新聞主題	柴油發電機組的電壓整定范圍、穩態和瞬態調整率

 

摘要：電壓調整率是表征柴油發電機組的性能優劣的重要性能指標，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。在實際的應用過程中，應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電機組的電壓整定范圍、穩態和瞬態電壓調整率、電壓穩定時間以及相關的測試方法。其中，試驗的目的是評估發電機的電壓調整能力以及檢測發電機的穩定性能，通過該試驗可以得到發電機在負載變化時的電壓調整情況，為柴油發電機組的運行和維護提供重要依據

 

一、柴發機組電壓的性能指標

 

1、電壓整定范圍

        在柴油發電機組的電壓監測點或各電壓等級的用戶受電端的電壓監測點裝設的電壓監測儀，其整定電壓值即為按GB/T 12325和SD 325規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，整定電壓就是發電機經過處理穩定以后的一個持續不變的輸出電壓。

        電壓整定范圍是指在柴油發電機以額定轉速空載運行時，調整控制面板上的手動或自動電壓調節器，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伏的康明斯柴油發電機組，其空載電壓可以在380—420伏之間調整，在康明斯發電機出廠時一般都整定在400伏。

2、發電機電壓調整率

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

        電壓調整率又稱電壓變化率。當同步電機勵磁電流及轉速為一定值，在給定功率因數條件下，同步電機從額定功率轉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的大小，飽和程度越高，電樞反應越小，電壓變化率就越小。

（1）穩態電壓調整率：

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

 

 

 

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

（2）瞬態電壓調整率：

        柴油發電機組的國際標準瞬態電壓調整率為：≤-10%/ +15%，瞬態電壓調整率(（δ_Ps）是指發電機在空載且轉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定度

        三相不對稱負載在機組運行中有可能會出現，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）。不對稱負載將導致發動機三相繞組所供給的電流不平衡，使發動機線電壓間產生偏差，同時使發動機發熱和振動，對用電設備也是不利的。因此規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  發電機三相不對稱負載連接圖

 

4、電壓波動率

        發電機組的電壓在負載不變時由于機組內部的原因產生波動，電壓波動率（δ_uB）通常設為：≤0.5%。

        發動機勵磁系統不穩定和柴油機轉速的波動，使發動機的端電壓在其負載不變時出現波動；因此，相應提高勵磁調節器，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電壓的最大值和最小值。

5、電壓穩定時間

        電壓穩定時間是指發電機處于空載狀態且電壓達到額定值時，從突加負載到電壓穩定在規定的范圍內所需的時間，用s表示。國家規定I、II、III類電站的電壓穩定時間為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，應先調整內燃發電機組的有關裝置，使發電機的空載電壓整定范圍在標準以內（例如95％～105％），步驟示例如圖3所示。然后將輸出電壓調整到額定值，此時機組的頻率應為額定值的103％～105％。再給柴油發電機組加負載到滿載，并使轉速和功率因數都達到額定值，滿足上述條件后，去掉負載。此時電壓還應等于或接近額定值，若與額定值相差較多，則應再次進行上述調整，直至達到上述要求為止。

2、穩態電壓調整率測試方法

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

      穩態電壓調整率試驗通常在額定負載條件下進行。首先，將發電機額定負載接入，使其達到穩定狀態，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，觀察發電機輸出電壓的變化情況。記錄發電機輸出電壓從原來的穩定值到新的穩定值所需的時間，并計算出穩態電壓調整率。

       穩態電壓調整率的試驗結果可以直觀地反映發電機的電壓調整能力。當負載突然變化時，發電機應能迅速調整輸出電壓，以保持柴油發電機組的穩定運行。因此，較小的穩態電壓調整率表示發電機具有良好的電壓調整能力，反之則表示調整能力較差。

      在實際應用中，穩態電壓調整率的要求因系統類型和負載特性而異。對于大型柴油發電機組，一般要求穩態電壓調整率在5%以內。而對于小型柴油發電機組或特殊負載，穩態電壓調整率的要求可能更高。

      為了保證穩態電壓調整率試驗的準確性和可靠性，需要注意以下幾點。首先，確保試驗環境的穩定和準確，避免外界因素對試驗結果的干擾。其次，應選擇合適的負載變化方式，使試驗結果具有代表性。同時，還應注意記錄試驗數據的準確性和完整性，以便后續分析和評估。

        試驗過程與“同步發電機試驗”基本相同，但在記錄試驗數據時，應同時記錄各試驗點的頻率值。試驗應反復進行3次。 

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

 

圖3  發電機電壓整定測試步驟框圖

圖4  發電機電壓調整率測試接線圖

 

總結：

      電壓調整率試驗是評估發電機電壓調整性能的重要手段。通過該試驗可以了解發電機在負載變化時的電壓調整能力，為柴油發電機組的運行和維護提供參考依據。在實際應用中，我們應根據柴油發電機組的需求和特點，合理設置穩態電壓調整率的要求，以確保柴油發電機組的穩定運行和供電質量。

 

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