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工业用柴油发电机配置优选方案 |
摘要：工业用柴油发电机是指以柴油为燃料，将柴油燃烧产生的热能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能的设备。它主要用于工业领域，为各种设备和系统提供稳定可靠的电力供应。为适应不同环境特点和各种特殊要求，工业用柴油发电机组有着多种不同应用机型和可加装配置，以便能够适应陆上、海上以及高海拔等恶劣环境，并满足高灵敏度负载和用户对自动化程度的需求等各种功能。因此，康明斯公司在本文章中介绍了几种可选配套件和不同类型发电机组的选择。
一、柴发的类型、特点与应用
1、柴发基本类型
柴油发电机组从自动化程度上大致可分为手动、自动、遥控三种类型。用户可根据自己的实际需要，选择合适的控制系统。如需操作人员职守的手动发电机组及自动启动的发电机组，选择PCC1.2控制屏；需实现“三遥”功能的遥控发电机组可选择PCC2.2控制屏；并机则选用PCC3.3智能控制屏。如果所有的智能型控制屏再配置ATS切换系统，便可实现机电和市电对负载供电的自动切换。
（1）基本型柴油发电机组
如图1所示，这种类型柴油发电机组最为常见。其由柴油机、水箱、消声器、同步交流发电机、控制箱、联轴器和底盘组成，一般能作为主电源或备用电源。
（2）自启动型柴油发电机组
这种类型柴油发电机组是在基本型机组基础上增加了全自动控制系统。它具有自动化切换功能，当市电突然停电时，机组能自动启动，自动切换电源开关、自动送电和自动停机等一些功能；当机组油压力过底、机油温度过高或冷却水温度过度高时，能自动发出光声告警信号；当发电机组超速时，能自动紧急停止运行进行保护。
（3）微机控制自动化柴油发电机组
这种类型柴油发电机组由性能完善的柴油机、三相无刷同步发电机、燃油自动补给装置、机油自动补给装置、冷却水自动补给装置以及ATS自动控制屏组成。其中，ATS自动控制屏采用可编程自动PLC控制，其线路示意图如图2所示。它除了具有自动启动、自动切换、自动运行、自动投入和自动停机等功能外，并配有各种故障报警和自动保护装置。
2、柴发的主要特点
工业用柴油发电机组常用作备用电源，在主电源故障时确保生产不中断。
（1）大功率输出
工业用柴油发电机组通常具有较高的功率输出，能够满足工业设备的高电力需求。
（2）稳定性强
工业用柴油发电机组提供稳定的电压和频率，适合对电力质量要求高的工业设备。
（3）耐用性高
工业用柴油发电机组结构坚固，能够在恶劣环境下长时间运行。
（4）燃料易得
柴油作为燃料，易于储存和运输，适合偏远地区或电力供应不稳定的场所。
（5）适应性强
工业用柴油发电机组能在高温、高湿、高海拔等恶劣条件下运行。
（6）维护方便
工业用柴油发电机组结构相对简单，维护和保养较为方便。
3、柴发的应用场景
（1）制造业应用
为生产线、机械设备等提供电力。
（2）建筑业应用
在电力供应不足的建筑工地提供临时电力。
（3）矿业应用
在偏远矿区为采矿设备供电。
（4）石油和天然气
在油田、天然气田等为设备供电。
（5）数据中心应用
作为备用电源，确保服务器和网络设备不间断运行。
（6）医院应用
作为应急电源，保障关键医疗设备运行。
（7）通信应用
为通信基站提供备用电力，确保通信畅通。
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图1 基本型柴油发电机组主件结构图
图2 柴油发电机组与ATS线路图
二、柴发配置的选择
1、常见可选件的选择
① 水套加热器
对于水冷发电机组，虽然使用防冻冷却液，但在环境温度低于0℃的寒冷地区，仍然会因为液体的流动性变差、机体内温度过低使发动机启动困难。使用水套加热器，可使冷却液温度升高，流动性增强，并且依靠热传递使机体温度也随之升高，从而解决了低温启动难的问题。
② 防潮器
若发电机组存放于湿度高或长期处于低温地方，建议使用交流发电机和控制屏防潮器。这样便可降低发电机和控制屏的湿度，或在冬天时减少产生静电的影响。
