摘要：柴油发电机的技术性能指标是衡量发电机组供电质量和经济指标的主要依据。其主要技术性能通常指发电机组的功率因数从0.8～1.0，三相对称负载在0～100%或100%～0额定值的范围内渐变或突变时，应达到的性能。柴油发电机组的主要电气指标包括稳态指标和动态指标两类，康明斯公司在本文中根据国家标准和规范中摘取部分内容分享给正在选择柴油发电机组的用户，以供在这个过程中达到了解和参考的目的。
一、柴油发电机组的性能等级
根据国家标准《往复式内燃机驱动的交流发电机组第1部分：用途、定额和性能》GB/T 2820.1—2009的规定，柴油发电机组可定义为四级性能，这些等级从G1到G4逐级加严，分别对应不同的应用场景和供电质量要求。
1. G1级性能
（1）G1级性能要求适用于只需规定其基本的电压和频率参数的连接负载，主要作为一般用途，如照明和其他简单的电力负载。该级别对电压和频率的允许偏差较宽，不要求严格的控制精度，适用于对供电质量要求不高的场合。
（2）G1级的典型性能参数包括：频率降≤8%，稳态频率带≤2.5%，相对的频率整定下降范围≥2.5%，相对的频率整定上升范围≥+2.5%。瞬态频率偏差方面，100%突减功率时≤+18%，突加功率时≤-15%，频率恢复时间≤10s。稳态电压偏差≤±5%，瞬态电压偏差在100%突减功率时≤+35%，突加功率时≤-25%，电压恢复时间≤10s。
（3）G1级主要适用于照明系统、电热设备、简单的电动工具及其他对供电连续性要求不高的普通负载。该等级不要求电压波形正弦性畸变率的严格控制，也不要求瞬态响应的高精度，是四种等级中要求最低的级别。
2. G2级性能
（1）G2级性能要求适用于对电压特性与公用电力系统有相同要求的负载。当其负载变化时，可有暂时且允许的电压和频率偏差，如照明系统、风机和水泵等。G2级是民用建筑和一般工业备用电源中最常用的等级，其供电质量与公用电力系统相当。
（2）G2级的典型性能参数包括：频率降≤5%，稳态频率带≤1.5%，相对的频率整定下降范围≥2.5%，相对的频率整定上升范围≥+2.5%。瞬态频率偏差方面，100%突减功率时≤+12%，突加功率时≤-10%，频率恢复时间≤5s。稳态电压偏差≤±2.5%，电压调制≤0.3%，瞬态电压偏差在100%突减功率时≤+25%，突加功率时≤-20%，电压恢复时间≤6s，电压不平衡度≤1%。
（3）G2级适用于照明系统、泵类、风机、卷扬机、普通机床等常规动力设备。该等级允许在负载突变时出现短时的电压和频率偏差，但在数秒内应恢复到规定的稳态范围内。
3. G3级性能
（1）G3级性能要求适用于对频率、电压和波形特性有严格要求的负载，如电信负载和晶闸管控制的负载。该等级要求更高的供电质量，特别关注电压波形畸变率对整流设备的影响。典型外观如图1所示。
（2）G3级的典型性能参数包括：频率降≤3%，稳态频率带≤0.5%，相对的频率整定下降范围≥2.5%，相对的频率整定上升范围≥+2.5%。瞬态频率偏差方面，100%突减功率时≤+10%，突加功率时≤-7%，频率恢复时间≤3s。稳态电压偏差≤±1%，电压调制≤0.3%，瞬态电压偏差在100%突减功率时≤+20%，突加功率时≤-15%，电压恢复时间≤4s，电压不平衡度≤1%。
（3）G3级适用于无线电通信设备、晶闸管整流器控制的负载、精密仪器、医疗设备等对电能质量有严格要求的负载。特别应注意，对于整流器和晶闸管整流器控制的负载，需特殊考虑负载对发电机电压波形的影响，应关注发电机的2/3节距绕组设计和电压波形正弦性畸变率。
4. G4级性能
