通信柴油发电机组的安全和节能
随着通信事业的迅速发展,通信电源柴油发电机组(以下简称发电机组)的装机总容量与日俱增。发电机组的安全和节能应予重视。发电机组的安全包括产品要满足中国机械行业标准JB85871977《内燃机电站安全要求》、安装和维护应符合产品使用说明书的规定、配备必要的故障检测和诊断系统。发电机组的节能包括产品本身效率高、容量配置合理、精心维护和使用。通过上述措施,使发电机组的平均故障间隔时间分别达到:>500h(1级);>800h(2级);>1000h(3级),并实现5～10%的节能。
1 发电机组的安全要求
JB85871977行业标准,对发电机组的标志、绝缘电阻与介电强度、电气间隙和爬电距离、温升、接地、通用保护、专用保护、结构、调控装置、机械强度和排放等都有明确的规定,曾一度拟作为强制标准执行,发行产品安全许可证。对于上述规定,目前虽未作为强制性标准实施,但发电机组仍应严格遵守。下面就发电机组制造企业不够重视的几个问题,予以说明。
1.1标志凡易引起柴油发电机组产生安全问题的地方均应设置标志。所有标志应清晰、明了,在发电机组整个使用期内不易磨灭。标志不全或不清晰,引起发电机组产生安全问题的例子,不胜枚举。如水箱注水处无警告标志,在发电机组运行时掀盖加水,导致烫伤;电池接头处无警告标志,在发电机组运行时断开接头,导致控制模块损坏;接地标志不全或不当,导致触电或控制系统失常等。
1.2绝缘电阻与介电强度目前发电机组制造企业,一般都自行制造机组控制装置,不仅在制造过程中,乃至在机组装配完都未进行绝缘电阻与介电强度试验,留下安全隐患。
1.3电气间隙和爬电距离发电机组制造企业自行制造的各种控制装置,应检查其电气间隙和爬电距离是否符合标准要求。
1.4温升要重视自行制造的各种控制装置的温升。发电机组的排气温度应予监测。
1.5通用保护通用保护包括移动电站的绝缘监视装置和各种发电机组的短路保护、过载保护、要求并联运行的逆功率保护。其它保护有:过、欠电压;过、欠频率;过、欠速度;水温高、水中断;油温高;油压低;燃油油面低;启动空气压力低、启动用蓄电池故障等。选用的保护装置应在产品枝术条件中明确。目前发电机组采用的手动控制装置及部分自启动控制柜,没有过电压保护或保护不可靠。当发电机的自动电压调节器(AVR)的电源进线或电压检测线松脱,就会产生过电压(约为额定电压的1.25倍),导致用电设备损坏。应在AVR或机组控制屏上安置过电压保护环节。当发电机组长期搁置不用,或因其它原因,可能导致发电机失磁,起动时不能建压。因此,发电机应设有失磁保护装置。此外,当发电机组一次投入负载太大(如接近额定负载),机组的转速和电压过度下降,不仅危及用电设备安全,有时导致停机(闷机)。因此建议在AVR上增设负载缓冲环节,提高发电机组一次投入负载率。若有必要,发电机组应具有相序保护和反流保护装置。
1.6结构人可能接近或触及的旋转、摆动的传动件,应有安全枝术措施;发电机组运行时,对其有可能飞甩出的构件,应有诸如防护罩等安全枝术措施(采用单支承发电机的发电机组,若安装时同轴度不良,运行时联接盘容易开裂,联接螺栓容易扭断,甩出机外);对能造成危险的灼热部分,应有防接触的屏蔽;发电机组正常使用中,当流体逸出时应有防其损害电气绝缘的措施(如靠近水箱的启动器电磁铁,常积水而损坏)。采用三遥控制的发电机组,要特别注意强电和弱电电缆线(控制信号线)的布置,相互间应有必要的隔离措施以防相互干扰。
1.7调控装置自动或部分自动的开关和控制过程,必须保证排除由于过程重迭或交叉可能造成的危险,为此应有相应的联锁或限位装置。对于自起动的发电机组,应采用具有机械联锁和电气联锁的自动转换开关(ATS)。
