴油機(jī)調(diào)速器具有穩(wěn)態(tài)調(diào)速率在(2~5)%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的裝置。在控制箱(屏)內(nèi)的調(diào)壓裝置可使穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率在5%范圍內(nèi)調(diào)整。
此外,還有電壓、頻率波動(dòng)率、超載運(yùn)行時(shí)限、瞬態(tài)電壓、頻率調(diào)整率及直接啟動(dòng)空載異步電動(dòng)機(jī)的能力等性能,隨著技術(shù)的發(fā)展,國(guó)產(chǎn)和引進(jìn)的各類(lèi)機(jī)組還具有其他特殊的性能,這里不多介紹。
(三)、機(jī)組的自動(dòng)化性能
隨著通信的發(fā)展,現(xiàn)代通信設(shè)備的普及應(yīng)用,對(duì)交流電源的供電要求也越來(lái)越高,有些通信設(shè)備不允許交流電源的瞬間中斷,這就要求機(jī)組必須具備自動(dòng)化的功能,目前正逐步推廣電源設(shè)備集中監(jiān)控技術(shù)也要求機(jī)組必須自動(dòng)化。由于機(jī)組自動(dòng)化程度不同,因此,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有明確規(guī)定。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB4712-84標(biāo)準(zhǔn),機(jī)組自動(dòng)化分為三級(jí),下面分別予以敘述。
1、一級(jí)自動(dòng)化機(jī)組的性能。
(1)機(jī)組應(yīng)自動(dòng)維持應(yīng)急準(zhǔn)備運(yùn)行狀態(tài),柴油機(jī)啟動(dòng)前自動(dòng)進(jìn)行預(yù)潤(rùn)滑;
(2)當(dāng)機(jī)組需要啟動(dòng)運(yùn)行時(shí),能按自動(dòng)控制指令或遙控指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)。如果機(jī)組需要停機(jī)時(shí),也能按自動(dòng)控制指令或遙控指令自動(dòng)停機(jī)。
(3)機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中,若出現(xiàn)過(guò)載、短路、超速、過(guò)頻、水溫過(guò)高、機(jī)油壓力過(guò)低等異常情況均能進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)。
(4)機(jī)組應(yīng)配備表明正常運(yùn)行和非正常運(yùn)行聲光信號(hào)系統(tǒng),通過(guò)這些信號(hào)表明機(jī)組運(yùn)行情況。
(5)機(jī)組在無(wú)人值守的情況下應(yīng)能連續(xù)運(yùn)行4h。
2、二級(jí)自動(dòng)化機(jī)組
此類(lèi)機(jī)組除滿(mǎn)足一級(jí)自動(dòng)化機(jī)組一各項(xiàng)要求外,還應(yīng)滿(mǎn)足下述要求:
(1)機(jī)組應(yīng)具有燃油、機(jī)油和冷卻水自動(dòng)補(bǔ)充的功能。
(2)機(jī)組在無(wú)人值守的情況下,能連續(xù)運(yùn)行240h。
3、三級(jí)自動(dòng)化機(jī)組
該機(jī)組除滿(mǎn)足一、二級(jí)自動(dòng)化機(jī)組的各項(xiàng)要求外,還必須具備下面功能:
(1)當(dāng)機(jī)組自啟動(dòng)失敗時(shí),自啟動(dòng)控制程序系統(tǒng),應(yīng)能自動(dòng)地將啟動(dòng)指令轉(zhuǎn)移到下一臺(tái)備用機(jī)組。
(2)機(jī)組就能按自動(dòng)控制指令或遙控指令完成兩臺(tái)同型號(hào)規(guī)格的機(jī)組自動(dòng)并機(jī)和解列。
(3)機(jī)組并機(jī)運(yùn)行時(shí),應(yīng)能自動(dòng)分配輸出的有功功率和無(wú)功功率。
(4)機(jī)組除了具有一、二級(jí)自動(dòng)化機(jī)組的各項(xiàng)保護(hù)外,還應(yīng)具有逆功率保護(hù)等功能。
(四)、機(jī)組功率的標(biāo)定
油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)組是由內(nèi)燃機(jī)和同步發(fā)電機(jī)組合而成的。內(nèi)燃機(jī)允許使用的最大功率受零部件的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)苛的限制,因此,需規(guī)定允許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最大功率,稱(chēng)為標(biāo)定功率。
內(nèi)燃機(jī)不能超過(guò)標(biāo)定功率使用,否則會(huì)縮短其使用壽命,甚至可能造成事故。
1、柴油機(jī)的標(biāo)定功率
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,在內(nèi)燃機(jī)銘牌上的標(biāo)定功率分為下列四類(lèi):
(1)15分鐘功率即內(nèi)燃機(jī)允許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)15分鐘的最大有效功率。最短時(shí)間內(nèi)可能超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和要求具有加速性能的標(biāo)定功率,如汽車(chē)、摩托車(chē)等內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定功率。
(2)1小時(shí)功率即內(nèi)燃機(jī)允許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1小時(shí)的最大有效功率。如輪式拖拉機(jī)、機(jī)車(chē)、船舶等內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定功率。
(3)12小時(shí)功率即內(nèi)燃機(jī)允許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)12小時(shí)的最大有效功率。如電站機(jī)組、工程機(jī)械用的內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定功率。
(4)持續(xù)功率。即內(nèi)燃機(jī)允許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最大有效功率。
