柴油发电机组的应用,可以说是个涵盖选型、安装、运行、配电、排障、维修等几方面的广义命题。每个环节相互依托,密切关联。把握住这些事的宗旨是:让机组无论何时均处于良好的状态,只待需要,即刻发出高质量的电能。如果说选择机型是柴油发电机组应用的开始,那么其它的环节则在应用中更显重要。
　　
　　1 柴油发电机组的选型
　　
　　柴油发电机组的种类、型号、规格很多。虽然它们的基本工作原理是一样的,但每个品牌,每种机型都有自己的技术、应用和经济特色。现在国内柴油发电机组市场繁荣,购销两旺。国产、合资及进口的各种机组争奇斗艳,为广大用户根据自己的需要选择满意的产品提供了很好的机会。选择什么样的机组,应该从使用目的、现有环境条件、经济能力等多方面充分考虑。以下的各种情况可作为选型的参考依据。
　　
　　(1)现有设备状况
　　
　　柴油发电机组作为应急后备电源,是给市电中断后不能停机的重要设备供电的。从这个角度出发,统计一下所需应急供电设备的总功率,然后根据需要加上一定的余量,选择相应的额定输出功率的柴油发电机组。如果这些不能停电的重要设备已经由UPS供电,则要考虑UPS的性质及工作特点,柴油发电机组的输出额定功率应比UPS的额定功率大1.6～2倍左右。
　　
　　(2)后备支持时间
　　
　　柴油发电机组分为备用发电机组和长行发电机组。备用发电机组,以最大输出有效功率连续运行时间不能超过12h。据此,应考虑机组实际的负荷量以及所在地以往的市电停电时间,选择备用机组还是长行机组。如果需要还应估算一下:备用柴油储油设施、润滑油及冷却水的储备容量及其自动补给设备的投资。
　　
　　(3)应用环境状况
　　
　　选型后的柴油发电机组准备安装在什么地方。室内还是室外,平原还是高原,周围环境对噪声大小的要求等情况,需要全面考虑,并选择与之相适应的柴油发电机组。对噪声控制要求高的地方只能选择静音型机组或采取特别的降噪措施。
　　
　　(4)机组的运行及控制方式
　　
　　柴油发电机组是自动无人值守运行,还是靠值班人员起动运行。要根据实际情况确定,然后再选择基本型机组或微机控制全自动机组。若不能停电的重要设备已经是由两台或多台UPS并联冗余供电,那么选择柴油发电机组时也最好采用同型号、同规格的两台机组构成并联互动的运行方式。若其中一台失效,另一台还可以立即运行,确保高可靠供电。
　　
　　(5)选型的运筹
　　
　　我国柴油发电机组市场很大,国产机组和进口机组都有自己的销售热点。国产柴油发电机组的生产历史已有几十年。特别是上世纪80年代以后,国内的柴油机和发电机生产厂都进行了技术改造。有的引进了国外的先进设备和技术,有的合资合作,从而使生产技术水平和产品质量得以很大的提高。现在我国采用新技术生产的柴油发电机组并不比国外的差多少,而且售价比进口同等设备低很多。只是1000kVA以上的微机或PLC自动控制的大型柴油发电机组中,进口机组目前还占有一定的优势。所以选型时,中、小功率的机组可选国产的,既经济实用,服务和零配件供应又有保障。选择进口机组时,可以考虑柴油发电机组主机进口,储备油箱、消声器、排烟管等辅属设备采用国产的,这样可以节约资金。
　　
　　选型前,应该进行必要的市场调研。找三家以上的供应商提供国产及进口同类设备的技术资料、商务咨询和报价。再仔细考核或请专家参谋柴油发电机组的选型对象,尽可能做到在资金额度内选购到最满意的产品。
　　
　　2 柴油发电机组的安装与调试
　　
　　柴油发电机组购进以后,安装在什么地方更合适,如何让它尽快地投入工作。这也是首先要做好的事。