1.8机械强度发电机方面,常见的问题主要有:转子绕组端部绑扎不牢,运行时端部变形,造成定转子绕组相擦,烧坏电机;定子绕组端部绑扎不牢,在负载急变时,端部变形,造成定子绕组对地短路,损坏发电机;转子绕组引出线与交励机的联接不牢或绑扎不牢,运行时引出线甩出,损坏发电机;机组装配时,同轴度不良,导致交励机气隙不均匀,定转子相擦,损坏发电机。建议发电机组装配时,发电机和发动机与底架之间设置减震装置。若将机组控制屏直接装在发电机出线盒盖上,控制屏与盒盖之间应有可靠的减震装置。此处的震动最大,容易损坏仪表和控制模块。康明斯发电机组控制屏的安装方式,有利于减震,大大提高了发电机组的运行安全。
1.9排放发电机组的排放,包括噪声、无线电干扰、有害物质浓度和排气烟度。机组的噪声由发动机和发电机的噪声合成。对于功率为250kW及以下的机组,距机组两侧和发电机后端及地面1m处噪声声压级平均值,不大于102dB(A);对于功率大于250kW,小于500kW的机组,噪声不大于105dB(A);对于功率大于500kW以上的机组,按产品枝术条件规定。有些机组产品介绍距机组两侧和发电机后端7m处的噪声为80dB(A),因为距声源距离每增加一倍,噪声降低6dB,故皆产品1m处的噪声约为98dB(A)。平常说噪声对人体的危害,均以声功率级的大小为准。两者的关系如下:声功率级=声压级+12dB(A)因此要防止机组的噪声公害,应采取消声措施。
柴油发电机组的无线电干扰,分为传导干扰和幅射干扰。传导干扰的端子干扰电压和幅射干扰的干扰场强均不大于标准规定值。对有抑制无线电干扰要求的机组,应有抑制无线电干扰的措施。机组的无线电干扰,主要来自发电机的励磁系统。目前发电机都采用无刷励磁,试验证明:采用晶闸管和大功率晶体管的AVR比采用场效应管的AVR,前者的传导干扰的端子干扰电压和幅射干扰的干扰场强都比后者大。一些机组用的发动机有害物质浓度,已达到欧2标准,即排放的NOX(氧化亚氮)、CO、HC(烃)、PM分别为7.0、4.0、1.1、0.15g/kW·h。排气烟度一般要求小于1度。
2 安装和维护方面的安全问题
2.1安装方面的安全问题
安装方面的安全问题主要有:不按要求建设地基、安装消声器、进出风口面积不够或位置不当、电缆沟及电缆安置不合理,排气管过长或弯头过多、储油箱及油管安置欠妥等,总之没有严格按产品使用说明书的规定进行安装,导致安全隐患。
2.2维护方面的安全问题
维护方面的安全问题主要有:不按产品使用说明书的规定进行日常维护、保养,如定期起动发电机组,更换各种滤清器,更换机油,不及时给电池充电,使用不合规定的机油、防冻液,严寒地区未采用相应的措施保暖,潮湿地区未采用相应的措施防潮等。一半以上的机组故障,来自维护、保养不善。
3 故障检测和诊断发电机组的重大故障
据统计,机械故障约占35%,电气故障约占65%。发电机的故障中,电气故障约占80%,其中转子绕组因匝间短路,导致层间短路、对地短路的故障约占70%。定子绕组的相间短路、对地短路约占30%。由于发电机的定子绕组目前多采用直接引出线,若将其绑在一起引出,因电流密度大,运行时引出线过热而烧坏绝缘,导致相间短路,损坏电机。至于AVR和旋转二极菅,均属易损件,应有随机备件,以便及时更换。
发动机故障主要有常见的三漏、拉缸、连杆、曲轴断裂、飞车、起动器和充电器损环、调速器失灵等。至于三滤器、传动皮带等,属易损件,应有随机备件,以便及时更换。发电机组的各种控制装置的故障,约占50%。除产品本身的质量问题外,主要是操作工不熟悉维护、保养。发电机组有30多种故障现象,近100种故障原因。若非熟练的操作人员,很难进故障诊断。由于故障现象和故障原因之间有规律可循,完全可实现在线诊断。目前已有科研人员在研制这种诊断系统,盼望尽快推广,以防患于未然,确保发电机组的安全运行。
