新聞主題	柴油發電機組的標定功率定義

 

摘要：柴油發電機組標定功率主要分為持續功率、基本功率、限時運動功率、應急備用功率等四種。康明斯公司在本文中簡要描述國家標準GB/T2820對柴油發電機組用途、定額的規定，同時跟蹤等同采用的IS08528標準對這一部分技術指標的升級更新，并且解讀這些要求在柴油發電機組產品的應用。

 

一、概述

 

1、 GB/T 2820標準族

GB/T 2820標準族是柴油發電機組的產品標準，全稱是“往復式內燃機驅動的交流發電機組”。這個標準族目前有12個部分，分別是：

第1部分：用途、定額和性能；

第2部分：發動機；

第3部分：發電機組用交流發電機；

第4部分：控制設備和開關設備；

第5部分：發電機組；

第6部分：試驗方法；

第7部分：用于技術條件和設計的技術說明；

第8部分：小功率發電機組的要求和試驗；

第9部分：機械振動的測量和評價；

第10部分：噪聲的測量（包面法）

第11部分：旋轉不間斷電源性能要求和試驗方法

第12部分：對安全裝置的應急供電

第13部分：安全性（ISO8528-13.還未轉化為國標）

2、國標其它主要相關標準

國標其它主要相關標準還有：

GB/T2819-1995移動電站通用技術條件；

GB/T 31038-2014高電壓柴油發電機組通用技術條件；GB/T 12786-2006自動化內燃機電站通用技術條件；

GB/T 20136-2006內燃機電站通用試驗方法；GB/T 13032-2010船用柴油發電機組通用技術條件；

GB 20891-2014非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法（中國第三、四階段）。

 

二、GB/T 2820標準族的核心標準

 

GB/T 2820.1《往復式內燃機驅動的交流發電機組用途、定額和性能》和GB/T2820.5《往復式內燃機驅動的交流發電機組發電機組》是本族標準的核心標準。

GB/T 2820.1規定了機組正常工作的標準基準條件；4個功率等級的功率標定；以及4個性能等級的用途。

GB/T 2820.5著重分析影響發電機組性能的因素（突加突卸性能）和性能等級及運行限值。

1、機組正常工作的標準基準條件

（1）第一種環境條件

① 絕對大氣壓力Pr：100 kPa；

② 環境溫度Tr：298 K（25℃）；

③ 空氣相對濕度，φr：30%。

（2）第二種環境條件

① 絕對大氣壓力，Pr：89.9 kPa；

② 環境溫度，Tr：313 K（40℃）；

③ 空氣相對濕度，φr：60%。

（3）機組在下列條件下應能輸出規定功率（允許修正）并可靠地工作

① 海拔高度：不超過4000 m；

② 環境溫度：下限值分別為5，-15，-25，-40℃；上限值分別為40，45，50℃；

③ 相對濕度、凝露和霉菌；

2、四個功率等級的標定和應用

（1）持續功率COP（Continuous power)

持續功率定義為：在規定的運行條件下并按制造商規定的維修間隔和方法實施維護保養，發電機組每年運行時間不受限制地為恒定負載持續供電的最大功率如圖1所示。

（2）基本功率PRP（Prime power)

基本功率定義為：在規定的運行條件下并按制造商規定的維修間隔和方法實施維護保養，發電機組能每年運行時間不受限制地為可變負載持續供電的最大功率如圖2所示。

 

圖1 柴油發電機組持續功率(PRP) 圖解

圖2 柴油發電機組基本功率(PRP) 圖解

 

（3）限時運行功率LTP（Limeitet-time running power)

限時運行功率定義為：在規定的運行條件下并按制造商規定的維修間隔和方法實施維護保養，發電機組每年供電達500h的最大功率如圖3所示。注：按100%限時運行功率（LTP）每年運行時間最多不超過500 h。

（4）應急備用功率ESP（Emergeucy spare power)

應急備用功率定義為：在規定的運行條件下并按制造商規定的維修間隔和方法實施維護保養，當公共電網出現故障或在試驗條件下，發電機組每年運行達200 h的某一可變功率系列中的最大功率如圖4所示。

 

圖3 柴油發電機組限時運行功率(LTP) 圖解

圖4 柴油發電機組應急備用功率(ESP) 圖解

 

（5）4個功率等級的應用

發電機組的運行模式可能影響某些重要性能（例如運行的經濟性和可靠性、維修間隔時間），以下為應用實例：

恒定負荷持續運行（COP）：為熱電聯供電站提供基本負荷。

可變負荷持續運行（PRP）：為無市電或市電不可靠的地區供電

恒定負荷限時運行（LTP）：在用電高峰期間發電機組與市電并網運行，向某一恒定負載供電。即負荷調峰管理。

可變負荷限時運行（ESP）：一旦常用的市電出現故障，對建筑物提供基本供電保障。

3、四個性能等級的定義及應用

為了覆蓋各供電系統的不同要求，定義了如下4種性能等級：

（1）G1級

這一級適用的發電機組用途是：只需規定其基本的電壓和頻率參數的連接負載。

實例：一般用途（照明和其他簡單的電氣負載）。

（2）G2級

這一級適用的發電機組用途是：其電壓特性與公用電力系統的非常類似。當負載發生變化時，可有暫時的然而是允許的電壓和頻率的偏差。

實例：照明系統；泵、風機和卷揚機。

（3）G3級

這一級適用的發電機組用途是：連接的設備對發電機組的頻率、電壓和波形特性有嚴格的要求。

實例：電信和晶閘管控制的負載。應認識到，整流器和晶閘管控制的負載對發電機電壓波形的影響需要特殊考慮。

（4）G4級

這一級適用的發電機組用途是：對發電機組的頻率、電壓和波形特性有特別嚴格要求的負載。實例：數據處理設備或計算機系統。

4、 影響發電機組性能的因素

（1）功率

① 用途；

② 連接負載的功率要求；

③ 負載功率因數；

④ 連接的任何電動機的啟動特性；

⑤ 連接負載的多樣性；

⑥ 間斷負載；

⑦ 非線性負載的影響。

（2）頻率和電壓

① 往復式內燃（RIC）機的渦輪增壓系統；

② 往復式內燃（RIC）機在標定功率時的平均有效壓力Pme;

