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柴油发电机组的选型和安装指南 |
摘要：本文主要为您提供康明斯柴油发电机组的选型指南。在设计和安装柴油发电机组之前，请仔细阅读康明斯技术手册，并了解设备情况。只有正确地安装并维护设备，才能够保证设备安全有效地运转。据统计，50%以上的故障和意外伤害，是由于没有遵循设备的安装规则而产生的。本文的内容包括发电机组选型和安装规范，符合国家环保法规的“三同时”的要求（同步设计、同步施工、同时投入使用）。
一、柴发功率匹配目的
柴油发电机组凭借高效、耐用、可靠、适应性强等优势，成为各行业电力供应的重要选择，外形结果如图1所示。其中，热效率范围一般在35%到45%之间，但最新的技术已经能够将热效率提高到50%以上。在图2所示的能流图中，可以看出热机转变为有用功的能量和燃料完全燃烧所释放的能量的比值。
1、确保供电稳定
匹配负载需求，避免过载或欠载，保障设备正常运行。
2、提升效率
使柴油发电机组在最佳负荷范围内运行，降低油耗，减少运行成本。
3、延长设备寿命
避免过载或长期低负荷运行，减少设备磨损，延长使用寿命。
4、降低维护成本
减少因功率不匹配导致的故障，降低维修频率和费用。
5、保障安全
防止过载引发的过热、短路等安全隐患，确保运行安全。
6、适应负载变化
确保柴油发电机组能应对负载波动，保持稳定供电。
7、节省投资
合理匹配功率，避免选择过大或过小的机组，优化初始投资。
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图1 柴油发电机组外形示意图 |
图2 柴油机能流图 |
二、柴发选型设计
柴油发电机组一般分为主用和备用。在现阶段电力资源相对充足的情况下，柴油发电机组一般作为备用电源。
1、机型选择
康明斯柴油发电机组有以下几种机型可供选择：
（1）连续输出机组
用于长期负载不变的输出，无限定使用时间，典型应用并联电网、长期需要额定功率输出的工厂或企业。
（2）主用机组
使用时间无限制，变化性负载，适用于市电供应不正常或不足的工厂。
（3）备用机组
当正常电源中断使用，变化性负载，适用于商业、住宅、医院、通信、政府办公等一级负荷的后备电源。
2、选择的考虑因素
在发电机组选型时应注意以下几点：
（1）用电负载的大小；
（2）用电设备瞬间电压/频率波动变化的容许值；
（3）用电设备稳态电压/频率波动变化的容许值；
（4）可容许的谐波含量；
（5）发电机房的通风、排烟的情况；
（6）用电负载的特性（如非线性负载，用电设备单机最大功率等）。
3、标准状态功率
（1）不同企业标准
不同的发动机生产商都有自己的一套"标准状态"时的功率输出。因此，当比较两部不同生产商发电机组输出功率时，应在同一个"标准状态"下比较，才可推算那一台发动机的输出功率较大。
例如：英国标准BS5514：Part 1/1996 ISO3046-1/1995的标准状态为以下：
① 大气压力=100Kpa（海拔100m)；
② 环境温度=25℃相对湿度=30%。
即是说，如果某一厂家说明自己的发动机功率是根据BS5514：Part 1,1996的状态下测试，如实际环境状态与该标准不同，则发动机功率需进行修正：一般发电机组在环境温度超过25℃时，温度每上升10℃,功率输出下降约4%；在海拔高度超过1000米以上时，高度每升高300米，功率输出下降约2%。所以，净输出功率或可服务输出功率应该考虑实际环境参数下而作出调整之功率。
（2）康明斯标准
康明斯发动机在以下标准设计状态下运行，功率不发生折损：
① 大气压力=80Kpa（海拔2000m)；
② 环境温度=50℃；
③ 相对湿度=95%。
4、负载考虑因素
一般发电机房可分为三大类：
（1）主用
① 与市电无任何连接的独立发电机组，一般为提供电源给偏远而无市电供应的地区，或因市电供应不可靠而选用此种模式发电。
② 与市电并联使用，用发电机组供应全部或大部分电力。
（2）调峰用途
① 与市电独立，于高峰期由切换开关将一部分负载转到发电机组上去。
② 与市电并联，此一方法可靠性较高，原理如图3所示。
（3）备用供电
一般情况下，发电机组是在备用状态，当市电失效时，发电机组自动起动，通过低压转换开关向部分负载输电。其原理是：
如图4所示，当市电失电时，发电机组自动启动，提供电源，经过自动转换系统(ATS),将部分负载的市电供给切换到发电机组上，由机电供电；当市电恢复后，切断发电机组供给，自动将负载切换至由市电供给，同时发电机组卸载冷却运行3～5分钟后自动停机。
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图3 柴油发电机组并网原理框图 |
图4 柴油发电机与市电转换电路图 |
5、负载对选型的影响
负载的特性及大小是选择发电机组最关健的因素。其效率和负载特性曲线如图5所示，用电设备同时率曲线如图6所示。当考虑负载特性时，以下几点需要深入分析：
① 有否一些对电压，频率要求特别高的负载，如电脑、电讯设备等。
② 有否大型马达负载，其起动方式为何种方法，是否频繁起动。
③ 有否非线性负载，如整流器、UPS、高频开关电源等。
④ 有否变化频率固定的负载，如发射机等。
⑤ 有否会产生再生功率的负载，如吊机，电梯等。
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图5 发电机效率与负载特性关系曲线图 |
图6 用电设备负荷率-同时率曲线图 |
三、柴发购买后的安装规范
业主在购买、安装康明斯柴油发电机组前应注意：
（1）机房建筑应获得政府主管部门的批准；
（2）发电机组的功率符合环保报建及环境影响评价书内容；
（3）对以下方面作出控制，符合相应规范：
① 发电机房燃油和消防要求符合《建筑设计防火规范》GB50016—2014；
② 柴油发电机组及机房噪声符合《城市区域环境噪声标准》（GB3096-93）；
③ 柴油发电机组尾气排放符合《大气污染物排放标准》（DB44-27-2001）；
④ 电气安装符合《国家电气安装规范》（GB50055-93/JGT16-92）；
⑤ 环境和使用条件满足GB2820《工频柴油发电机通用技术条件》；
⑥ 技术等级要求满足GB/T4712-1996《自动化柴油发电机分级要求》；
⑦ 智能控制要求满足GB/T12786-1991《自动化柴油发电机组通用技术条件》；
⑧ 设备安装要求满足GB/T3614-1994《柴油发电机安装要求》。
除本技术要求提及的内容外，均符合柴油发电机组有关国家标准及部颁标准（包括各标准的引用标准）。本技术标准中所有设备、备品备件，除本规范书中规定的技术参数和要求及所列标准外，其余均应遵照最新版本的国标（GB）、部标（DL）、国际电工委员会（IEC）标准及国际单位制（SI）。若标准之间出现矛盾时，以高标准为准。
总结：
柴油发电机组的功率匹配是确保其满足负载需求的关键步骤，旨在确保供电稳定、提高效率、延长设备寿命、降低维护成本、保障安全、适应负载变化并节省投资。因此，功率匹配需综合考虑负载需求、启动方式、环境因素等，确保柴油发电机组稳定运行并具备一定冗余。
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