③ 市电充电器
利用启动电池市电充电器，可以在市电正常时，对启动电池进行快速或慢速充电，使其保持足够的电量满足下一次的启动需要。这种配件对于要求随时启动的备用发电机组和自动化发电机组就尤为重要。
④ 电子调速系统
使用电子调速器的发电机组（包括电控柴油机）区别于机械调速式发电机组，最明显的优点就是使频率稳态调整率范围很小，即柴油机的速度比机械调速式发电机组稳定了许多，使发电机输出频率、电压波动很小，适合于一些对频率、电压要求较高的负载，如电子计算机、UPS供电系统。另外，作为并机使用的发电机组除电喷发电机组外均需要加装电子调速器。
⑤ 其他可选件
其他的配套件有高、低位燃油接触开关、接地故障保护、自动燃油补充系统等，这些配套件都必须预先订购，并由专业人员加装。
2、防护等级的选择
在柴油发电机组中，交流发电机不允许有异物和水分的进入，否则会导致发电机相间短路，烧毁发电机。由于本身运行时需要散热的原因，交流发电机不可能完全密封，所以就存在防护等级选择的问题。康明斯电力技术公司柴油发电机组采用IP防护等级标准，该等级由两个数字组成，第1个数字表示防尘、防止外物侵入的等级，第2个数字表示防湿气、防水侵入的密闭程度。标配的防护等级为IP22或IP23，另可升级为IP44或IP55。依照等级标准，含义见图3和图4。
○ IP22：
防止大于12mm的固体物体侵入， 倾斜15度时仍可防止滴水侵入当灯具由垂直倾斜至15度时，滴水不会造成有害影响 。
○ IP23：
防止大于12mm的固体物体侵入，防止喷洒的水侵入防雨，或防止与垂直的夹角小于60度的方向所喷洒的水造成损害。
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图3 柴油发电机组防护等级第一个数字的含义 |
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图4 柴油发电机组防护等级第二个数字的含义 |
请参考表图2和图3的说明，根据发电机组所处的环境，选择合适的IP防护等级。其中IP23为高端发电机组标准，在尘屑非常多的场合（如木屑场）可考虑使用IP44或IP55。IP44是在IP23的基础上加装进、排风过滤器，IP55为电机外壳加装热交换器。
3、热交换器的选择
柴油发电机组冷却系统的标配是与发电机组为一体式的散热水箱。这种冷却系统的优点是在不增加附属设备的情况下就能向负载供电，这种发电机组适合于水源缺少的地区，但整个发电机组外形尺寸相对较大，其缺点是风扇的转动增加了发电机组的噪声。
若要克服散热水箱的缺点，可考虑选用热交换器，系统示意图如图5所示。带热交换器冷却的发电机组由于用热交换器取代了传统的水箱风扇而使噪声和外形尺寸大大减少，这样发电机组就可布置在较小的机房和居民住宅区内。但是使用这种发电机组要求室外有足够的地方安装外部循环水池或冷却塔来冷却柴油机的冷却水，因此相对增加了基础设施的成本，这种发电机组适用于民用住宅区商店和宾馆等人口密集的地区供电。
4、PMG永磁励磁系统的选用
PMG（Permanent Magnet Generator，永磁发电机）系列永磁交流同步发电机的电子自动调压系统AVR独立于发电机的机械系统，功率源从副励磁机电枢绕组取得。在发电机负载和转速突变时，该系统不受发电机机械过渡过程的影响，将输出电压调整到额定值。因此，PMG系列永磁交流同步发电机的动态电压调整率远小于其他励磁发电机，并有较好的动态稳定性。而常规励磁发电机AVR的功率输出受电枢绕组电势波形的影响较大，特别是非线性负载对电枢绕组电势波形的影响比较明显。另外，永磁发电机还有电磁干扰小、电机效率高、电机温升低、适合于在恶劣环境下工作等优点，它适用于以下场合：
（1）要求发电机供电质量高，瞬间电压波动少，输出电压波形好，畸变率低的场合。例如：作为高精度电子仪器和设备的供电电源。
（2）对发电机所产生的电磁干扰有严格限制的场合。例如：作为通信设备、雷达、高精度控制系统的供电电源。