（1）G4级性能要求适用于对频率、电压和波形特性有特别严格要求的负载，如数据处理设备或计算机系统。该等级要求最为严格，各项指标需按制造厂商与用户之间的协议确定。
（2）G4级的性能参数需由制造厂商与用户协商确定，典型要求包括：频率降、稳态频率带、频率整定范围、瞬态频率偏差及恢复时间均按协议确定，通常要求比G3级更为严格。稳态电压偏差≤±1%，电压调制、瞬态电压偏差和电压恢复时间均按协议确定，通常要求突减功率≤+15%、突加功率≤-15%，电压恢复时间≤3s，电压不平衡度≤1%。在并联运行的情况下，电压不平衡度应减为0.5%。
（3）G4级适用于大型数据中心、金融结算中心、空中交通管制系统、医院手术室和重症监护室、半导体制造厂等对供电质量有特别严格要求的场所。这些场所的负载对电压中断、电压暂降、谐波畸变和频率偏移极为敏感，任何超出规定范围的偏差都可能导致设备故障、数据丢失或生产中断。G4级发电机组通常需要配合PMG永磁励磁系统、高精度电子调速器和数字式AVR等高级配置，以满足最严格的供电质量要求。
5. 性能等级的综合对比与选型建议
（1）四个性能等级在频率降、稳态频率带、瞬态频率偏差及恢复时间、电压偏差与调制等参数上逐级加严。从G1级的频率降≤8%到G3级的≤3%，从G1级的稳态电压偏差≤±5%到G3级的≤±1%，体现了对供电质量要求的阶梯式提升。
（2）用户应根据后端负载的敏感程度选择对应的性能等级，避免选型不足或性能过剩。对于仅需应急照明的场所，G1级即可满足要求；对于包含风机、水泵的常规备用电源系统，G2级是经济合理的选择；对于通信基站、精密仪器等场所，应选用G3级；对于数据中心、金融中心等关键场所，必须选用G4级。
（3）选型时还应考虑负载的启动特性和运行特点。电动机类负载启动时的瞬态电压偏差可能触发G3级机组的允许限值，在G3级和G4级应用中，建议对大型电动机采用降压启动或软启动方式，以减小启动冲击。同时，非线性负载（如UPS、变频器）的比例也会影响电压波形畸变率，在G3级和G4级应用中，应优先选用PMG永磁励磁发电机或配置输入滤波器。
图1 标准G3性能柴油发电机组外观图
二、柴油发电机组的电气指标
柴油发电机组的主要电气指标包括稳态指标和动态指标两类，它不仅是衡量发电机组供电质量的标准，也是正确使用和维修发电机组的主要依据。
1. 稳态指标
发电机组在一定负载下稳定运行时的电气性能指标称为稳态指标。常用的稳态指标包括额定值、空载电压调整范围、电压热偏移、电压波形畸变率、稳态电压调整率、稳态频率调整率、电压波动率、频率波动率和三相负载不平衡度等。
（1）空载电压调整范围：由于发电机组与用电设备之间有一定的电缆电压降，发电机组应保证在一定的负载下，输出电缆末端仍具有正常的工作电压。因此，发电机组稳定运行时，其空载电压应能在一定范围内调整。通常情况下，空载电压调整范围为额定电压的95%～105%。该调整范围确保在不同负载条件下，通过调节励磁电流可将端电压调整至额定值附近。
（2）电压热偏移：当环境温度和发电机组本身的温度升高时，发电机铁芯的磁导率下降，绕组的直流电阻增加，电路元件参数会发生变化，从而引起发电机组输出电压的变化，这种现象称为电压热偏移。通常情况下，用温度升高所引起的发电机组电压变化量占额定电压的百分比来表示发电机组的电压热偏移，一般不超过2%。电压热偏移主要影响发电机在冷态启动和热态运行时的电压差异，对于长时间连续运行的发电机组尤为关键。
（3）电压波形畸变率：发电机组输出电压的理想波形应为正弦波，但其实际波形不是真正的正弦波，既含有基波，又含有三次及三次以上的高次谐波。各次谐波有效值的均方根值与基波有效值的百分比称为电压波形畸变率。一般情况下，发电机组空载额定电压波形畸变率应小于10%。若过大，会使发电机发热严重，温度升高而损坏发电机的绝缘，影响发电机组的正常工作性能。对于G3级和G4级应用，电压波形畸变率要求更为严格，通常要求控制在5%以内。
