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柴油发电机组基本配置及技术特点 |
摘要：康明斯发动机因其世界级的可靠性和耐用性而在全球范围内受到追捧，作为当今可用的最成熟、破坏性最小的柴油机技术，可提供柴油发电机组功率范围宽广及灵活性，帮助企业主减少了对环境的污染影响，而不会增加运营成本或牺牲性能或正常运行时间。
一、设备基本配置
柴油发电机组的基本配置见表1。
表1 柴油发电机组基本配置表
|
发电机组
型号
|
PF
|
频率
|
电压
|
kVA
|
kW
|
发动机型号
|
发动机
最大功率p/kW
|
调速方式
|
发电机型号
|
发电机
效率
P
|
发电机
功率
p/kW
|
|
KC系列50HZ-200V/105V 康明斯发动机＋斯坦福发电机
|
|||||||||||
|
KC60
|
0.8
|
50HZ
|
200V/115V
|
60.0
|
48.0
|
BF4M2012C
|
68
|
机械调速
|
HCP34-1SN/24
|
0.916
|
48
|
|
KC90
|
0.8
|
50HZ
|
200V/115V
|
90.0
|
72.0
|
BF4M1013EC
|
98
|
电子调速
|
HCP34-2SN/24
|
0.917
|
72
|
|
KC110
|
0.8
|
50HZ
|
200V/115V
|
110.0
|
88.0
|
BF4M1013EC
|
98
|
电子调速
|
HC038-1L/24
|
0.925
|
120
|
|
KC140
|
0.8
|
50HZ
|
200V/115V
|
140.0
|
112.0
|
BF6M1013FC
|
148
|
电子调速
|
HC038-1L/24
|
0.925
|
120
|
|
KC180
|
0.8
|
50HZ
|
200V/115V
|
180.0
|
144.0
|
BF6M1013EC
|
165
|
电子调速
|
HC038-2L/24
|
0.923
|
144
|
1、柴油机
柴油发电机组采用康明斯柴油发动机。该系列发动机的电子控制系统能提供精确的频率调整和快速响应，符合EPA Tier 2和欧洲COM2排放标准，排放污染低；发动机都配备有电子控制模块，能够快速响应并精确地调节频率，提供动力输出，扭矩大，噪声小；对发动机润滑油压力过低、冷却液温度过高和超速等保护程序都已编入了发动机的电子控制模块中。
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图1 柴油发动机外形图 |
图2 柴油发电机组功率匹配示意图 |
康明斯柴油发动机功率选型见表2。
表2 康明斯柴油发动机功率选型表
|
发动机型号
|
功率类型
|
限油功率（IFB）/kW
|
持续功率（ICXN）/kW
|
||||
|
转速/（r/min）
|
2400
|
2000
|
1846
|
2400
|
2000
|
1846
|
|
|
BF4M2012
|
74.9
|
74.9
|
70
|
63.0
|
68.0
|
68.0
|
|
|
BF4M2012C
|
102.0
|
90.0
|
88.0
|
92.0
|
81.0
|
79.0
|
|
|
BF4M1013E
|
95.0
|
90.0
|
86.0
|
86.0
|
82.0
|
78.0
|
|
|
BF4M1013EC
|
113.0
|
108.0
|
104.0
|
103.0
|
98.0
|
95.0
|
|
|
BF6M1013E
|
141.0
|
135.0
|
130.0
|
128.0
|
123.0
|
118.0
|
|
|
BF6M1013EC
|
170.0
|
163.0
|
156.0
|
156.0
|
148.0
|
142.0
|
|
|
BF6M1013EC
|
190.0
|
182.0
|
174.0
|
173.0
|
165.0
|
158.0
|
|
2、交流发电机
交流发电机是经过特殊设计，将机械能转换成电能输出，满足用电需求。本机采用无刷同步发电机，该发电机是专门为地面交流电站配套而设计的，用内燃机作动力，组成50Hz交流发电机组，在地面作为交流启动或通电检查电源。