（3）发电机的运行环境恶劣的场合。例如：高温运行环境及发动机转速高，输出转矩脉振大的情况。
（4）对发电机节能有严格要求的场合。例如：燃料供应困难和发动机功率受限制的场合。
五、并联系统的选择
从负载的大小、发电机组运行状态等方面考虑，有时需要发电机组进行并机的使用。如为了增加后备电源的弹性，或者因为负载太大，这时可考虑将两台或者更多发电机组进行并机使用，作为备用电源。也有些情况，由于负载中感性负载所占比例很大，启动时所需功率很大，而在正常运行时功率较小，造成低载运行对发电机组十分不利，这时考虑使用并机启动负载，启动后又单机运行的模式。
多台柴油发电机组进行并机时，若要将一部发电机组并到带电的母排上，一定要符合电压相同、频率相同、相序相同和相位相同的条件。以5台康明斯发电机组为例，其并联系统架构如图6所示。
康明斯电力技术有限公司有一整套先进成熟的并机系统，其核心部分为PCC3.0智能控制屏。该控制屏采用微处理器技术，对发电机组的运行状态进行实时监测和控制。而且在负载分配中，控制器将通过自身设定的参数，按比例确定各发电机组承担的负载功率。并根据负载大小自动将发电机组并机或者解列后停机，这样便可以达到比较好的经济效益以及保持发电机组良好的运行状态。
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图5 柴油发电机组冷却水换热系统
图6 柴油发电机组并联系统架构图
三、柴发的选型基本要求
任何企业都可以去买一台工业用柴油发电机，然而，将合适的柴油发电机与设施的需求和需求相匹配可能完全是另一回事。事实上，选择合适的工业柴油发电机是此类采购的最关键要素之一。无论品牌或型号如何，底线都是一样的——如果设备在需要时不能满足需求，那么该设备就毫无价值。事实上，选择错误的型号可能会破坏发电机或与其相连的设备和组件，从而使情况变得更糟。因此，柴油发电机组的选型需综合考虑以下关键因素：
1、功率需求
（1）额定功率：根据负载需求确定发电机组的额定功率，确保其能支持所有设备同时运行。
（2）备用功率：若用于备用电源，需考虑短时过载能力。
（3）启动功率：电机类设备启动时功率较大，需确保发电机组能承受瞬时负载。
2、负载类型
（1）感性负载（如电机）：启动电流大，需选择功率较大的发电机组。
（2）阻性负载（如加热设备）：功率需求相对稳定。
（3）容性负载（如电子设备）：需考虑电压稳定性。
3、运行环境
（1）海拔高度：高海拔地区空气稀薄，影响发电机组功率输出，需进行功率修正。
（2）环境温度：高温环境需选择散热性能好的发电机组。
（3）湿度与腐蚀性：潮湿或腐蚀性环境需选择防护等级高的设备。
4、其他要求
（1）燃油效率
选择燃油效率高的发电机组，降低长期运行成本。
（2）噪音要求
根据安装环境选择低噪音或静音型发电机组，尤其是居民区或医院等场所。
（3）排放标准
根据当地环保要求选择符合排放标准的发电机组。
（4）品牌与可靠性
选择知名品牌，确保设备质量和售后服务。
（5）自动控制功能
若需自动启动和切换，选择带自动控制功能的发电机组。
（6）维护与保养
考虑设备的维护便捷性和保养成本。
（7）预算
在满足需求的前提下，选择性价比高的设备。
（8）安装与运输
考虑发电机组的尺寸和重量，确保安装和运输方便。
（9）并联运行
若需多台发电机组并联运行，选择支持并联运行的设备。
总结：
选型时需综合考虑功率、负载、环境、燃油效率、噪音、排放、品牌、自动控制、维护、预算、安装及法规等因素，确保所选设备满足实际需求且经济可靠。因此，推荐选择康明斯柴油发电机组。该设备能够满足工业用备用和主用电源的需求，具备高可靠性、良好的燃油效率和低维护成本，符合环保和噪音标准，适合长期稳定运行。综上所述，工业用柴油发电机是一种高效、可靠的电力设备，广泛应用于需要稳定电力的工业领域，尤其在电力供应不足或中断时，能够保障生产和运营的连续性。
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