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柴油发电机组的标定功率定义 |
摘要：柴油发电机组标定功率主要分为持续功率、基本功率、限时运动功率、应急备用功率等四种。康明斯公司在本文中简要描述国家标准GB/T2820对柴油发电机组用途、定额的规定，同时跟踪等同采用的IS08528标准对这一部分技术指标的升级更新，并且解读这些要求在柴油发电机组产品的应用。
一、概述
1、 GB/T 2820标准族
GB/T 2820标准族是柴油发电机组的产品标准，全称是“往复式内燃机驱动的交流发电机组”。这个标准族目前有12个部分，分别是：
第1部分：用途、定额和性能；
第2部分：发动机；
第3部分：发电机组用交流发电机；
第4部分：控制设备和开关设备；
第5部分：发电机组；
第6部分：试验方法；
第7部分：用于技术条件和设计的技术说明；
第8部分：小功率发电机组的要求和试验；
第9部分：机械振动的测量和评价；
第10部分：噪声的测量（包面法）
第11部分：旋转不间断电源性能要求和试验方法
第12部分：对安全装置的应急供电
第13部分：安全性（ISO8528-13.还未转化为国标）
2、国标其它主要相关标准
国标其它主要相关标准还有：
GB/T2819-1995移动电站通用技术条件；
GB/T 31038-2014高电压柴油发电机组通用技术条件；GB/T 12786-2006自动化内燃机电站通用技术条件；
GB/T 20136-2006内燃机电站通用试验方法；GB/T 13032-2010船用柴油发电机组通用技术条件；
GB 20891-2014非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段）。
二、GB/T 2820标准族的核心标准
GB/T 2820.1《往复式内燃机驱动的交流发电机组用途、定额和性能》和GB/T2820.5《往复式内燃机驱动的交流发电机组发电机组》是本族标准的核心标准。
GB/T 2820.1规定了机组正常工作的标准基准条件；4个功率等级的功率标定；以及4个性能等级的用途。
GB/T 2820.5着重分析影响发电机组性能的因素（突加突卸性能）和性能等级及运行限值。
1、机组正常工作的标准基准条件
（1）第一种环境条件
① 绝对大气压力Pr：100 kPa；
② 环境温度Tr：298 K（25℃）；
③ 空气相对湿度，φr：30%。
（2）第二种环境条件
① 绝对大气压力，Pr：89.9 kPa；
② 环境温度，Tr：313 K（40℃）；
③ 空气相对湿度，φr：60%。
（3）机组在下列条件下应能输出规定功率（允许修正）并可靠地工作
① 海拔高度：不超过4000 m；
② 环境温度：下限值分别为5，-15，-25，-40℃；上限值分别为40，45，50℃；
③ 相对湿度、凝露和霉菌；
2、四个功率等级的标定和应用
（1）持续功率COP（Continuous power)
持续功率定义为：在规定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组每年运行时间不受限制地为恒定负载持续供电的最大功率如图1所示。
（2）基本功率PRP（Prime power)
基本功率定义为：在规定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组能每年运行时间不受限制地为可变负载持续供电的最大功率如图2所示。
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图1 柴油发电机组持续功率(PRP) 图解 |
图2 柴油发电机组基本功率(PRP) 图解 |
（3）限时运行功率LTP（Limeitet-time running power)
限时运行功率定义为：在规定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组每年供电达500h的最大功率如图3所示。注：按100%限时运行功率（LTP）每年运行时间最多不超过500 h。
（4）应急备用功率ESP（Emergeucy spare power)
应急备用功率定义为：在规定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，当公共电网出现故障或在试验条件下，发电机组每年运行达200 h的某一可变功率系列中的最大功率如图4所示。
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图3 柴油发电机组限时运行功率(LTP) 图解 |
图4 柴油发电机组应急备用功率(ESP) 图解 |
（5）4个功率等级的应用
发电机组的运行模式可能影响某些重要性能（例如运行的经济性和可靠性、维修间隔时间），以下为应用实例：
恒定负荷持续运行（COP）：为热电联供电站提供基本负荷。
可变负荷持续运行（PRP）：为无市电或市电不可靠的地区供电
恒定负荷限时运行（LTP）：在用电高峰期间发电机组与市电并网运行，向某一恒定负载供电。即负荷调峰管理。
可变负荷限时运行（ESP）：一旦常用的市电出现故障，对建筑物提供基本供电保障。
3、四个性能等级的定义及应用
为了覆盖各供电系统的不同要求，定义了如下4种性能等级：
（1）G1级
这一级适用的发电机组用途是：只需规定其基本的电压和频率参数的连接负载。
实例：一般用途（照明和其他简单的电气负载）。
（2）G2级
这一级适用的发电机组用途是：其电压特性与公用电力系统的非常类似。当负载发生变化时，可有暂时的然而是允许的电压和频率的偏差。
实例：照明系统；泵、风机和卷扬机。
（3）G3级
这一级适用的发电机组用途是：连接的设备对发电机组的频率、电压和波形特性有严格的要求。
实例：电信和晶闸管控制的负载。应认识到，整流器和晶闸管控制的负载对发电机电压波形的影响需要特殊考虑。
（4）G4级
这一级适用的发电机组用途是：对发电机组的频率、电压和波形特性有特别严格要求的负载。实例：数据处理设备或计算机系统。