自动电压调节器适用于中频三相交流无刷同步发电机，内置电压调节，压降补偿，输出保护，以及液晶显示等功能。电源类型自动切换（显示交流输出参数或直流输出参数）。在发电机输出电缆10m出线端的电压考核电压，当加载时，由于电缆压降造成出线末端的电压下降，此调节器具有补偿功能，包括线路压降补偿功能和直流输出限流功能。自动电压调节器能显示以下参数：相电压、线电压、相电流和频率，在发生故障或供电超过额定保护值时还能显示故障发生的状况，并自动切断供电。发电机功率选型见表3。
表3 发电机功率选型表
|
型号
50HZ
Y 联结 Y
Y并联 YY
三角形联结 Δ
三角形并联 ΔΔ
|
cosф 0.8,3相连续功率/kVA
|
效率
η% CL.H(ΔT125=℃)
|
||||||||||
|
CL.H(ΔT=125℃)
|
CL.F(ΔT=105℃)
|
|||||||||||
|
415
208
240
120
|
IP45
|
415
208
240
120
|
2/4
|
3/4
|
4/4
|
|||||||
|
HCP 34-1SN/24
|
60
|
45
|
55
|
89.5
|
91.6
|
91.3
|
||||||
|
HCP 34-2SN/24
|
90
|
66
|
80
|
59.3
|
91.7
|
92.4
|
||||||
|
HCP 24-2LN/24
|
125
|
90
|
110
|
89.7
|
92.3
|
92.8
|
||||||
|
HCO 38-1L/24
|
150
|
125
|
135
|
90.1
|
92.5
|
92.3
|
||||||
|
HCO 38-2L/24
|
180
|
145
|
165
|
90.4
|
93
|
92.8
|
||||||
|
HCO 38-3L/24
|
200
|
160
|
180
|
90.6
|
93.6
|
93.4
|
||||||
|
型号
|
转动惯量
/kg㎡
B3-B14 FORM
|
重量
MD35/kg
|
空气流量/
(m3/min)
|
噪声/dB（A）
|
||||||||
|
2000r.p.m
|
||||||||||||
|
2000r.p.m
|
1m
|
7m
|
||||||||||
|
HCP 34-1SN/24
|
1.4883
|
346
|
25.5
|
85
|
71
|
|||||||
|
HCP 34-2SN/24
|
2.0795
|
420
|
||||||||||
|
HCP 34-2LN/24
|
2.8516
|
502
|
||||||||||
|
HCO 38-1L/24
|
7.3407
|
775
|
41.5
|
87.5
|
74.5
|
|||||||
|
HCO 38-2L/24
|
8.2738
|
837
|
||||||||||
|
HCO 38-3L/24
|
9.5802
|
932
|
||||||||||
3、电控系统
电控系统包括传感器电路、控制器电路、信号及照明电路、启动电动机和蓄电池等，启动控制系统均可自动监测发电机组的运行状态、具有故障自动报警和停机等功能。基本的故障报警/停机功能有：低油压、高水温、超速、过电流、ECU通信故障、电池电压偏低、发动机故障、燃油报警和紧急停机等。发电机组的电气系统采用负极接地。
4、控制器保护功能
按照MH/T6019-2014标准4.4.1电气保护中对交流系统和直流系统保护的要求，保护器功能有：
交流：过、欠电压保护、过、欠频保护、错相、过载保护6种。
直流：过、欠电压保护、反极性保护、反电流保护4种。
按照MH/T6019-2014要求的保护曲线，交流保护阈值和动作时间如下：
（1）过电压
取5个点逼近过电压保护曲线，当电压高出过电压保护阈值时，延时相应的时间动作。交流过电压保护动作设置见表4。
表4 交流过电压保护动作设置值
|
过电压保护阈值/V
|
保护动作时间/s
|
|
126
|
≤3
|
|
130
|
≤2.2
|
|
140
|
≤1.32
|
|
160
|
≤0.6
|
|
180
|
≤0.1
|
（2）欠电压
当三相平均电压值低于102V时,延时~s动作。
（3）过频
当供电频率超过430Hz时，延时2~7s动作;当供电频率超过450Hz时延时小于0.2s动作。
（4）欠频
当供电频率低于370Hz时，延时2～7s动作；当供电频率低于320Hz时，延时小于0.5s动作。