　　
　　2.1 选择安装地点
　　
　　用于应急发电或不间断供电系统的柴油发电机组,一般体积大、重量大、工作噪声大。所以要为它们因地制宜的选择一个通风条件较好,地基牢固,又不干扰办公的安装地点。很多实践经验值得参考。单位在办公大厦的,可以考虑安装在地下一、二层的车库内,但要做好进风排风管道。或者是安装在楼顶,通过电力竖井送电。单位有院落的,可考虑在尽量不干扰办公的角落安装。
　　
　　2.2 机房内的布局
　　
　　机房的布局,应着重考虑的是:机组的水箱散热器要对准墙上的排风口,排烟管则由其上方伸出。进气窗开在同步发电机尾部的正前方。机组的安装地面四周挖出隔震沟。除此之外,还要给配电柜、储油罐等辅助设备留下安装位置和空间。图1是通常采用的机房布局形式。

图1 柴油发电机组机房常用的布局形式

　　2.3 安装与试车
　　
　　(1)安装
　　
　　机组应固定在用水泥、砂石灌筑的基础上,其厚度是发动机气缸直径的三到四倍,长、宽各比柴油发电机组大出20cm左右。基础可根据需要高出地面或与其平齐,它的周围再建造30cm宽的隔震沟。基础表面要平整,机组的底座与此面找平后,予以固定。
　　
　　水箱散热器的出风面,通过软性引风罩与墙上的排风口连接,并将其连接处做密封处理。
　　
　　排气管俗称排烟管,是发动机工作时排出废气的管道,温度高且噪声大。通常都是加装消声器以降低废气噪声对环境的干扰。它固定在机组上方屋顶垂下的支架上。
　　
　　储油罐的安装位置应该高于机组，输油管尽量少弯曲,这有利于燃油向发动机流动。罐内的柴油要满足机组运行8小时。储油罐以圆形为宜，因为同样的容积，圆形的要比方的外形尺寸小且用料省。
　　
　　配电柜是柴油发电机组对外输出电力的控制枢纽,一般将其安置在靠墙而又便于操作的地方。大多数机组的同步发电机上方是接线柜,电力电缆在这里与发电机的三相绕组接头U、V、W及中线N、保护地线PE对应连接后,经地沟进入配电柜。三相火线与其主控断路器连接。
　　
　　机组控制柜的远程监控或网控用信号线,应穿镀锌管从地沟导出。
　　
　　柴油发电机组为了运输安全,一般都不连接起动用蓄电池。机组在定位安装后,再对应极性将电池牢固地连接起来。
　　
　　(2)开机准备与调试
　　
　　柴油发电机组及其相关的装置、设备安装好以后。先要进行一次全面的检查,再准备开机。因为机组从总装厂到用户的机房,要经过几次的吊装、搬运,颠簸和震动是难免的。从发动机或发电机的通风口百叶窗钻进雨水、沙尘也常有所见。检查和准备开机的工作一般有以下诸项:
　　
　　①认真查看并碰触柴油发电机组所有外露的管道及接头、零部件的连接处、各种紧固螺钉螺母有无松动或移位现象,如果有应予以纠正。
　　
　　②要特别关注柴油发动机与同步发电机的凸肩定位及弹性联轴器的连接牢固性及其同轴度。
　　
　　③触碰控制柜(屏)、电子调速器与外界连接的各种电缆和插头,保证其良好的接触。
　　
　　④打开发动机和发电机的通风口的百叶窗,查看内部有无积水或异物,如果有应及时清除。
　　
　　⑤检查水箱散热器风扇的传动皮带,保证其张紧程度。
　　
　　⑥开启控制柜开关,做指示灯测试。观察仪表或LCD显示屏的示数是否正常。
　　
　　⑦仔细阅读随机的使用手册,按要求做好开机准备。
　　
　　⑧加满冷却液和机油,打开储油罐通向机组的管路开关。
　　
