康明斯柴油发电机组电气性能指标

摘要：对于购买柴油发电机组的人员，必须熟悉机组的主要电气性能指标，因为该指标意味着设备的质量和性能数据。柴油发电机组的主要电气性能指标包括稳态指标和动态指标，柴油发电机组在一定负荷下稳定运行时的电气性能指标称为稳态指标。柴油发电机组的主要动态指标包括电压和频率稳定时间、瞬态电压凋整率和瞬态频率调整率、直接启动空载异步电机的能力、发电机组的并行性能和无线电干扰允许值。

一、柴发主要电气性能指标




1、频率降δfst

     δ在确定整定频率的条件下，额定空载频率fir与标称功率时额定频率fr之间的频率差用额定频率fr的一定百分数表示，称为频率下降，用fstd表示相当于中国标准中的稳态频率调整率（fd）。

2．稳态频率带βf和频率波动δfB

(1)稳态频率带βf是指发电机组频率在恒定功率下围绕一定平均值波动的包络线宽度，用额定频率的一定百分比表示的值。

(2)频率波动率δFB是指发电机组在恒定功率下频率波动的比值。

3、相对频率容差带αf

     由于稳态频率容差带DF是人为规定的，因此αf也属于约定值，而且βf是实际值。规定αf（∆f）目的是计算频率恢复时间tf，in（tf,de）。

4、相对频率设定下降范围δfs,do

     用额定频率的一百分表示，可以反映频率的整定下降范围。

5、相对频率设置上升范围δfs,up

     用额定频率的一百分表示，可以反映频率的整定上升范围。

6、频率确定变化速率γf

     频率确定变化速率γf是指在远距离控制条件下，用每秒相对的频率整定范围的某一百分数表示的频率确定变化速率。

7、初始频率的瞬态频率偏差δfd

     δfd是指在突变负载调速过程中，下冲（或上冲）频率与初始频率之间的频率差，以相对于额定频率的100分表示。

8、额定频率的瞬态频率偏差δfdyn

     δfdyn是指在一定突变负载的调速过程中，其下冲(或上冲)频率与额定频率之间的频率差，用相对于额定频率的百分比表示。

9、瞬态频率调整率δfs

     瞬态频率调整率是指发电机组在突然增加或减少负载时，瞬态变化频率与负载变化前频率之间的差值与额定频率之间的比值。

10、频率恢复时间和频率稳定时间tf

（1）频率恢复时间是指在规定的负载突变后，从频率离开稳态频率带到永久重新进入规定的稳态频率容差带的时间。

(2)频率稳定时间是指从频率突变时到开始稳定在频率波动范围内所需的时间。

11、稳态电压偏差δ稳态电压调节率和稳态电压δU

(1)稳态电压偏差δUST是指在规定的功率因数下，考虑温升影响的稳态条件下，空载与额定输出之间的所有功率与整定电压之间的最大偏差。稳态电压偏差δUST用额定电压的一百分表示。

