1.3 內燃發電機組的選擇

1.3.1 選購內燃發電機組的依據

市面上發電機組的品牌繁多，在選購時應注意所選機組的性能和質量必須符合有關標準的要求。目前，國內外對各個應用領域的發電機組都有較詳細的標準法規，生產商應能示出國內或國際認證機構的鑒定或認證證書。

我國對各種內燃發電機組的標準是：GB/T2820—2009《往復式內燃機驅動的交流發電機組》（相當于國際標準ISO8528系列，共有12部分）、JB/T10303—2001《工頻柴油發電機組技術條件》、GB/T2819—1995《移動電站通用技術條件》和GB/T12786—2006《自動化柴油發電機組通用技術條件》等。

對于各個具體行業的標準是：軍事部門的GJB4491—2002《固定通信電源站柴油發電機組通用規范》、郵電部門的YD/T502—2007《通信用柴油發電機組》以及船用部門的GB/T13032—2010《船用柴油發電機組》等。

另外，在日益重視環境保護的今天，機組本身應具有或者經過其他特殊處理后，其尾氣排放物和噪聲應符合GB16297—1996《大氣污染物綜合排放標準》和GB12348—2008《工廠企業廠界噪聲排放標準》的規定。

對于符合有關標準的產品，可以獲得國家相關部門頒發的檢驗證書。如國家內燃機發電機組質量監督檢驗中心頒發的《鑒定證書》、原機械工業部頒發的《機械產品全國質量統一監督檢驗合格證書》和信息產業部指定的第三方論證——泰爾論證等。

1.3.2 選購內燃發電機組的標準

國家信息產業部通信電源產品質量監督檢驗中心頒布了《通信用柴油發電機組進網質量認證檢測實施細則》，對柴油發電機組規定了24項性能指標要求。

（1）外觀要求

①機組的界限尺寸、安裝尺寸及連接尺寸均應符合規定程序批準的產品圖樣。

②機組的焊接應牢固，焊縫應均勻，無焊穿、咬邊、夾渣及氣孔等缺陷，焊渣、焊藥應清除干凈；漆膜應均勻，無明顯裂紋和脫落；鍍層應光滑、無漏鍍斑點、銹蝕等現象；機組緊固件應不松動。

③機組的電氣安裝應符合電路圖。機組各導線連接處應有不易脫落的明顯標志。

④機組應有良好的接地端子。

⑤機組標牌內容齊全。

（2）絕緣電阻和絕緣強度

①絕緣電阻：測量各獨立電氣回路對地及回路間的絕緣電阻應大于2MΩ。

②絕緣強度：柴油發電機組各獨立電氣回路對地及回路間應能承受交流試驗電壓1min，要求無擊穿或閃絡現象。回路電壓<100V的，其試驗電壓為750V；回路電壓≥100V的，其試驗電壓為1440V。

（3）相序要求

機組控制屏接線端子的相序從屏正面看應自左到右或自上到下排列。

（4）自動維持設備運行狀態的要求

機組應具有加熱裝置，保證其應急啟動和快速加載時的全損耗系統用油溫度、冷卻介質溫度不低于15℃。

（5）自動啟動供電和自動停機的可靠性檢查

①接自控或遙控的啟動指令后，機組應能自動啟動。

②機組自動啟動第3次失敗后，應能發出啟動失敗信號，設有備用機組時，程序啟動系統應能自動地將啟動指令傳遞給另一臺備用機組。

③從自動啟動指令發出至向負載供電的時間應不超過3min。

④機組自動啟動成功后，首次加載量應不低于50%標定負載。

⑤接到自控或遙控的停機指令后，機組應能自動停機；對于與市電電網并用的備用機組，當電網恢復正常后，機組應能自動切換和自動停機，其停機方式和停機延遲時間應符合產品技術條件規定。

（6）自動啟動成功率

不小于99%。

（7）空載電壓整定范圍

不小于95%～105%額定電壓。

（8）自動補給功能

機組應能自動向啟動電池充電。

（9）自動保護功能

機組應有缺相、短路（不大于250kW的機組）、過電流（大于250kW的機組）、轉速和水溫（缸溫）過高、油壓過低的保護裝置。

（10）電壓波形畸變率

在空載額定電壓和頻率下，線電壓波形畸變率<5%。

（11）穩態電壓調整率

≤250kW（±3%）；>250kW（±2%）。

（12）瞬態電壓調整率

≤250kW（±20%）；>250kW（±15%）。

（13）電壓穩定時間

≤250kW（≤2s）；>250kW（≤1.5s）。

（14）電壓波動率

≤250kW（≤0.8%）；>250kW（≤0.5%）。

（15）穩態頻率調整率

≤3%。

（16）瞬態頻率調整率

≤9%。

（17）頻率穩定時間

≤5s。

（18）頻率波動率

≤250kW（≤0.8%）；>250kW（≤0.5%）。

（19）三相不對稱負載下的線電壓偏差

機組在25%的三相對稱負載下，在任一相再加25%額定相功率的電阻性負載，機組應能正常工作，此線電壓的最大或最小值與三相線電壓的平均值之差應不超過三相線電壓平均值的5%。