（4）稳态电压调整率：稳态电压调整率是发电机组在负载变化后的稳定电压相对发电机组在空载时额定电压的偏差程度，是衡量发电机组端电压稳定性的重要指标。稳态电压调整率越小，说明负载的变化对发电机组端电压的影响越小，发电机组端电压的稳定性越高。其计算公式为：稳态电压调整率 =（空载电压 - 额定负载电压）/ 额定电压 × 100%。对于G2级机组，该值通常不超过±2.5%；对于G3级机组，不超过±1%。
（5）稳态频率调整率：稳态频率调整率是负载变化后，发电机组稳定频率的差值与额定频率之比的百分数。稳态频率调整率越小，表明负载变化时频率越稳定。稳态频率调整率与发动机的调速性能有关，调速器的调节能力越强，负载变化时频率越稳定。对于G2级机组，频率降通常不超过5%；对于G3级机组，不超过3%。
（6）电压波动率：负载不变时，由于发电机励磁系统不稳定和发动机转速的波动，使发电机组的输出电压产生波动。电压波动率反映了发电机电压在稳态运行时的短期稳定性，通常以一定时间内（如1分钟）电压最大值与最小值之差与额定电压的百分比表示，一般不超过±0.5%～±1%。
（7）频率波动率：负载不变时，由于发电机组内部原因，发电机组的频率也产生波动，这主要是由发动机调速器的不稳定和发动机曲轴的不均匀旋转造成的。频率波动率通常以一定时间内频率最大值与最小值之差与额定频率的百分比表示，一般不超过±0.5%。
（8）三相负载不平衡度：三相不对称负载将导致发电机三相绕组所供给的电流不平衡，使发电机线电压间产生偏差，同时使发电机发热和振动，对用电设备也是不利的。三相负载不平衡度通常用负序电压分量与正序电压分量的百分比表示，一般要求不超过2%。当三相负载严重不平衡时，发电机转子会产生额外的发热和振动，影响机组寿命。
2. 动态指标
（1）电压和频率稳定时间：发电机组负载突变时，其电压和频率会产生突然下降或升高的现象，从负载突变时起至电压或频率开始稳定所需要的时间为电压或频率稳定时间，以秒为单位计算。电压和频率稳定时间通常用示波器测量。电压的稳定时间与自动调压系统的性能有关，频率的稳定时间与发动机的调速器的调速性能有关。一般情况下，电压稳定时间应小于3s，频率稳定时间应小于7s。对于高性能等级（G3、G4），要求更为严格。
（2）瞬态电压调整率和瞬态频率调整率：发电机组在负载突变时，发动机端电压和频率都会出现瞬间变化。当突加或突减负载时，由于受柴油机输入功率的突增（减）及发电机电枢反应等因素的影响，发动机端电压和频率会产生突然下降或升高的现象。电压（频率）的瞬态变化值与负载突变前的数值之差与额定值的百分比，称为发电机组的瞬态电压（频率）调整率。对于G2级机组，突加负载时瞬态电压偏差不超过-20%，突减负载时不超过+25%；对于G3级机组，突加不超过-15%，突减不超过+20%。
（3）直接启动空载异步电动机的能力：发电机组直接启动异步电动机时，由于启动电流很大以及异步电动机低功率因数的影响，使发电机组输出电压显著下降，这时发电机的励磁系统必须进行强励磁，才能补偿发电机组输出电压的下降。异步电动机容量愈大，强励程度就愈高。同时，因为启动电流很大，有可能损伤绕组的绝缘。柴油发电机组因其特性上的差别，启动空载异步电动机的容量不得超过其额定容量的70%，而启动有载异步电动机时，异步电动机的容量不得超过其额定容量的35%，当异步电动机启动后，由发电机组输出的剩余功率还可供其他电气设备使用。