(2)稳态电压调整率（δu）是指同步发电机在从空载到额定负载的所有负载条件下稳态电压的变化率，通常为≤±0.5%。

12、电压不平衡δU2,0

     电压不平衡δU2，0是指空载下负序或零序电压分量对正序电压分量的比值，用额定电压的一百分数表示。

U0=UA+UB+UC

式中，U1=（UA+αUB+α2UC）；

U2=（UA+α2UB+αUC）；

其中，α是模具等于1，幅角等于2p/3的复数，以便α乘以一定量就等于逆时针旋转一定向量1200°。

13、相对电压整定范围δUs

     用额定电压的一百分比表示电压的整定范围。

(1)电压整定下降范围:D∆Us,do=Ur−Us,do

(2)电压设定上升范围:D∆Us,up=Us,up−Ur

（3）相对电压整定范围：

14、电压整定变化速率γu

    类似于频率设定变化速率的情况，不再重复。

15、瞬态电压偏差δUdyn

（1）负载增加的瞬态电压偏差是指发电机在正常励磁控制下驱动额定频率和额定电压时，连接额定负载，用额定电压的100分表示的电压降。

（2）负载减少的瞬态电压偏差是指发电机在正常励磁控制下驱动额定频率和额定电压时，突然切除额定负载，用额定电压的100分表示的电压升。

16、电压恢复时间与稳态电压容差带

电压恢复时间tu（tu,in，tu,de）：从某个负载变化瞬时(T1)到当电压恢复并保持在规定的稳态电压容差带内时(T2)。

17、相对稳态电压容差带αu

    该指标与αf也属于约定值。

18.电压调制

在一定的稳态电压下，在低于基本发电频率的代表性频率下，用额定频率和恒定转速时平均峰值电压的100分表示准周期电压变化（峰对峰），称为电压调制。

19、周期不均匀

这个概念与电压调制的概念是一致的。电压调制和周期不均匀的概念与电压波动的概念相似。电压调制与电压波动既有联系又有区别。一般评估中频(400Hz)发电机组的电压调制。除了电压幅值的变化，电压调制对电气设备的影响还应考虑调制频率。同时，各自的测试仪器也不同。测量电压调制必须使用示波器；测量波动率可以使用指针仪表。

20、Uz负载电压的整定范围

发电机组空载电压的整定范围为额定电压的95%～105%，这是因为发电机组与用电设备之间有一定的电缆电压降，发电机组应保证输出电缆末端在一定负荷下具有正常工作电压的规定值。

21、热电压变化

热电压变化是指发电机组在校准工况下从冷到热的电压变化。使用可控励磁装置的发电机组不得超过±2%标定电压；对于使用不可控励磁装置的发电机组，不得超过±5%标定电压。

22、电压正弦波形畸变率

发电机组要求发电机的理想波形是正弦波，但实际上发电机的感应电位中含有三次以上的高次谐波，励磁发电机的三次谐波特别严重，导致发电机电压的正弦波形畸变。电压正弦波形畸变率过大，会使发动机发热严重。当湿度升高时，发动机的绝缘会受到影响，也会影响电气设备的正常工作。发电机组空载标定电压时，线电压正弦波形畸变率不应超过10%。

23、冷热电压变化

这是指发电机组在额定工况下从冷到热的电压变化。使用可控励磁装置的发电机组不得超过±额定电压2%；不可控励磁装置发电机的发电机组不得超过±额定电压的5%。

24、畸变率

当发电机组处于空载额定电压时，线电压的正弦波形畸变率不应大于以下规定值：单相发电机组和额定功率小于3kW的三相发电机组为15%；

(1)额定功率为3～250kW三相发电机组为10%；

(2)额定功率大于250kW的三相发电机组为5%。

25、负载要求不对称

对于额定功率不超过250kW的三相发电机组，在一定的三相对称负载下，额定相功率的电阻负载增加25%（对于可控硅励磁的一相）。当相的总负载电流不超过额定值时，应能正常工作，线电压的最大（或最小）值与三相电压的平均值之差不得超过三相电压的平均值±5%。

二、影响柴发动态性能的因素




动态性能是指柴油发电机组运行时各输入量与输出量之间的动态关系。为了保证柴油发电机组启动和运行的安全性和可靠性，本文主要介绍了影响柴油发电机组动态响应机制的几个主要因素，警告用户在设备选择前制定正确的采购计划。

1、结构型式

除了选择自然吸气柴油发电机或涡轮增压柴油发电机外，它还取决于涡轮增压器、调速器和喷油泵的具体结构。对于自然吸气柴油发电机，容易获得高动态性能指标；对于涡轮增压柴油发电机，由于增压过程不能立即完成过渡，加速（或减速）时间较长，动态性能较差。一些品牌的柴油机增压器叶轮采用轻、耐高温材料制成，大大降低了运行惯性，提高了其动态性能。就调速器而言，电子调速器优于机械调速器，例如，Barber-Colman 电子调速器，这个动态指标可以比机械调速器提高一个等级。

