新聞主題	柴油發(fā)電機組的電壓整定范圍、穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)調(diào)整率

 

摘要：電壓調(diào)整率是表征柴油發(fā)電機組的性能優(yōu)劣的重要性能指標，是指在負載和溫度恒定的條件下，輸出電壓的相對變化量與輸入變化量的百分比。在實際的應(yīng)用過程中，應(yīng)用不同的公式會得到不同的計算值。康明斯公司在本文中著重闡明了柴油發(fā)電機組的電壓整定范圍、穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)電壓調(diào)整率、電壓穩(wěn)定時間以及相關(guān)的測試方法。其中，試驗的目的是評估發(fā)電機的電壓調(diào)整能力以及檢測發(fā)電機的穩(wěn)定性能，通過該試驗可以得到發(fā)電機在負載變化時的電壓調(diào)整情況，為柴油發(fā)電機組的運行和維護提供重要依據(jù)

 

一、柴發(fā)機組電壓的性能指標

 

1、電壓整定范圍

        在柴油發(fā)電機組的電壓監(jiān)測點或各電壓等級的用戶受電端的電壓監(jiān)測點裝設(shè)的電壓監(jiān)測儀，其整定電壓值即為按GB/T 12325和SD 325規(guī)定的電壓允許偏差的上限電壓標準值與下限電壓標準值。簡單來說，整定電壓就是發(fā)電機經(jīng)過處理穩(wěn)定以后的一個持續(xù)不變的輸出電壓。

        電壓整定范圍是指在柴油發(fā)電機以額定轉(zhuǎn)速空載運行時，調(diào)整控制面板上的手動或自動電壓調(diào)節(jié)器，電壓能夠達到的最大值和最小值的范圍。在一般情況下，空載電壓整定范圍為額定值的95%～105%。

        例如：額定電壓為400伏的康明斯柴油發(fā)電機組，其空載電壓可以在380—420伏之間調(diào)整，在康明斯發(fā)電機出廠時一般都整定在400伏。

2、發(fā)電機電壓調(diào)整率

        電壓調(diào)整率定義：(首端電壓不變的前提下)撤掉在特定功率因數(shù)條件下的全部負載，引起的末端電壓升高值與滿載時末端電壓的百分比。電壓調(diào)整率來源于柴油發(fā)電機組在滿載時，其輸出電壓因該電源的供電電壓波動引起的變化。 

        電壓調(diào)整率又稱電壓變化率。當同步電機勵磁電流及轉(zhuǎn)速為一定值，在給定功率因數(shù)條件下，同步電機從額定功率轉(zhuǎn)變到空載時的電壓變化量，用額定電壓的百分率表示。電壓變化率主要取決于飽和程度和電樞反應(yīng)的大小，飽和程度越高，電樞反應(yīng)越小，電壓變化率就越小。

（1）穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率：

        穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率（δ_u）是指同步發(fā)電機在從空載到額定負載的所有負載條件下穩(wěn)態(tài)電壓的變化率，通常為≤±0.5%，用公式表示

 

 

 

式中， U——空載時輸出的整定電壓；
U₁——負載漸變后的穩(wěn)定輸出電壓，取最大值和最小值，若三相電取平均值。

（2）瞬態(tài)電壓調(diào)整率：

        柴油發(fā)電機組的國際標準瞬態(tài)電壓調(diào)整率為：≤-10%/ +15%，瞬態(tài)電壓調(diào)整率(（δ_Ps）是指發(fā)電機在空載且轉(zhuǎn)速和電壓達到額定值時，在突加或突減負載的過程中瞬時電壓的變化率，其數(shù)學表達公式為：

 

 

式中，U為額定電壓；

U_s為負載突變時瞬時電壓的最大值或最小值，在一般情況下，取三相線電壓的平均值。

3、三相不對稱負載下運行電壓的穩(wěn)定度

        三相不對稱負載在機組運行中有可能會出現(xiàn)，特別是負載中有較多的單相負載時，由于接線不合理，也會造成三相負載不對稱（相量圖如圖1所示，接線如圖2所示）。不對稱負載將導(dǎo)致發(fā)動機三相繞組所供給的電流不平衡，使發(fā)動機線電壓間產(chǎn)生偏差，同時使發(fā)動機發(fā)熱和振動，對用電設(shè)備也是不利的。因此規(guī)定機組在一定的三相對稱負載下，在其中任一相上再加25％標定相功率的電阻性負載，但該相的總負載電流不超過額定值時，應(yīng)能正常工作。

        在不對稱負載條件下，如果每一相的都不超過額定值，且各相負載的的電流之差不超過25％，那么，各線電壓與三相電壓平均值之差應(yīng)不超過三相線電壓平均值的5％。 其線電壓不平衡度（δ_UL）計算公式表達為：

 

 

 

式中，U_L在不對稱負載下，線電壓中的最大值或最小值。

U_Lave 在不對稱負載下，三個線電壓的平均值。

 

圖1  三相不對稱負載下運行電壓相量圖

圖2  發(fā)電機三相不對稱負載連接圖

 

