书城工业技术柴油发电机组
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第3章 柴油发电机组的组成及特点

柴油发电机组是目前应用非常广泛的发电设备,用作邮电通信部门、财政金融部门、医院、学校、工矿企业及住宅的应急备用电源,军用及野外作业、车辆及船舶等特殊用途的独立电源,大电网不能输送到的地区或不适合建立火电厂的地区的生产与生活所需的电源,以及各种移动发电设备等。

随着我国通信事业的迅猛发展,通信手段不断现代化,各类通信设备不断更新,技术水平不断提高,各电信局(站)的装机容量不断扩大,各类通信设备都要求提供不间断、高质量稳定的供电电源。尤其是现代通信设备的运行,除了要求本设备正常运行所用的各类电源之外,还要求保证现代通信设备运行的环境。因此各局(站)在安装通信设备时,在机房均配有空调设备。通信设备的运行所需的交流电源,主要由电力部门提供,但是,当遇到电力部门正常检修或电网故障而停电时,电信局(站)就必须依靠自备的柴油发电机组来发电,以保证通信设备所需交流电源供给。由此可知,柴油发电机组是保障通信设备连续可靠、安全运行的重要设备。

1.1.1 柴油发电机组的组成

柴油发电机组(简称机组)是内燃发电机组的一种,由柴油机、三相交流同步发电机和控制屏(包括自动检测、控制及保护装置)3部分组成。

移动式柴油发电机组的柴油机、发电机和控制屏(箱)全部组装在一个公共底座上;而功率较大的固定式机组的柴油机和发电机装在由钢铁焊接而成的公共底座上,并固定在专门设计的钢筋混凝土基地上,控制屏和燃油箱等设备一般与机组分开安装。

柴油机的飞轮壳与发电机前端盖轴向采用凸肩定位直接连接构成一体,并采用圆柱型的弹性联轴器由飞轮直接驱动发电机旋转。这种连接方式由螺钉固定在一起,使两者连接成一体,保证了柴油机的曲轴与发电机转子的同心度在规定范围内。

为了减小噪声,机组一般需安装专用消声器,特殊情况下需要对机组进行全屏蔽。为了减小机组的振动,在柴油机、发电机、水箱和电气控制箱等主要组件与公共底架的连接处,通常装有减振器或橡皮减振垫。

1.1.2 柴油发电机组的特点

1.柴油发电机组的特点

柴油发电机组是技术密集型产品,它涉及柴油机、电机、自动控制等多个学科领域的技术。柴油发电机组是以柴油机为动力的发电设备,它与常用的蒸汽轮发电机组、水轮发电机组、燃气涡轮发电机组、原子能发电机组等发电设备相比较,具有结构紧凑、占地面积小、热效率高、起动迅速、控制灵活以及燃料储存方便等特点。

(1)单机容量等级多

柴油发电机组的单机容量从几千瓦至几万千瓦,目前国产机组最大单机容量为几千千瓦。用作邮电通信、高层建筑、工矿企业、军事设施的应急发电机组和备用发电机组的单机容量,可选择的容量范围大,具有适用于多种容量用电负荷的优势。

采用柴油发电机组作为应急和备用电源时,可采用一台或多台机组,装机容量根据实际需要灵活配置。

(2)配套设备结构紧凑、安装地点灵活

柴油发电机组的配套设备比较简单、辅助设备少、体积小、重量轻。与水轮机组需建水坝,蒸汽轮机组需配置锅炉、燃料储备和水处理系统等比较,柴油发电机组的占地面积小、建设速度快、投资费用低。

常用发电机组多采用独立配置方式,而备用发电机组或应急发电机组一般与变配电设备配合使用。由于机组一般不与市电网并联运行,同时机组不需要充足的水源(柴油机的冷却水消耗量为34~82L/kWh,仅为汽轮发电机组的1/10),且占地面积小,所以机组的安装地点比较灵活。

(3)热效率高,燃油消耗低

柴油机的有效热效率为30%~46%,高压蒸汽轮机约20%~40%,燃气轮机约20%~30%。由此可以得知,柴油机的有效热效率是比较高的,因此其燃油消耗较低。

(4)起动迅速、并能很快达到全功率

柴油机的起动一般只需几秒钟,在应急状态下可在1min内带到全负荷;在正常工作状态下约在5~30min内带到全负荷,而蒸汽动力装置从起动到全负荷一般需要3~4h。柴油机的停机过程也很短,可以频繁起停。所以柴油发电机组很适合作为应急发电机组或备用发电机组。

(5)维护操作简单,所需操作人员少,在备用期间的保养容易

(6)柴油发电机组的建设与发电的综合成本最低

柴油发电机组中的柴油机一般为四冲程、水冷、高速内然机,燃用不可再生的柴油,燃烧后的排放物NOx、CO、HC、PM污染环境,而且排气噪声较大。尽管如此,柴油发电机组与水力、风力、太阳能等可再生能源发电以及核能、火力发电相比较,具有非常明显的优势:柴油发电机组的建设与发电的综合成本是最低的。

2.柴油机的技术特点

发电用的柴油机大多数为通用或其他用途柴油机的变型产品,它具有以下特点

(1)交流电频率固定为50Hz,因此机组的转速只能是3000、1500、1000、750、500、375和300r/min,以1500r/min居多。

(2)柴油发电机组的输出电压为400/230V(大型机组为6.3kV),频率为50Hz,功率因素cosφ=0.8.

(3)功率变化范围宽广。发电用的柴油机的功率可以从0.5kW变化到10000kW,一般来说,功率在12~1500kW范围内的发电用柴油机用作移动电站、备用电源、应急电源或农村常用电源。固定或船用电站作为常用电源使用,其功率可达数万千瓦。

(4)具有一定功率储备。发电用柴油机一般在稳定工况下运行,负荷率较高。应急和备用电源一般标定为12h功率,常用电源标定为持续功率。机组配套功率应扣除电机的传动损失和励磁功率,并留有一定功率储备,所以机组的配套功率应将柴油机功率除以匹配比。

(5)装有调速装置。为保证发电机组输出电压频率的稳定性,一般都装有高性能的调速装置。对于并联运行和并入电网的机组则装有转速微调装置。

(6)具有较高的供电可靠性和自动化功能。功能较完备的应急电站具有自起动、自动加载、故障自动报警和自动保护功能,发电机组可以全自动化运行,不需要操作人员,能实现无人值守。