4 发电机组的节能选用
4.1发电机的节能选用应选用效率高的发电机。对于400V,1500r/min,功率因数:0.8(滞后)的发电机效率推荐值。
4.2应选用热效率高的发动机
目前发动机的热效率为35～45%。温度场计算与实测结果对比发动机类型无增压增压增压水空冷增压空空冷增压空空冷,电喷热效率比较最低低中较高最高发动机的热效率表现为燃油消耗率。例如,一台额定功率为324kW的发动机,采用增压空空冷,额定功率时的燃油消耗率为208g/kW·h; 采用增压空空冷和电喷时为198g/kW·h,热效率约提高5%。
4.3发电机组的节能选用发电机组的负载功率P与其额定输出功率PN之比,称为负载率B。B=P/PN例如一台KTA19G2康明斯发动机,连续功率为336kW,燃油消耗率为207.5g/kW·h;输出功率为252kW,即B=0.75时,燃油消耗率为213g/kW·h,B=0.5时,燃油消耗率为230g/kW·h,B=0.25时,燃油消耗率为290g/kW·h,可见发动机在额定功率时燃油消耗率最低。但发电机一般在B=0.75时,效率最高,因此发电机组一般选在B=0.8左右时最好,既有利于运行安全,又利于节能。若发电机组经常B≤0.5,但偶尔B=0.8左右,建议采用两台机组并联运行。但也可选用空-空冷和电喷的发动机,使B在0.4～1.0的范围内,燃油消耗率变化最小。例如一台康明斯发电动QSK60G4,连续功率为1730kW。
4.4发电机组使用节能
4.4.1各种发动机对机油的选用,都有严格的规定,必须严格执行。燃油和机油选用不当,都导致发动机性能变坏,燃油热效率降低,浪费能源。
4.4.2其它影响机组燃油热效率的因素
(1)机房条件机房温度对机组的燃油热效率有重要的影响。机房温度上升引起机组排气温度上升,后者是前者的3～4倍,即机房温度上升10°C,排气温度上升30～40°C。因此应采取措施,确保机房温度低于40°C。如机房的进出风口面积应符合产品使用说明书的规定,进风口的位置设置在离散热器较远的反对侧,使室内的空气循环良好。必要时设置导风管将新鲜空气引至散热器的反对侧。散热器的排风应设置导风管将热风排出室外。设置导风管时,散热器的出口压力阻抗,保持在400Pa以下,一定要防止热风回流。发动机风机皮带松弛引起冷却风量减少,应定期检查和调整。因此降低机房温度是发电机组的重要节能措施。
(2)三相负载不平衡的影响发电机组允许在三相负载不平衡的情况下运行,但在这种情况下,发电机的损耗急剧增加。若由于三相负载不平衡,使发电机的电压不平衡度达3.5%,发电机的损耗约增加20%,其效率约下降2.0%,发电机组的燃油消耗率增加2倍。
(3)机组并联运行时中性点避免直接相连机组并联运行时若发电机中性点直接相连,由于三相负载不平衡,容易产生环流,且有三次谐波电流互通,使发电机的损耗增加,机组油消耗率增加。若一定要将发电机的中性点相连,应在连线间加适当的电抗器。(4)提高负载的功率因数如前所述,提高负载的功率因数,可降低发电机的定、转子电流,和供电线路的电流,从而降低损耗。对负载的功率因数进行就地补偿,使其功率因数从0.8增至0.93,可综合节电3～4%。(5)采用水冷机组有条件时,对于带增压器而不带空-空冷却器的发动机采用水冷机组,既可降低噪声,又可降低4左右的燃油消耗。
5 结论
总之,机组的安全和节能,既要靠科枝,也要靠严格菅理,精心维护和使用。运用之道,存乎一心。节能,有如积沙成塔,集腋成裘,不嫌少,不怕烦,持之以亘,定会收效。