　　做好这些准备工作后,就可以开机试车:将控制柜上的功能选择钮打到手动或测试档,拉断发电机输出总开关,起动柴油发电机组。若一次起不来,则需等30s后再起动,三次都没起动,应该停下来寻找原因。
　　
　　柴油发电机组开动起来以后,辨析发动机和发电机的工作声音有无不正常现象。通过仪表和显示屏判别,诸如机油的温度、压力、冷却液的温度、发动机转速、发电机输出电压、频率等运行参数与出厂技术指标是否一致。如有不同的地方,需要对应调节。使其恢复到正常参数范围之内。
　　
　　3 柴油发电机组的应用特点
　　
　　柴油发电机组无论在何时何地,只待需要时它就能够立即开动,并发出性质与市电完全一样的电能,这就是它的应用目的。如果把市电电力网的能量比做大海,那么柴油发电机组只是一个小小的湖泊。它的输出功率无法与市电电网相比。这也就决定了其应用特色。
　　
　　3.1 柴油发电机组的负荷特性
　　
　　这实际上是同步发电机的负荷特性,因为它是直接接负荷的。在同步发电机的工作原理中已阐述:转子绕组通入旋转整流器提供的直流电流后,在其与定子之间的气隙中产生一个磁场,称为转子磁场或主磁场。那么接有负荷的定子或叫电枢绕组,也会因为负荷电流的流过在此气隙中产生一个磁场,叫做定子或电枢磁场。气隙中的这两个磁场自然地共同形成一个合成磁场。同步发电机输出电压和电流的大小就是由它决定的。
　　
　　引起合成磁场变化的主要原因，是电枢磁场由于负荷的性质不同而变化造成的。这称为电枢反应:当发电机的电枢绕组——原理上就是一个铁心电感线圈，只接有纯电阻性负荷时，绕组的电势与电流同相，电枢磁场与转子磁场叠加，合成磁场没有什么变化。只是发电机带负荷运行时，其定子磁通需处于饱和状态要吸收一些电枢磁场，而使合成磁场略有减少。负荷电流越大则减少的越多。
　　
　　若电枢绕组仅接纯电感性负荷,则电枢的电流要滞后电势90°相位角。由这个电流产生的电枢磁场就会对转子磁场形成抵消作用,从而使合成磁场减弱且扭曲。发电机的输出电压因此降低。
　　要是只把纯电容性的负荷接到电枢绕组上,那么由于电容的性质,会使得电枢绕组的电流比它的电势超前90°相位角。此电流形成的电枢磁场可以加强转子磁场,这就让合成磁场得到加强,使发电机的输出电压升高。
　　
　　以上分析表明:三种不同性质的负荷会使得同步发电机产生不同的的电枢反应,进而使其输出电压发生变化。掌握这些规律,就可以为柴油发电机组配置较佳的负荷,让机组发挥出全部潜力,提供出优良的电能。
　　
　　3.2 负荷的配置
　　
　　同步发电机的三相绕组如无特别的需要,一般都接成星形输出;各绕组线圈的起始端接在一起,作为中线N,线圈的终端即为绕组的电压输出端,分别记为U(R)、V(S)、W(T),也就是俗称的火线。工作或生活中使用的单相、三相用电设备,并非可以随心所欲地接入这些端口,因为柴油发电机组可供出的功率必定有限。还是应该合理地在这三个端口配置负荷,让机组处于良好的工作状态。为此,一般需考虑以下的因素:
　　
　　(1)尽量使每相的负荷平衡,避免一相带的很大而其它相带的很小或空载。这从控制柜的输出电流表或LCD屏所指示的每相电流中可以看出。
　　
　　(2)每相所带的负荷的性质应该尽量互补,例如;带电容性负荷的同时也带电感性负荷,以提高总体的功率因数。这也可以从显示屏或功率因数表看出。
　　
　　(3)不要长期性的带过小的负荷,大马拉小车不仅不经济,而且对柴油发电机组无益。负荷量在机组额定值的80%左右,被认为是较好的配置。
　　