（4）发电机组的并车性能：型号规格相同和容量比不大于3：1的发电机组在20%～100%额定功率范围内应能稳定地并联运行，且可平稳转移负载的有功功率和无功功率，其有功功率和无功功率的分配差度应不大于表1-1的规定；容量比大于3：1的发电机组并联，各发电机组承担的有功功率和无功功率分配差度按产品技术条件的规定。有功功率分配差度通常要求不超过±5%（G2、G3级），无功功率分配差度不超过±10%。
三、电气指标的测试条件与影响因素
1. 标准测试条件
（1）电气指标的测试应在标准环境条件下进行，即环境温度25℃±5℃，相对湿度不超过60%，大气压力96～106kPa。测试负载应为三相对称负载，功率因数应根据测试项目的要求设定（通常为0.8滞后或1.0）。
（2）测试用的仪表精度应不低于0.5级，电压互感器和电流互感器的精度应不低于0.2级。频率测量精度应不低于±0.1Hz。示波器用于测量瞬态波形时，其频带宽度应不低于10MHz。
2. 影响电气指标的主要因素
（1）功率因数的影响：当负载功率因数较低时，发电机同样的视在功率对应的有功功率输出较小，但电枢电流较大，导致铜耗增加、温升升高，电压调整率也会增大。因此，在计算发电机容量时，应按实际功率因数进行修正。
（2）负载性质的影响：非线性负载（如UPS、变频器）会产生谐波电流，增大电压波形畸变率；冲击性负载（如大型电动机启动）会引起较大的瞬态电压偏差。对于含有大量非线性负载的系统，应选用PMG励磁发电机或配置谐波滤波器。
（3）环境温度的影响：环境温度升高会使发电机的散热条件恶化，绕组电阻增大，励磁电流要求增加，导致电压调整率增大，输出容量下降。通常环境温度每升高10℃，发电机输出容量约下降2%～3%。
（4）海拔高度的影响：海拔升高使空气密度降低，散热条件恶化，同时空气绝缘强度下降。海拔每升高300m，发电机输出容量约下降3%～4%，绝缘耐压水平也相应降低。在高海拔地区使用时，应按制造商的修正系数进行容量折算。
3. 电气指标的相互制约关系
（1）稳态电压调整率与电压波动率的制约：提高AVR的增益可以改善稳态电压调整率，但过高的增益会增加电压波动率，甚至引起电压振荡。设计中需要在稳态精度和动态稳定性之间取得平衡。
（2）瞬态电压调整率与电压恢复时间的制约：强励磁系统可减小瞬态电压偏差，但励磁响应速度过快可能导致电压超调和振荡。采用PID控制策略的AVR可在两者之间获得较好的折中。
（3）频率稳定时间与调速器参数的制约：调速器的GAIN（增益）和STAB（稳定度）参数的设定直接影响频率恢复时间和稳态频率带。增益过大会导致频率振荡，增益过小则恢复时间延长。实际调试中需反复调整GAIN和STAB，通常需要2～3次迭代才能达到最佳效果。
（4）并车时功率分配与环流的制约：并车运行时，有功功率分配由调速器的下垂特性决定，无功功率分配由AVR的下垂特性决定。下垂特性设置不当会导致功率分配不均或产生较大环流。调试时应在20%～100%额定功率范围内验证分配差度，必要时进行微调。
结语
准确理解柴油发电机组的G1～G4性能等级划分与稳态、动态电气指标，是正确选型、系统设计和运行维护的基础。掌握各项指标的定义、标准限值及影响因素，有助于避免选型不足或过度配置，确保发电机组在实际应用中的供电质量和运行可靠性。
----------------
以上信息来源于互联网行业新闻，特此声明！
若有违反相关法律或者侵犯版权，请通知我们！
温馨提示：未经我方许可，请勿随意转载信息！
如果希望了解更多有关柴油发电机组技术数据与产品资料，请电话联系销售宣传部门或访问我们官网：https://www.11fdj.com
