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高原环境对柴油发电机组性能的影响及应对措施
2020/7/30 9:04:59    本站    294

1、发动机功率修正

国家标准GB/T 2820.1-2009《往复式内燃机驱动的交流发电机 第1部分:用途、定额和性能》中规定的标准基准条件:总大气压力P=100kpa;环境空气温度T=298k(25摄氏度);相对湿度30%。目前我国生产的普通型柴油发电机组,一般按海拔1000m进行功率标定。当海拔高于1000m后,空气逐渐变的稀薄,机组原动机功率下降,油耗增加,热负荷上升,对机组功率及主要电气参数产生较大影响。

根据柴油机厂家提供的资料,海拔1500m无需修正功率,海拔高于1500m,每升高300m约降低4%。海拔升高温度一般降低,虽高海拔地区,温差较大,但可不考滤温度修正。修正计算方法如下:

P修正后功率= P标准功率*(1-((H海拔-H标准海拔)/300)*k修正系数)

计算时取:k修正系数= 0.04,H标准海拔1500。

如发动机型号YC6TD840-D31,功率561kW,用于海拔3000米。那么修正后的功率为:

P = 561*(1-(3000-1500)/300*0.04)= 448.8kW。

厂家给出测试值为457kW,计算值与给出的测试值基本相等,因此可以按此计算方法估算。

下表为三个常用柴油机厂家提供的资料数据总结:

东风康明斯

东风康明斯只有部分机型在国内做过高海拔地区测试,根据测试及经验得出修正数据为:1、海拔2000m以下,无需修正,超过2000m,每升高300m功率降4%。2、环境温度40度以下,发动机功率无需修正,超过40度,每升高10度功率降3%。

重庆康明斯

转速为1800r/min的发动机,海拔高度低于1500m (5000ft),环境温度低于40℃(104°F)。转速为1500r/min的发动机,海拔高度低于15000m (5000ft),环境温度低于40℃(104°F)。发动机功率无需修正。如果发动机超出上述条件运行,海拔高度高于1500m (5000ft)时,每升高300m(1000ft),功率下调4%;环境温度高于40℃(104°F)时,每升高11℃,功率下调2%(升高10°F,下调1%)。

玉柴发动机

根据玉柴提供的T3排放机型海拔修正资料总结:

1000m(35℃)以下无需要修正,1500m(25℃)不需修正。超过1500m,每升高500m,功率约降低6%。温度每升高5度,功率约降5%。

2、高原环境对柴油发电机性能的实际影响

(1)由于高原地区的气压低,空气稀薄,含氧分量少,环境温度低,因进气量不足而燃烧条件变差,使柴油机不能发出原规定的标定功率。高原地区空气稀薄会导致发电机散热变差。

(2)高原地区的含氧量减少会导致发动机的启动变的困难。点火延迟。

(3)发电机散热变差,功率下降。

(4)电气元件的电气击穿电压下降。

(5)紫外线增强,加速橡胶、塑料制品的老化。

3、高原环境机组的应对措施

3.1涡轮增压技术
进气涡轮增压是通过增压供气,增加气缸的充气密度,以提高过量空气系数,达到缸内燃油充分燃烧、恢复平均有效压力的目的,使其功率恢复到原机低海拔标定水平,期间其供油量保持不变。目前我公司生产的发电机组选用的发动机基本都具有增压技术。
3.2中冷措施
 进气经增压后,其温度随压力同时升高,影响进气密度及功率恢复,并造成热负荷和排温的急剧升高,进一步影响到可靠性。采用中间冷却装置对增压进气进行冷却,有利于降低热负荷,并进一步提高功率,其与增压措施的配合是提高功率和可靠性的关键一环。
3.3热平衡控制
增压恢复功率后,原机冷却系统已不能满足要求。原因在于高原环境下,空气密度下降,冷却水沸点降低,为此需重新调整选配合适的水箱和风扇参数,使柴油机热平衡得到合理控制。我公司采用50°C高温水箱解决水箱的散热问题。
3.4高原低温起动
高原低温起动条件比较严酷。海拔4000m以内极端温度虽不是很低(-30℃),但由于气压低,起动时压缩终点压力及温度不够,以及增压装置对起动进气的阻滞作用,因此使起动状况不佳。考虑到野外环境没有其他电源,在选配机组配置时建议采用燃油型加热器,利用柴油的燃烧对发动机机体进行强制循环加热,可以保证在-40°C环境中一次顺利启动成功。

3.5增压润滑系统
增压器是高温、高速旋转的部件,转速高达105r/min,冷却润滑极为重要,其油料需专用增压油品,并同时适用柴油机系统。

3.6低温型启动电瓶
由于温度的降低会降低电瓶的容量,为保证发动机顺利启动,建议采用低温型高性能电瓶作为启动电源。我公司常规用的免维护型电瓶低温-18度,骆驼免维护电瓶厂家网站标注为-30度。

3.7电子燃油喷射系统

沃尔沃柴油机采用电子燃油喷射系统,具有氧传感器,可根据实际工况调整进气及燃油供油量,有效的补偿了高原缺氧对发动机的影响。基本做到了在4000m以下功率不下降。

3.8发电机

针对高原环境中空气稀薄导致的散热不好,进而导致发电机功率下降问题。一方面,我们要求我们的供应商—斯坦福在生产时充分考虑海拔的影响。另一方面,由于高原环境的温度降低,会抵消一部分空气稀薄的影响。因此,发电机在高原上面的功率损失并不明显。

3.9断路器以及电子器件

设计时,增加各带电部位的电气间隙,发电机绕组增加防电晕措施、断路器采用高分断能力的产品,以防止空气稀薄对电气产品带来的影响。

3.10电缆、绝缘材料、橡胶、塑料制品、油漆

由于高压气候紫外线强度高,橡胶及塑料制品更易老化。因此,我公司采用耐紫外线的辐照交联聚乙烯护套电缆,增强的电机绝缘,耐候性更好的丙烯酸聚氨酯油漆等措施,减少紫外线对发电机组的影响,增加发电机组的寿命。

4、高原环境柴油发电机配置建议

1、柴油发电机选型时充分考滤用户的使用用途,确定用户是否已考滤了海拔降功率的影响。了解用户的负载类型。了解用户发电机组的安放,是在室外安外还是发电机房内。室外直接安放的机组建议采用箱式或静音型机组,并且我公司制作时要充分考滤高原对于柴油发电机组油漆等的影响。

2、发动机的选型要注意功率的修正。在常规功率产品的基础上用第一节中的计算方法选择功率修正后可以满足功率要求的发动机。沃尔沃发动机我公司有多台在西藏4000米海拔地区使用,并且使用状况较好,可以参考选用沃尔沃的发动机。

3、高海拔地区建议使用骆驼免维护型的电瓶,根据厂家宣传资料可以满足-30度启动使用,并且我公司供货的西藏4000米海拔地区10台沃尔沃机组均使用的骆驼6-QWLZ-200电瓶,在现场冬季-20度左右启动均满足要求。

4、高原型的机组建议都配置加热器。建议配套燃油型加热器,如有市电电源供电也可以选用水套型的加热器。如配套提供防冻液,使用-35度或-40度的防冻液。

5、机组控制器的选用。深海DSE6120,7320,8610等控制器可满足-30度使用。众智公司的常规类型控制器可满足-25度使用。如果现场使用温度低于上述值,需要选用低温型的控制器。众智、深海低温型控制器可满足-40度。


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