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柴油发电机组的电压整定范围、稳态和瞬态调整率 |
摘要：电压调整率是表征柴油发电机组的性能优劣的重要性能指标，是指在负载和温度恒定的条件下，输出电压的相对变化量与输入变化量的百分比。在实际的应用过程中，应用不同的公式会得到不同的计算值。康明斯公司在本文中着重阐明了柴油发电机组的电压整定范围、稳态和瞬态电压调整率、电压稳定时间以及相关的测试方法。其中，试验的目的是评估发电机的电压调整能力以及检测发电机的稳定性能，通过该试验可以得到发电机在负载变化时的电压调整情况，为柴油发电机组的运行和维护提供重要依据
一、柴发机组电压的性能指标
1、电压整定范围
在柴油发电机组的电压监测点或各电压等级的用户受电端的电压监测点装设的电压监测仪，其整定电压值即为按GB/T 12325和SD 325规定的电压允许偏差的上限电压标准值与下限电压标准值。简单来说，整定电压就是发电机经过处理稳定以后的一个持续不变的输出电压。
电压整定范围是指在柴油发电机以额定转速空载运行时，调整控制面板上的手动或自动电压调节器，电压能够达到的最大值和最小值的范围。在一般情况下，空载电压整定范围为额定值的95%～105%。
例如：额定电压为400伏的康明斯柴油发电机组，其空载电压可以在380—420伏之间调整，在康明斯发电机出厂时一般都整定在400伏。
2、发电机电压调整率
电压调整率定义：(首端电压不变的前提下)撤掉在特定功率因数条件下的全部负载，引起的末端电压升高值与满载时末端电压的百分比。电压调整率来源于柴油发电机组在满载时，其输出电压因该电源的供电电压波动引起的变化。
电压调整率又称电压变化率。当同步电机励磁电流及转速为一定值，在给定功率因数条件下，同步电机从额定功率转变到空载时的电压变化量，用额定电压的百分率表示。电压变化率主要取决于饱和程度和电枢反应的大小，饱和程度越高，电枢反应越小，电压变化率就越小。
（1）稳态电压调整率：
稳态电压调整率（δu）是指同步发电机在从空载到额定负载的所有负载条件下稳态电压的变化率，通常为≤±0.5%，用公式表示
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........................公式1 |
式中， U——空载时输出的整定电压；
U1——负载渐变后的稳定输出电压，取最大值和最小值，若三相电取平均值。
（2）瞬态电压调整率：
柴油发电机组的国际标准瞬态电压调整率为：≤-10%/ +15%，
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........................公式2 |
式中，U为额定电压；
Us为负载突变时瞬时电压的最大值或最小值，在一般情况下，取三相线电压的平均值。
3、三相不对称负载下运行电压的稳定度
三相不对称负载在机组运行中有可能会出现，特别是负载中有较多的单相负载时，由于接线不合理，也会造成三相负载不对称（相量图如图1所示，接线如图2所示）。不对称负载将导致发动机三相绕组所供给的电流不平衡，使发动机线电压间产生偏差，同时使发动机发热和振动，对用电设备也是不利的。因此规定机组在一定的三相对称负载下，在其中任一相上再加25％标定相功率的电阻性负载，但该相的总负载电流不超过额定值时，应能正常工作。
在不对称负载条件下，如果每一相的都不超过额定值，且各相负载的的电流之差不超过25％，那么，各线电压与三相电压平均值之差应不超过三相线电压平均值的5％。 其线电压不平衡度（δUL）计算公式表达为：
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........................公式3 |
式中，UL在不对称负载下，线电压中的最大值或最小值。
ULave 在不对称负载下，三个线电压的平均值。
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图1 三相不对称负载下运行电压相量图 |
图2 发电机三相不对称负载连接图 |
4、电压波动率
发电机组的电压在负载不变时由于机组内部的原因产生波动，电压波动率（δuB）通常设为：≤0.5%。
发动机励磁系统不稳定和柴油机转速的波动，使发动机的端电压在其负载不变时出现波动；因此，相应提高励磁调节器，可以减小机组电压的波动。电压波动率计算公式：
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........................公式4 |
5、电压稳定时间
电压稳定时间是指发电机处于空载状态且电压达到额定值时，从突加负载到电压稳定在规定的范围内所需的时间，用s表示。国家规定I、II、III类电站的电压稳定时间为0. 5~1s，IV类电站为3s。
二、电压测试方法
1、电压整定测试方法
试验前，应先调整内燃发电机组的有关装置，使发电机的空载电压整定范围在标准以内（例如95％～105％），步骤示例如图3所示。然后将输出电压调整到额定值，此时机组的频率应为额定值的103％～105％。再给柴油发电机组加负载到满载，并使转速和功率因数都达到额定值，满足上述条件后，去掉负载。此时电压还应等于或接近额定值，若与额定值相差较多，则应再次进行上述调整，直至达到上述要求为止。
2、稳态电压调整率测试方法
发电机稳态电压调整率试验是柴油发电机组中对发电机电压调整性能的一项重要测试。稳态电压调整率是指当发电机负载发生变化时，发电机输出电压从原来的稳定值迅速调整到新的稳定值所需的时间。稳态电压调整率的好坏直接影响着柴油发电机组的稳定性和供电质量。
稳态电压调整率试验通常在额定负载条件下进行。首先，将发电机额定负载接入，使其达到稳定状态，接线示例如图4所示。然后，通过改变负载大小，例如增加或减小负载电流，观察发电机输出电压的变化情况。记录发电机输出电压从原来的稳定值到新的稳定值所需的时间，并计算出稳态电压调整率。
稳态电压调整率的试验结果可以直观地反映发电机的电压调整能力。当负载突然变化时，发电机应能迅速调整输出电压，以保持柴油发电机组的稳定运行。因此，较小的稳态电压调整率表示发电机具有良好的电压调整能力，反之则表示调整能力较差。
在实际应用中，稳态电压调整率的要求因系统类型和负载特性而异。对于大型柴油发电机组，一般要求稳态电压调整率在5%以内。而对于小型柴油发电机组或特殊负载，稳态电压调整率的要求可能更高。
为了保证稳态电压调整率试验的准确性和可靠性，需要注意以下几点。首先，确保试验环境的稳定和准确，避免外界因素对试验结果的干扰。其次，应选择合适的负载变化方式，使试验结果具有代表性。同时，还应注意记录试验数据的准确性和完整性，以便后续分析和评估。
试验过程与“同步发电机试验”基本相同，但在记录试验数据时，应同时记录各试验点的频率值。试验应反复进行3次。
试验时，如果电压示值摆动，则应取其中间值。做功率因数为0.8（滞后）的试验时，在加载过程中，应先加阻性负载到需要的数值（例如75％的负载），再加感性负载使功率因数为0.8；在减载过程中，应先减感性负载，再减阻性负载，使功率因数为0.8。
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图3 发电机电压整定测试步骤框图 |
图4 发电机电压调整率测试接线图 |
总结：
电压调整率试验是评估发电机电压调整性能的重要手段。通过该试验可以了解发电机在负载变化时的电压调整能力，为柴油发电机组的运行和维护提供参考依据。在实际应用中，我们应根据柴油发电机组的需求和特点，合理设置稳态电压调整率的要求，以确保柴油发电机组的稳定运行和供电质量。
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