2、转动惯量

转动惯量(Moment of Inertia)它是刚体绕轴旋转时惯性（旋转物体保持匀速圆周运动或静止）的量，用字母I或J表示。在经典力学中，旋转惯性（又称质量惯性矩，简称惯性距离）通常用I或J表示，SI 单位为 kg·m²。对于一个质点，I=mr²，其中 m 它是它的质量，r是质点和旋转轴之间的垂直距离。旋转惯性在旋转动力学中的作用相当于线性动力学中的质量，可以形式地理解为物体对旋转运动的惯性，用于建立角动量、角速度、扭矩和角加速度之间的关系。

整个发电机组包括柴油机、飞轮、联轴器、发电机转子等旋转质量的旋转惯性。大的旋转惯性可以降低载荷变化时速度波动的振幅，从而降低瞬态频率偏差。恢复时间可能有正反两个方面的影响，需要具体分析。因此，在调整惯性值时，必须考虑这两个指标的妥协。旋转惯性通常可以通过选择不同尺寸的飞轮或不同类型的联轴器来调整。

3、柴油机的功率裕度

柴油机功率裕度是指该机型实际设计的最大功率与使用的最大功率之间的差异。保证发电机组额定功率所需的柴油机功率与柴油机功能发出的最大连续功率之比表示柴油机的功率裕度。比越小，柴油机配电机的功率裕度越大，发电机组的动态性能要求就越容易满足。

例如，柴油机设计的最大功率为2000kW，而实际船型设计的柴油机最大功率为1800kW，即200kW的功率裕度。柴油机的功率裕度对身体的寿命和长期使用都有很大的好处。但不宜储备太大，功率储备太大，成本性能不高。

4、发电机组的加载比例

对于自然吸气柴油发电机，突加和突卸1％负荷是可以做到的。涡轮增压柴油发电机由于增压器工作无法实现瞬时过渡，突然增加10％负荷通常是不可能的。因此，需要按一定比例分级加载。柴油机的平均有效压力取决于柴油机的许多结构因素和燃烧过程的组织，对柴油机的增压程度有很大的影响。因此，柴油机发电机组的国际标准ISO 在852815和老德国标准DIN6280中，建议根据平均有效压力值确定加载等级和载荷比例。而在较早的IS03中 6一1978 但规定了不同形式的加载等级一比例曲线。这种变化主要是由于柴油机增压技术的发展，增压越来越高，旧经验不再适用，人们的理解在技术发展过程中不断提高，根据新经验做出了这种变化。经验表明，高载荷段对瞬态指标的影响远大于低载荷段。因此，高载荷段的比例间隔远小于低载荷段。

分级比例仅作为指导值的参考。在实际应用中，还必须考虑电气设备的工作要求，然后通过调整系统配置来确定加载等级和比例。因此，ISO或DIN标准都特别强调了用户与制造商协商的必要性。这可能会发生以下情况：由于电气设施不同，加载比例不同，发电机组的精度等级也会不同。这表明，发电机组的精度等级是相对的，它对负载有很大的依从性。




总结：

在计算机技术高度发达的今天，发电机组系统可能达到的性能水平可以通过模拟计算来预测，这对正确选择柴油机和提前确定系统配套状态非常有帮助。20世纪80年代，康明斯为中国提供柴油机时，为了满足发电机组的稳态和动态性能，提前模拟了系统的部分结果。计算系统采用WOODWARD PSG液压调速器，分两级加载。稳态速度降设定为4％第一级加载得到的动态频率偏差为8％大约；虽然二次加载只有37次％负荷增值，动态频率偏差达到10％。恢复时间接近3秒。发电机组要求动态偏差不大于7％，恢复时间不超过3秒。由于动态偏差过大，该配置不能满足要求。后来，BARBER-COLMAN电子调速器被改用以满足要求。