4、電壓波動率

        發(fā)電機組的電壓在負載不變時由于機組內(nèi)部的原因產(chǎn)生波動，電壓波動率（δ_uB）通常設(shè)為：≤0.5%。

        發(fā)動機勵磁系統(tǒng)不穩(wěn)定和柴油機轉(zhuǎn)速的波動，使發(fā)動機的端電壓在其負載不變時出現(xiàn)波動；因此，相應(yīng)提高勵磁調(diào)節(jié)器，可以減小機組電壓的波動。電壓波動率計算公式：

 

        式中，U_Bmax和U_Bmin為同一次觀測時間內(nèi)電壓的最大值和最小值。

5、電壓穩(wěn)定時間

        電壓穩(wěn)定時間是指發(fā)電機處于空載狀態(tài)且電壓達到額定值時，從突加負載到電壓穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)所需的時間，用s表示。國家規(guī)定I、II、III類電站的電壓穩(wěn)定時間為0. 5~1s，IV類電站為3s。

 

二、電壓測試方法

 

1、電壓整定測試方法

         試驗前，應(yīng)先調(diào)整內(nèi)燃發(fā)電機組的有關(guān)裝置，使發(fā)電機的空載電壓整定范圍在標準以內(nèi)（例如95％～105％），步驟示例如圖3所示。然后將輸出電壓調(diào)整到額定值，此時機組的頻率應(yīng)為額定值的103％～105％。再給柴油發(fā)電機組加負載到滿載，并使轉(zhuǎn)速和功率因數(shù)都達到額定值，滿足上述條件后，去掉負載。此時電壓還應(yīng)等于或接近額定值，若與額定值相差較多，則應(yīng)再次進行上述調(diào)整，直至達到上述要求為止。

2、穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率測試方法

      發(fā)電機穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率試驗是柴油發(fā)電機組中對發(fā)電機電壓調(diào)整性能的一項重要測試。穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率是指當發(fā)電機負載發(fā)生變化時，發(fā)電機輸出電壓從原來的穩(wěn)定值迅速調(diào)整到新的穩(wěn)定值所需的時間。穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率的好壞直接影響著柴油發(fā)電機組的穩(wěn)定性和供電質(zhì)量。

      穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率試驗通常在額定負載條件下進行。首先，將發(fā)電機額定負載接入，使其達到穩(wěn)定狀態(tài)，接線示例如圖4所示。然后，通過改變負載大小，例如增加或減小負載電流，觀察發(fā)電機輸出電壓的變化情況。記錄發(fā)電機輸出電壓從原來的穩(wěn)定值到新的穩(wěn)定值所需的時間，并計算出穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率。

       穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率的試驗結(jié)果可以直觀地反映發(fā)電機的電壓調(diào)整能力。當負載突然變化時，發(fā)電機應(yīng)能迅速調(diào)整輸出電壓，以保持柴油發(fā)電機組的穩(wěn)定運行。因此，較小的穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率表示發(fā)電機具有良好的電壓調(diào)整能力，反之則表示調(diào)整能力較差。

      在實際應(yīng)用中，穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率的要求因系統(tǒng)類型和負載特性而異。對于大型柴油發(fā)電機組，一般要求穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率在5%以內(nèi)。而對于小型柴油發(fā)電機組或特殊負載，穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率的要求可能更高。

      為了保證穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率試驗的準確性和可靠性，需要注意以下幾點。首先，確保試驗環(huán)境的穩(wěn)定和準確，避免外界因素對試驗結(jié)果的干擾。其次，應(yīng)選擇合適的負載變化方式，使試驗結(jié)果具有代表性。同時，還應(yīng)注意記錄試驗數(shù)據(jù)的準確性和完整性，以便后續(xù)分析和評估。

        試驗過程與“同步發(fā)電機試驗”基本相同，但在記錄試驗數(shù)據(jù)時，應(yīng)同時記錄各試驗點的頻率值。試驗應(yīng)反復(fù)進行3次。 

        試驗時，如果電壓示值擺動，則應(yīng)取其中間值。做功率因數(shù)為0.8（滯后）的試驗時，在加載過程中，應(yīng)先加阻性負載到需要的數(shù)值（例如75％的負載），再加感性負載使功率因數(shù)為0.8；在減載過程中，應(yīng)先減感性負載，再減阻性負載，使功率因數(shù)為0.8。

 

圖3  發(fā)電機電壓整定測試步驟框圖

圖4  發(fā)電機電壓調(diào)整率測試接線圖

 

總結(jié)：

      電壓調(diào)整率試驗是評估發(fā)電機電壓調(diào)整性能的重要手段。通過該試驗可以了解發(fā)電機在負載變化時的電壓調(diào)整能力，為柴油發(fā)電機組的運行和維護提供參考依據(jù)。在實際應(yīng)用中，我們應(yīng)根據(jù)柴油發(fā)電機組的需求和特點，合理設(shè)置穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率的要求，以確保柴油發(fā)電機組的穩(wěn)定運行和供電質(zhì)量。

 

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