　　同步发电机就是将发动机传送给它的机械能转换为电能的旋转电磁机器。发电机内的合成磁场所产生的电磁转矩随着负荷电流的变化而变化。负荷电流越大则电磁转矩越强,它强烈地制动发电机转子的旋转。这时只有发动机加大油门,使曲轴供出更大的机械扭矩,去克服电磁转矩的制动作用,使转子恢复额定的转速,发电机才得以返回正常工作状态。这就是发电机对机械能的转换过程。
　　
　　3.3 常用馈电方式
　　 　　柴油发电机组所发出的电能,应严格遵照相关的国家标准选择电力线截面积、低压开关和供电体制(TN-C或TN-S,即三相四线制还是三相五线制)所构成的电路馈送给负荷。作为后备、应急设备的柴油发电机组,普遍是与市电构成一个自动转换、相互替代的供电系统,如图2所示。

图2 柴油发电机组输出配电框图

　　馈送发电机组输出电能的电缆,通过配电柜内的Sf开关,与自动转换柜ATS的Sc开关相连。Sc与市电输入开关Ss互锁。有市电时Ss闭合,UPS和其所带的设备,以及其它可以暂时断电的负荷(例如机房空调等),分别通过负荷配电柜的S1、S2开关得电工作。一旦市电中断,ATS就会发出起动柴油发电机组的指令。机组的输出电压稳定后(一般15s左右)Ss断开、Sc闭合,所有的负荷由发电机供电。市电恢复后,ATS会自动断开Sc,闭合Ss,转换为市电供电,并发出关闭发电机组的指令。
　　
　　柴油发电机组利用ATS不仅做到自动开、关机,而且还可靠地向负荷馈送电能。
　　
　　4 柴油发动机常见问题的处理
　　
　　安装年限或累计使用时间较长、维护工作不到位的机组中的柴油发动机,因其零部件多,结构精密复杂,有时也会遇到一些问题。及时鉴别其异常现象、分析其产生的原因并做出处理,是提高设备可用性的重要环节。
　　
　　柴油发动机一般常见的问题与处理办法有:
　　
　　(1)起动不正常,要起动两、三次,甚至开不起来可能的原因是:起动用蓄电池内阻变大,输出
　　
　　电流不足。起动电机离合齿轮故障。燃油泵、滤清器及喷油嘴问题,造成供油异常。气缸进、排气门开关不到位。活塞环损坏。处理的方法是:判断可能出现问题的部位,做重点检查,进而找出故障原因。采用以下办法做对诊处理:
　　
　　更换蓄电池。紧固并润滑离合齿轮。拆修油泵与油嘴,换滤芯。清除气门积炭。去除有问题的活塞环,安装新的并调整与缸套的间隙。
　　
　　(2)发动机开起来后,冒黑烟且噪声大
　　
　　有可能存在喷油泵、油嘴供油不正时。进气门开启异常,而造成燃油不能充分燃烧等问题。
　　
　　解决的方法是:重点检查燃油供给和进、排气部分。对应更换问题零部件。特别是电动喷油嘴,除了检查它的电磁部件外,还要注意电子调速器的性能有无变化。
　　
　　(3)发动机无力,曲轴给不出足够的扭矩
　　
　　一般出现这种现象的原因主要是油路:喷油泵或喷油嘴故障,油路倒入空气。造成需加大油门时喷入汽缸的燃油不足。其次是气缸盖与机体之间的密封垫漏气,使气缸内的爆燃气体压缩无力找到问题的根源,采取更换气缸盖的密封垫或油路的故障零部件,是正确的措施。
　　
　　5 同步发电机一般常见问题的处理
　　
　　同步发电机直接与负荷连接,电压高、电流大,在长期的运行中有时也会出现一些问题。
　　
　　(1)柴油发动机工作正常,但发电机发不出电或发出的电压很低
　　
　　这有可能缘于和发电机相关的部件,例如:励磁机损坏,无法提供励磁电压。旋转整流器故障,不能向转子绕组注入励磁电流。转子铁心剩磁减弱或消失。都会使得发电机发不出电或输出电压极低。
　　应对的手段一般有:选择合适的直流电压并按着极性,直接接到励磁绕组充磁。仔细检查励磁机和旋转整流器,找到问题元器件或绕组,予以更换修复。