③ 調速器特性；

④ 交流發電機類型；

⑤ 交流發電機勵磁系統特性；

⑥ 電壓調節器特性；

⑦ 整套發電機組的轉動慣量。

（3）負載接受

① 往復式內燃（RIC）機的排量；

② 往復式內燃（RIC）機的平均有效壓力；

③ 往復式內燃（RIC）機的渦輪增壓系統；

④ 往復式內燃（RIC）機調速器的種類；

⑤ 電壓調節器的特性；

⑥ 整臺發電機組的轉動慣量。必要時，這些時間間隔應由發電機組制造商同用戶商定。確定所需最小轉動慣量的準則有：

⑦ 允許的頻率降；

⑧ 循環不均勻度；

⑨ 適用時，并聯運行的特性。

（4）基于發動機氣缸平均有效壓力增加分級突加負載指導值

1997版的GB/T2820.1首次對4沖程發動機作為標定功率下平均有效壓力P_函數的最大可能突加功率的指導值給出圖解（見圖5）。

該圖在2009年標準修訂時沒有更新。

自然進氣柴油機的氣缸平均有效壓力Pme在800 kPa左右，可以一次100%加載。就當時的技術水平，柴油機經渦輪增壓，氣缸平均有效壓力Pme達到1800 kPa已經是一個很極限的數值，所以標準按這個Pme極限數值建議標定功率突加負載分3級突加，按照這個建議值突加負載，可以保證突加負載時機組瞬態電壓、頻率滿足性能指標要求，機組運行壽命不受影響。

 

圖5 柴油發電機組標定最大可能突加功率指導值

 

（5）性能等級的運行極值

為了確定如GB/T 2820.1.給出的發電機組電壓和頻率的主要特性，列入表中的運行限值應予以滿足。

應選擇同一性能類的數值，以使其與其各個部件的兼容性相匹配。當該性能類的所有限值都已滿足時，才能選擇該性能等級。

建議客戶選擇滿足其要求的最低性能類。

 表 1    性能等級的運行極值

參數		符號	單位	運行限值
				性能等級
				G1	G2	G3	G4
頻率降		δfst	％	≤8	≤5	≤3	AMC
穩態頻率		βf	％	≤2.5	≤1.5	≤0.5	AMC
相對的頻率整定下降范圍		Δfs,do	％	>（2.5＋δfst）			AMC
相對的頻率整定上升范圍		Δfs,up	％	>2.5			AMC
頻率整定變化速率		vf	％/s	0.2~1			AMC
（對初始頻率）瞬態頻率偏差	100％突減功率	δfd	％	≤＋18	≤＋12	≤＋10	AMC
	突加功率			≤－（15＋δfst）	≤－（10＋δfstt）	≤－（7＋δfst）
（對額定頻率）瞬態頻率偏差	100％突減功率	δfdyn	％	≤＋18	≤＋12	≤＋10	AMC
	突加功率			≤－15	≤－10	≤－7
				≤－25	≤－20	≤－15
頻率恢復時間		tf in	s	≤10	≤5	≤3	AMC
		tf de		≤10	≤5	≤3
相對的頻率容差帶		αf	％	3.5	2	2	AMC
穩態電壓偏差		δUst	％	≤±5	≤±2.5	≤±1	AMC
				≤±10	≤±1
電壓不平衡度		δU2,0	％	1	1	1	1
相對的電壓整定范圍		δUs	％	≤±5			AMC
電壓整定變化速率		vu	％/s	0.2~1			AMC
瞬態電壓偏差	100％突減功率	δUdyn+	％	≤＋35	≤＋25	≤＋20	AMC
	突加功率	δUdyn-		≤－25	≤－20	≤－15
電壓恢復時間	100％突減功率	δUdyn+	s	≤10	≤6	≤4	AMC
	突加功率	δUdyn-		≤10	≤6	≤4
電壓調制		Umod,s	％	AMC	0.3	0.3	AMC
有功功率分配	80％和100％標定定額之間	ΔP	％	——	≤＋5	≤＋5	AMC
	20％和80％標定定額之間				≤＋10	≤＋10
無功功率分配	20％和100％標定定額之間	ΔQ	％	——	≤＋10	≤＋10	AMC

（6）小功率發電機組的特殊要求

GB/T2820.8《小功率發電機組的要求和試驗》規定：除了在GB/T 2820.1～2820.6中適用的定義和要求之外，本部分還對試驗及安全性設計的具體要求做了規定，此外，為了不對用戶構成傷害，本部分還規定了有關安全性要求[]。

由于小功率發電機組用戶通常是非專業人員操作，整套發電機組通常是可運輸或可移動的，除特低電壓外，電氣輸出采用插頭、插座和螺紋端子連接，發電機組獨立成套，無需用戶進行任何額外安裝工作。故特別對安全性提出特殊要求。

 

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