（20）噪聲

距機組柴油機和發電機機體1m處的噪聲聲壓平均值：

≤250kW，≤102dB（A）；

>250kW，≤108dB（A）。

（21）燃油消耗率

機組額定功率在120kW<P≤600kW范圍內，燃油消耗率≤260g/kW·h。

（22）機油消耗率

機組額定功率P>40kW，全損耗系統用油（機油）消耗率≤3.0g/kW·h。

（23）在額定工況下的運行試驗

柴油發電機組在所規定的工作條件下（詳見國家標準GB/T2820.7—2009往復式內燃機驅動的交流發電機組第7部分用于技術條件和設計的技術說明中的4.1～4.19），機組能以額定工況正常連續運行12h（其中包括過載10%運行1h），且機組應無漏油、漏水和漏氣現象。

（24）遙控、遙信和遙測性能

1）智能型機組：200kW以上的柴油發電機組應為智能型，其監控內容和接口的具體要求如下。

①遙控：開/關機、緊急停車、切換主備用機組。

②遙信：工作狀態（運行/停機）、工作方式（自動/手動）、主備用機組、過壓、欠壓、過流、頻率/轉速高、水溫高（水冷式）、缸體溫度高（風冷式）、皮帶斷裂（風冷式）、潤滑油油溫高（風冷式）、啟動失敗、過載、充電器故障。

③遙測：三相輸出電壓、三相輸出電流、輸出頻率/轉速、冷卻介質溫度或缸體溫度（風冷式）、潤滑油油壓、潤滑油油溫（風冷式）、啟動電池電壓、輸出功率。

④接口：應具有通信接口（RS232和RS485/422），并能提供出完整的通信協議。

2）非智能型機組：200kW及以下的非智能型機組無此項要求。

1.3.3 常用內燃發電機組的選擇

某些內燃發電機組在某段時間或經常需要長時間連續地運行，以作為用電負荷的常用供電電源，這類發電機組稱為常用發電機組。常用發電機組可作為常用機組與應急（備用）機組。遠離大電網的鄉鎮、海島、林場、礦山、油田等地區，為了供給當地居民生產及生活用電，需安裝內燃發電機組，這類機組平時可不間斷連續運行。

國防工程、通信樞紐、廣播電臺、微波接力站等重要工程，設有備用內燃發電機組。這類工程平時用電可由市電電力網供給。但是，由于地震、臺風、戰爭等其他自然災害或人為因素，使市電網遭受破壞而停電以后，已設置的備用內燃發電機組應迅速啟動，并堅持長期不間斷地運行，以保證對這些重要工程用電負荷的連續供電，這種備用發電機組也屬于常用發電機組類型。其特點是持續工作時間長、負荷曲線變化較大。

1.3.3.1 常用內燃發電機組及其容量的確定

同一電站的常用內燃發電機組應盡量選用同型號、同容量的機組，以便備用相同的零部件，方便維修與管理。負荷變化大的工程，也可以選用同系列不同容量的機組。機組輸出標定電壓一般為400V，個別用電量大，輸電距離遠的工程可選用高壓發電機組。

一般而言，常用內燃發電機組容量的估算按機組長期持續運行輸出功率能滿足全工程最大計算負荷進行選擇，并應根據負荷的重要性確定備用機組的容量。內燃機持續運行的輸出功率，一般為標定功率的0.9倍。若機組容量選擇過小，則無法帶動全部負載或者在啟動大功率負載時導致突然停機的現象；若機組容量選擇得過大，則投資及維修成本高，造成資源浪費。而且根據內燃機的特性，當其長期在小負荷工作時，將造成發動機活塞環、噴油嘴或火花塞等處積炭嚴重，汽缸磨損加劇等損壞機組的不良后果。另外，在容量估算時需考慮多方面的因素，包括使用環境、負載類型和預留裕量等方面。

（1）使用環境

不同的使用環境會影響機組的輸出功率。使用環境主要包括：環境溫度、海拔高度和空氣相對濕度。當環境溫度、海拔高度過高時，空氣密度則降低，機組運行時燃燒所需氧氣的供應量減少，機組的輸出功率應作相應下調。換言之，選用的機組功率要比負載的功率值高，即當機組在非標準狀況下工作時，應對內燃機進行功率校正。