4、 影响发电机组性能的因素
（1）功率
① 用途；
② 连接负载的功率要求；
③ 负载功率因数；
④ 连接的任何电动机的启动特性；
⑤ 连接负载的多样性；
⑥ 间断负载；
⑦ 非线性负载的影响。
（2）频率和电压
① 往复式内燃（RIC）机的涡轮增压系统；
② 往复式内燃（RIC）机在标定功率时的平均有效压力Pme;
③ 调速器特性；
④ 交流发电机类型；
⑤ 交流发电机励磁系统特性；
⑥ 电压调节器特性；
⑦ 整套发电机组的转动惯量。
（3）负载接受
① 往复式内燃（RIC）机的排量；
② 往复式内燃（RIC）机的平均有效压力；
③ 往复式内燃（RIC）机的涡轮增压系统；
④ 往复式内燃（RIC）机调速器的种类；
⑤ 电压调节器的特性；
⑥ 整台发电机组的转动惯量。必要时，这些时间间隔应由发电机组制造商同用户商定。确定所需最小转动惯量的准则有：
⑦ 允许的频率降；
⑧ 循环不均匀度；
⑨ 适用时，并联运行的特性。
（4）基于发动机气缸平均有效压力增加分级突加负载指导值
1997版的GB/T2820.1首次对4冲程发动机作为标定功率下平均有效压力P_函数的最大可能突加功率的指导值给出图解（见图5）。
该图在2009年标准修订时没有更新。
自然进气柴油机的气缸平均有效压力Pme在800 kPa左右，可以一次100%加载。就当时的技术水平，柴油机经涡轮增压，气缸平均有效压力Pme达到1800 kPa已经是一个很极限的数值，所以标准按这个Pme极限数值建议标定功率突加负载分3级突加，按照这个建议值突加负载，可以保证突加负载时机组瞬态电压、频率满足性能指标要求，机组运行寿命不受影响。
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图5 柴油发电机组标定最大可能突加功率指导值 |
（5）性能等级的运行极值
为了确定如GB/T 2820.1.给出的发电机组电压和频率的主要特性，列入表中的运行限值应予以满足。
应选择同一性能类的数值，以使其与其各个部件的兼容性相匹配。当该性能类的所有限值都已满足时，才能选择该性能等级。
建议客户选择满足其要求的最低性能类。
表 1 性能等级的运行极值
|
参数
|
符号
|
单位
|
运行限值
|
||||
|
性能等级
|
|||||||
|
G1
|
G2
|
G3
|
G4
|
||||
|
频率降
|
δfst
|
％
|
≤8
|
≤5
|
≤3
|
AMC
|
|
|
稳态频率
|
βf
|
％
|
≤2.5
|
≤1.5
|
≤0.5
|
AMC
|
|
|
相对的频率整定下降范围
|
Δfs,do
|
％
|
 >（2.5＋δfst） |
AMC
|
|||
|
相对的频率整定上升范围
|
Δfs,up
|
％
|
>2.5
|
AMC
|
|||
|
频率整定变化速率
|
vf
|
％/s
|
0.2~1
|
AMC
|
|||
|
（对初始频率）瞬态频率偏差
|
100％突减功率
|
δfd
|
％
|
≤＋18
|
≤＋12
|
≤＋10
|
AMC
|
|
突加功率
|
≤－（15＋δfst）
|
≤－（10＋δfstt）
|
≤－（7＋δfst）
|
||||
|
（对额定频率）瞬态频率偏差
|
100％突减功率
|
δfdyn
|
％
|
≤＋18
|
≤＋12
|
≤＋10
|
AMC
|
|
突加功率
|
≤－15
|
≤－10
|
≤－7
|
||||
|
≤－25
|
≤－20
|
≤－15
|
|||||
|
频率恢复时间
|
 tf in |
s
|
≤10
|
≤5
|
≤3
|
AMC
|
|
|
tf de
|
≤10
|
≤5
|
≤3
|
||||
|
相对的频率容差带
|
αf
|
％
|
3.5
|
2
|
2
|
AMC
|
|
|
稳态电压偏差
|
δUst
|
％
|
≤±5
|
≤±2.5
|
≤±1
|
AMC
|
|
|
≤±10
|
≤±1
|
||||||
|
电压不平衡度
|
δU2,0
|
％
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
|
相对的电压整定范围
|
δUs
|
％
|
≤±5
|
AMC
|
|||
|
电压整定变化速率
|
vu
|
％/s
|
0.2~1
|
AMC
|
|||
|
瞬态电压偏差
|
100％突减功率
|
δUdyn+
|
％
|
≤＋35
|
≤＋25
|
≤＋20
|
AMC
|
|
突加功率
|
δUdyn-
|
≤－25
|
≤－20
|
≤－15
|
|||
|
电压恢复时间
|
100％突减功率
|
δUdyn+
|
s
|
≤10
|
≤6
|
≤4
|
AMC
|
|
突加功率
|
δUdyn-
|
≤10
|
≤6
|
≤4
|
|||
|
电压调制
|
Umod,s
|
％
|
AMC
|
0.3
|
0.3
|
AMC
|
|
|
有功功率分配
|
80％和100％标定定额之间
|
ΔP
|
％
|
——
|
≤＋5
|
≤＋5
|
AMC
|
|
20％和80％标定定额之间
|
≤＋10
|
≤＋10
|
|||||
|
无功功率分配
|
20％和100％标定定额之间
|
ΔQ
|
％
|
——
|
≤＋10
|
≤＋10
|
AMC
|
（6）小功率发电机组的特殊要求
GB/T2820.8《小功率发电机组的要求和试验》规定：除了在GB/T 2820.1～2820.6中适用的定义和要求之外，本部分还对试验及安全性设计的具体要求做了规定，此外，为了不对用户构成伤害，本部分还规定了有关安全性要求[]。
由于小功率发电机组用户通常是非专业人员操作，整套发电机组通常是可运输或可移动的，除特低电压外，电气输出采用插头、插座和螺纹端子连接，发电机组独立成套，无需用户进行任何额外安装工作。故特别对安全性提出特殊要求。
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