柴油机结构与组成（发电机组基础知识）

发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。

发电机的工作原理：

本文讲解的是运用最广泛的轻柴油发动机。

柴油发电机组中的柴油机是动力的输出部分，以柴油为燃料，靠气缸中被压缩后形成的高温高压空气使喷入的雾状柴油燃烧膨胀而做功，把热能转变为机械能。

它通过进气、压缩、做功、排气四个过程完成一个工作循环，又称为四冲程发动机。

为了降低零件温度，机体内布满水道，由水泵推动水冷却机组，称为水冷式机组（例如：volvo、三菱、康明斯）

小功率发动机也有采用空气对发动机进行冷却，称为风冷机组（例如：DEUTZ1011/912两个系列、常见的摩托车发动机）。

目前我国热力发电厂的发电机皆采用二极、转速为3000r/m的卧式结构。如图2所示，发电机最基本的组成部件是定子和转子。

图2 300MW汽轮发电机组侧视图

1-发电机主体；2-主励磁机；3-永磁副励磁机；4-气体冷却器；5-励磁机轴承；6-碳刷架隔音罩；7-电机端盖；8-连接汽轮机背靠轮；9-电机接线盒；10-电路互感器；11-引出线；12测温引线盒；13-基座

柴油发电机组基本概念：

柴油发电机组由柴油发动机、交流发电机、控制系统及各种辅助部件组成，是将机械能转化为电能，通过电缆将电能提供给用户的设备。

通常做为备用或主用电源，具有机动灵活、使用方便、随时供电、维护简单的特点。

按使用柴油的不同可以分为：轻柴机组、重油机组；

按转速的不同可分为：高速机组、中速机组、慢速机组；

按用途不同可分为：陆用机组、船用机组；

按使用发电时间不同可分为：备用机组、长行机组；

按照使用特点分：拖车式机组、静音型机组、防雨型机组、常规机组。

正在装配：

柴油机系统结构：

柴油机分为四几个系统、两个机构组成：

1、燃油供应系统

2、进排气系统

3、润滑系统

4、冷却系统

5、起动系统

6、配气机构；

7、曲柄连杆机构

调速系统介绍：

喷油控制1：

机械调速抗干扰性能强，调速精度低。

喷油控制2：

喷油控制3：

发动机相关名词/参数：

缸数：发动机设计缸体数量（4、6、8、10、12、16）；

直列缸：缸体均垂直而立，活塞上下运动做功；

V型缸：缸体分列两边V型成60度；

排量：发动机面积乘行程乘缸数；

压缩比：气缸容积与燃烧室容积之比，叫压缩比；

排风量：发动机风扇排出的风量；

燃气量：发动机吸入用于燃烧的空气量；

排烟量：排烟口出烟量；

排气温度：发动机排烟出涡轮增压器口的温度，一般300—600度左右。

发电机原理：

原理：

发动机牵引发电机转子旋转切割磁力线产生电压。

内部部件图：

电压调节器：

品牌电机对比表：

单轴承、免维护；自励磁、剩磁建压；马拉松370KW以上DVR、配永磁机，其它AVR；

一般H级绝缘。

防护等级：

IP等级系统提供了一个以电器设备和包装的防尘﹑防水进行分类的方法。

保护等级以IP后跟随两个数字来表示，数字用来明白确保护等级。

IPXX：

绝缘等级：

柴油发电机组知识：

发电机组控制原理：

控制原理大致分为两部分：

1、发电质量控制原理：

*供油系统通过精密自动监视发动机转速，适时供油，尽量保证发动机在额定转速下工作。

*电压调节器通过监视电压波动，适时增减励磁保证电压平稳。

2、机组运行保护原理：

*在实现以上功能时需要保护机组，于是在发电机组上装了一些传感器把信号传送到模块中，把执行报警或关机信号发出实现对机组的控制、保护。

柴油发电机组电性能指标：

稳态电压调整率：

U—空载整定电压（标定电压）（V）；

U1—负载渐变后的稳定电压最大值（或最小值）（V）；

Ⅰ、Ⅱ 、 Ⅲ类电站值为≤ ±（1~3）%；

Ⅳ类电站值为≤±5%。

瞬态电压调整率：

U —标定电压（V）；

U1—负载突变前的稳定电压（V）；

U3—负载突变时的瞬时电压最大值和最小值（V）。

稳态频率调整率：

f—额定频率（HZ）；

f1—负载渐变后的稳定频率最大值（或最小值）（HZ）；