（5）
过电压 取5个点逼近过电压保护曲线，当电压高过过电压保护阀值时，延时相应的时间动作。直流过电压保护动作设置见表5。
表5 直流过电压保护动作设置值
|
过电压保护阀值/V
|
保护动作时间/s
|
|
31
|
5~10
|
|
35
|
≤1.05
|
|
40
|
≤0.45
|
|
44
|
0.001~0.1
|
（6）欠电压
当发电机输出电压低于20V时延时2～4s动作。
（7）反极性
当发电机输出电压的极性与飞机电气系统极性不一致时发出停机信号并断开励磁。
（8）反电流
反向电流超过发电机组额定电流的5％时，发出停机信号。
二、柴油发电机组的技术特点
柴油发电机组技术特点如下：
1）输入三相三线制，该接线方式可有效抑制3次谐波对系统电网干扰。
2）多个电压电流环形成闭环控制，电源可靠性大大提高。
3）电缆压降自动补偿功能，解决因电缆过长造成的负载端电压下降问题。
4）适用于完全不平衡负载，每一相均可单独使用。
5）电流限流控制输出，具有截流功能，可适应电机、整流型等冲击型负载。
6）软硬件结合的独立保护设计，确保用电设备完好及操作人员安全。
7）VFD中文电压、电流、频率及故障显示，操作方便，显示人性化。
8）独有的故障诊断功能，大幅度缩短电源维护时间。
9）在电源本机上可查询静、变态电源最新运行记录，包括输出电压、电流、频率、工作时间、故障信息等，供电状况可查询，管理优化方便。
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图3 柴油发电机组外观示意图 |
典型配置的地面柴油发电机组主要技术指标见表4。
表4 140kVA柴油发电机组技术参数表
|
柴油发电机组技术参数
|
柴油发电机组技术参数
|
||
|
发电机组型号
|
KC140
|
频率恢复时间/s
|
1
|
|
发电机组常用功率/（kW/kVA）
|
112/140
|
稳态电压偏差/％
|
≤±1
|
|
额定电压/V
|
200/115
|
瞬态电压偏差/％
|
±15
|
|
额定电流/A
|
404.6
|
电压恢复时间/s
|
1
|
|
额定转速/（r/min）
|
2000
|
波形失真率/％
|
≤5
|
|
额定频率/Hz
|
400
|
启动方式
|
直流电启动
|
|
功率因数
|
0.8滞后
|
启动电池电压/V
|
24
|
|
线制
|
三相四线制
|
启动时间/s
|
4~7
|
|
电压调整范围/％
|
95~105
|
燃油耗油率（g/kW·h）
|
219
|
|
频率降/％
|
≤3
|
机油耗油率（g/kW·h）
|
0.59
|
|
稳态频率带/％
|
≤0.5
|
发电机组工作环境
|
|
|
瞬态频率偏差/％
|
±10 -
|
环境温度
|
-30℃~-+55℃
|
|
相对湿度
|
10％～100％（无凝露）
|
发电机技术参数
|
|
|
海拔
|
<4000m
|
发电机型号
|
HC038-1L/24
|
|
柴油机技术参数
|
发电机品牌
|
MECC-ALTE
|
|
|
柴油机型号
|
BF6M1013EC
|
额定功率/kW
|
120
|
|
柴油机品牌
|
德国 康明斯
|
额定电压/V
|
200/105
|
|
额定功率/kW
|
148
|
额定频率/Hz
|
400
|
|
类型
|
水冷、四冲程、
废气涡轮增压
|
额定转速（r/min）
|
2000
|
|
功率因数
|
0.8（滞后）
|
||
|
冷却方式
|
自带风扇式循环冷却
|
空气流量（m3/s）
|
0.425
|
|
汽缸数量及排列方式
|
6缸直列
|
绝缘等级
|
H
|
|
缸径（mm）×冲程（mm）
|
108×130
|
防护等级
|
IP23
|
|
压缩比
|
18:1
|
绕组节距
|
3/4
|
|
排烟温度/℃（涡轮后）
|
479
|
引线根数
|
12
|
|
排气背压允值/kPa
|
八10
|
超速能力
|
2250min-1
|
|
润滑方式
|
压力和飞溅润滑
|
短路电流能力
|
300％（3倍）：10s
|
|
调速方式
|
电子调速
|
电话干扰
|
THF小于2％
TIF小于50
|
|
散热器
|
管带式水箱
|
||
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