對(duì)于一臺(tái)機(jī)組,柴油機(jī)輸出的功率是指它的曲軸輸出的機(jī)械功率。根據(jù)GB1105-74規(guī)定,電站用于柴油機(jī)的功率標(biāo)定為12小時(shí)功率。即柴油機(jī)在大氣壓力為101.325kPa,環(huán)境氣溫為20℃,相對(duì)濕度為50%標(biāo)準(zhǔn)工況下,柴油機(jī)以額定轉(zhuǎn)速連續(xù)12小時(shí)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),達(dá)到的有效功率,用Ne表示。
美國(guó)康明斯NT系列柴油機(jī),其功率分為持續(xù)功率和備用功率,兩者功率之比為0.91:1,相當(dāng)于我國(guó)12小時(shí)功率和持續(xù)功率之分。
2、交流同步發(fā)電機(jī)的額定功率
交流同步發(fā)電機(jī)的額定功率是指在額定轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),輸出的額定電功率,用PH表示。根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境和技術(shù)要求,機(jī)組輸出的額定功率,由下式進(jìn)行計(jì)算:
PH=K1•η(K2K3NeH-Np)(kW)
式中PH——同步交流發(fā)電機(jī)輸出的額定功率(kW);
NeH——柴油機(jī)輸出的額定功率(PS);
K1——單位變換系數(shù)(即kW/PS)K1=0.736;
K2——柴油機(jī)功率修正系數(shù),表1-2所示;
K3——環(huán)境條件修正系數(shù),見(jiàn)表1-3和表1-4;
η——同步交流發(fā)電機(jī)的效率;
Np——柴油機(jī)風(fēng)扇及其他輔助件消耗的機(jī)械功率(PS)。
通常我們把柴油機(jī)輸出額定功率(PS)與同步交流發(fā)電機(jī)輸出的額定功率(kW)之比,稱(chēng)為匹配比,用K表示,即
(五)、現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展情況
隨著技術(shù)的發(fā)展,新材料的涌現(xiàn),新技術(shù)和新工藝的應(yīng)用,內(nèi)燃機(jī)從設(shè)計(jì)到制造的技術(shù)水平得到很大的提高。
(一)內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
1、提高內(nèi)燃機(jī)的單機(jī)功率
提高內(nèi)燃機(jī)單機(jī)功率的主要途徑通常采用增加汽缸的工作容積(即增大汽缸缸徑和缸數(shù))、提高轉(zhuǎn)速、提高平均有效壓力等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如康明斯K系列柴油機(jī)有6缸、8缸、12缸、16缸,其功率從450HP到1800HP。
2、提高經(jīng)濟(jì)性能
現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)采用增壓技術(shù)、改善燃燒過(guò)程提高機(jī)械效率方面不斷改進(jìn)來(lái)降抵燃油的消耗提高經(jīng)濟(jì)性。
3、提高可靠性,延長(zhǎng)使用壽命
現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)各生產(chǎn)廠(chǎng)家廣泛采用新材料、新工藝和新技術(shù),不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝來(lái)提高其可靠性。
4、改進(jìn)測(cè)試手段
現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)正日益廣泛采用電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制、調(diào)節(jié)、測(cè)量和記錄,在監(jiān)視和試驗(yàn)方面,采用放射性同位素來(lái)測(cè)定零件的磨損,用激光全息光彈法測(cè)定曲軸、連桿、活塞和機(jī)體等零部件的應(yīng)力情況,來(lái)檢查機(jī)器的質(zhì)量。
5、改善對(duì)環(huán)境的污染
現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)在降低廢氣中的有害成分、臭味及噪聲方面不斷改善,來(lái)降低內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí)對(duì)環(huán)境的污染。
(二)發(fā)展中受到限制
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,促進(jìn)了生產(chǎn)的發(fā)展,設(shè)備制造技術(shù)的提高。但是,在發(fā)展過(guò)程中,又將受到材料、制造技術(shù)等方面的制約,使發(fā)展受到限制。目前內(nèi)燃機(jī)發(fā)展中受到下列限制:
1、提高單機(jī)功率加大缸徑的限制。近年來(lái)生產(chǎn)的大型低速二沖程柴油機(jī)最大汽缸直徑保持1060mm,單機(jī)功率保持在48000HP的水平。其原因該機(jī)型重達(dá)1700t,再大型化受制造、安裝、運(yùn)輸、維修因素的限制。因此,大功率中速機(jī)最大缸徑穩(wěn)定在650mm左右。現(xiàn)代汽油機(jī)最大缸徑不超過(guò)108~117mm,否則易發(fā)生爆燃、燃燒不易控制。
2、提高轉(zhuǎn)速的限制。現(xiàn)代的內(nèi)燃機(jī)其活塞的平均速度為11~12m/s,若大于12~13m/s時(shí)受到慣性力、振動(dòng)、磨擦、零件磨損等因素垢限制。內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高其燃燒過(guò)程將惡化,經(jīng)濟(jì)性就會(huì)降低。為此,很多廠(chǎng)家為提高內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速,縮短活塞行程、縮短活塞和連桿長(zhǎng)度、改進(jìn)燃料供給系統(tǒng)、減少活塞環(huán)數(shù)、提高零部件的剛度和強(qiáng)度方面采取很多改進(jìn)措施。
3、提高內(nèi)燃機(jī)平均有效壓力受到的限制。內(nèi)燃機(jī)裝增壓器是提高平均有效壓力的一種有效辦法,但是,增壓等強(qiáng)化措施受零件熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的限制。很多廠(chǎng)家采用冷卻活塞、組合活塞、可變壓縮比活塞、雙金屬熱調(diào)節(jié)活塞、二次噴油、二級(jí)增壓、降低壓縮比、用高強(qiáng)度合金鋼制造零件以及采用優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑油等措施來(lái)提高平均有效壓力。
總之,事物的發(fā)展,總會(huì)受到某此客觀因素的制約,如果突破這些制約,科學(xué)技術(shù)就會(huì)向前邁進(jìn)一大步。