　　
　　(2)发电机输出电压不稳定,而且一带大负荷,输出电压就跌落得很厉害
　　
　　一般自动电压调节器(AVR)、励磁发电机和旋转整流器有故障,是出现这种现象的主要原因。AVR对电压或负荷变化的负反馈调节功能失效、旋转整流器部分器件及励磁发电机电压整定电路的元件损坏等,哪个方面出问题都会引起输出电压不稳定。
　　
　　需采取的措施是:重点检测AVR,用模拟实验法考核它的灵敏度和输出线性是否符合出厂标准,有问题则给以维修。旋转整流器和励磁发电机相关电路的元器件不多,查测的对象主要是整流元件、电位器。若有损坏及时更换。
　　
　　(3)运行过程中机体温升快,振动大
　　
　　出现这种问题,大多是因为励磁绕组线圈匝间短路或负荷量严重超过额定值,使励磁电流大增而造成转子发热。发电机的转子与定子间隙变化,导致部分碰触扫膛,使机体温度速升。
　　
　　根据这些情况,要检查转子轴前与弹性联轴器后与轴承,有无零部件松动、损坏。并对诊拆旧换新。转子绕组匝间短路点需重新缠绕绝缘蜡绸。应认真计算并合理配置负荷总的有功功率和无功功率,使它们均不超过发电机的额定值。
　　
　　6 UPS与柴油发电机组的配接
　　
　　UPS与柴油发电机组一起组成不间断供电系统,已是普遍采用的方式。平时UPS靠市电工作;它不仅隔除了电网上的干扰及电压波动,为设备提供优良的电能,而且还对电池组充电储能。一旦市电中断,UPS即刻将电池的直流电能逆变成交流电,不间断地支撑设备工作。但是电池组的能量必定有限,只有靠柴油发动机组发出的电能代替市电,让UPS再回到输入交流电工作,这才可以长时间地保证设备连续的运行。
　　
　　然而在UPS转为发电机组供电时,常会出现不能正常工作的问题。分析其原因:主要是有的单相或三相输入的UPS它们的前级都只是桥式全波整流滤波电路。这种电路导致输入电流中出现了甚至高达25%的高次谐波分量。这些谐波分量对于电能容量比UPS本身的输出功率大千万倍的市电来说,虽然会造成电力网的污染,但形不成对发电厂发电机工作的明显干扰。而对于输出功率与UPS相差不大的柴油发电机组而言,就会有很大的问题。含有高次谐波分量的UPS输入电流,也就是发电机的输出电流,流经发电机的电枢绕组时所产生的电枢磁场,会因高次谐波电流的存在而变得杂乱。从而使它与主磁场构成的合成磁场也发生畸变和偏移，在这样的合成磁场作用下发出的电压，波形自然也会畸变即含有高次谐波分量。此种电压再送入UPS的输入端，则UPS的锁相跟踪电路就无法锁定基波而不被高次谐波干扰。从而造成机器总在旁路和逆变之间切来换去无法正常工作。
　　
　　这里有两个解决办法:一是选择输出功率比UPS大几倍甚至十几倍的柴油发电机组。象市电那样不怕高次谐波的干扰;另一个是选择输入电流高次谐波分量小的即输入功率因数高的UPS。显然选择后者,无论从尽量减小对电力网的污染、采用绿色能源,还是从经济及设备利用率方面考虑都是正确的。
　　
　　现代的中、小型UPS大都采用带有功率因数校正电路(PFC)的全波整流,IGBT整流技术也被大功率UPS广泛作为前级。这些措施使得输入电流的高次谐波分量减小到5%以下,输入电流和电压几乎同相,即输入功率因数达到0.95以上。很小的高次谐波分量不仅大大减少了对电网的污染,而且也使得发电机的合成磁场畸变可以忽略,输出电压波形的正弦性得以保持,从而使UPS与差不多同等功率的柴油发电机组能够很好的配接。
　　
　　责任编辑：尕刺