Ⅰ、Ⅱ 、 Ⅲ类电站值为≤ ±0.5%~3%；

Ⅳ类电站值为≤±5%。

瞬态频率调整率：

U—标定频率（HZ）；

U1—负载突变前的稳定频率（HZ）；

U3—负载突变时的瞬时频率最大值和最小值（HZ）。

电压波动率：

UBmax和UBmin—分别为同一次观测时间内的电压；

最大值和最小值（V）。

频率波动率：

fBmax和fBmin —分别为同一次观测时间内的频率；

最大值和最小值（V）。

电压和频率稳定时间：

电压稳定时间—指从电压突变时起至电压开始稳定在与稳定电压范围内所需的时间。

频率稳定时间—指从频率突变时起至频率开始稳定在频率波动范围内所需的时间。

柴油发电机组其它性能指标：

柴油发电机组功率标定：

柴油机标定运行的标准环境状况是：

（1）环境空气温度0℃~+40℃；

（2）海拔高度不超过1000m；

（3）空气相对湿度不大于95%（温度为+25℃时）；

（4）有霉菌。

柴油发电机组功率标定：通常标定功率位12h功率，说明在标定功率。

下连续运行时间为12h。其中包括超过10%；

标定功率情况下连续运行1h。通常持续功率为12h功率的90%。

标准运行环境对比表：

柴油发电机组功率修正：

非标环境状况下使用时，机组的功率修正公式为：

Nf=(Ne·K1-Nfan)K2

Nf：机组输出功率（KW）；

Ne：柴油机标准环境状况下的标定功率（KW）；

Nfan：风扇消耗的功率（KW）；

K1：非标环境下湿度，温度与大气压力的综合换算系数；

K2：发电机效率；

Nef：标准工况下的机组额定功率。

注：柴油发电机组功率修正的简要算法：

Nf=Nef·K1

柴油发电机组功率修正：

柴油机的标准输出功率是在标准环境下：气温25℃，大气压力100Kpa，测试的相对湿度30%。所以因地域差异，发动机输出功率会随着气温的升高，大气压力的下降，相对温度的增加而下降，此时应对发电机组的额定输出功率作适当修正。避免发动机过热，造成早期损坏，修正表如下：

机组功率修正表（此为国标，进口机比这相对好些）

常用行业标准：

GB/T2820.1-2009《往复式内燃机驱动的交流发电机组第1部分》

GB/T12786-2006《自动化内燃机电站通用技术条件》

GB2819-1995 《移动电站通用技术条件》

JB/T8194-2001 《内燃机电站名词术语》

YD/T502-91（2000）《通讯专用柴油发电机组技术要求》

直接起动异步电动机的能力：

起动风机、水泵负载能力：

无线电干扰允许值：

机组自动化性能要求：

一级自动化机组：

（1）自动维持应急准备运行状态；

（2）能自动启动/停止机组运行；

（3）机组异常情况自动保护停机功能；

（4）声光信号系统；

（5）无人值守情况下连续运行4h。

二级自动化机组：（满足一级自动化要求外，还应满足下述要求）

（1）具有燃油、机油、冷却液自动补充功能。

（2）无人值守情况下连续运行240h。

三级自动化机组：（满足一二级自动化要求外，还应满足下述要求）

（1）当机组自启动失败时，自动起动备用机组。

（2）自动并机和解列。

（3）并机运行时能自动分配有功功率和无功功率。

机组预热装置：

预热设备的使用范围：在机组工作环境温度低于0℃的预热—确保机组启动成功率。

机组配套设备（ATS）：由ATS双电源自动转换开关，时间继电器，中间继电器，按钮，指示灯等组成。

有手动/自动操作功能，自动操作，检测市电当市电掉电输出开关量信号起动发电机组，机组建压ATS转为机组供电。

机组的并车性能要求：

两台规格型号完全相同的机组，在额定功率因数下，应能在额定功率的20%~100%范围内稳定并联运行。

要求机组中柴油机调速器的稳态调速率在2%~5%范围内调节，控制屏内的调压装置可使稳态电压调整率在5%范围内调整。

机组并联条件：

相同品牌相同功率机组并联操作比较理想。

非相同品牌相同功率机组并联应满足下列条件

1、柴油机：可以远程调速，调速率相同、电压相同、相位相同；

2、发电机：可以远程调压，有电压调差功能。

3、并联机组功率相差不能超过1：3。