值得注意的是：電子噴油內燃機采用了電子噴油控制技術，通過安裝在內燃機上的電子控制單元對進氣歧管的進氣壓力、燃油溫度等參數的精確測量，以控制每個噴油器的噴油正時與噴油量或每缸的點火時刻與混合氣濃度，使機組在非標準環境下功率下降較少。

（2）負載類型

不同類型的負載對發電機組容量的要求相差很大。負載類型一般分為：電阻性負載、電感性等線性負載與內含整流電路的非線性負載（又稱整流性負載）。阻性負載如燈泡、電爐和烤箱等；感性負載如空調、機床和水泵等；非線性負載如UPS、電子計算機、程控交換機和PLC設備等。其中阻性負載的特性是電阻基本保持不變，電流隨電壓按比例下降，帶這種負載時，發電機組的容量只要略大于負載功率即可。但是在帶感性負載和非線性負載時，發電機組的容量就需要重新計算。

①電感性負載對容量的影響　電感性負載（如籠型三相異步電動機）的特性是，當啟動時有很大的電流，而且功率因數大大低于正常運轉值。如果直接啟動，其啟動電流為正常運轉時的5～7倍，這就要求機組容量足夠大以滿足其啟動要求。但是隨之而來的問題就是機組的功率選大了，而正常運行時功率又遠小于機組的額定功率，這顯然是不經濟的。

例如，機組帶一臺額定功率P=60kW，滿載穩定運行時的電壓U=380V、功率因數cosφ=0.88、效率η=93%、啟動電流值為額定時6倍的三相異步電動機時：

額定電流值為

若根據額定電流值選擇機組，只要機組的最大輸出電流值大于112A即可。

由于其啟動電流為額定電流值的6倍（112×6=672A），為了滿足啟動要求，不得不選擇最大輸出電流大于672A的機組。顯然，機組的功率變大了，而正常運行時其功率又遠小于標定功率，非常不經濟。為了減小電動機啟動時的影響，往往采用減壓啟動的方法，就是在啟動時降低加在電動機定子繞組上的電壓，待電動機轉速接近穩定時，再把電壓恢復到正常值。常用的減壓方法有以下幾種：

?星形-三角形（Y-△）換接啟動；

?自耦減壓啟動；

?電抗減壓啟動；

?延邊三角形啟動。

其中星形-三角形（Y-△）換接啟動法的啟動電流為直接啟動時的1/3；自耦減壓啟動法備有抽頭，可根據啟動轉矩的要求得到不同電壓；電抗減壓啟動的啟動電流按其端電壓的比例降低；延邊三角形啟動的啟動電流一般為直接啟動時的1/2。具體的操作方法可由有關的電工手冊查得。

②非線性負載對容量的影響　非線性負載設備都有啟動沖擊電流、諧波反饋、電流突變等干擾，而且往往對機組電壓降值有很高的要求。由于內燃發電機組所送出的電源本身不但電壓畸變率大，而且隨著機組額定輸出功率容量的減小，其內阻增大的矛盾會顯得更加突出。當帶電阻性負載時，這種影響不易覺察。然而帶像計算機和通信設備這種整流濾波型負載或UPS等非線性負載時，會影響負載的正常運行乃至使用壽命，出于安全方面的考慮應把機組容量選大一些。

在計算發電機組容量時，應明確各個負載的性能，以作出正確的選擇，常用負載的參考特性參數如表1-8所示。

（3）其他考慮因素

根據現有負載進行機組容量計算后，還要考慮其他因素，如今后是否有擴充負載的可能，有些負載是否可能發生過載現象等。建議根據實際情況適當加大機組的容量。另外，在經濟條件許可的情況下，建議采用兩臺或多臺發電機組，其中一些發電機組用于敏感負載（如電子計算機系統和其他電子設備），另一些發電機組用于不敏感的負載（如電阻性負載和電動機），以防止由于電動機啟動時造成機組電壓波形畸變對敏感性負載的影響。

1.3.3.2 常用內燃發電機組臺數的確定

常用內燃發電機組臺數的設置通常為2臺以上，以保證供電的連續性及適應用電負荷曲線的變化。機組臺數多，才可以根據用電負荷的變化確定投入發電機組的運行臺數，使機組在經濟負荷下運行，以減少燃油消耗率，降低發電成本。內燃發電機組的最佳經濟運行狀況是在標定功率的75%～90%之間。為保證供電的連續性，常用內燃發電機組本身應考慮設置備用機組，當運行機組故障檢修或停機檢查時，使備用發電機組仍能滿足對重要用電負荷不間斷持續供電的要求。

1.3.3.3 常用內燃發電機組的控制

常用發電機組一般應考慮能夠并聯運行，以簡化配電主接線，使機組啟動、停機輪換運行時，通過并車、轉移負荷、切換機組而不致中斷供電。發電機組應安裝有相應的測量及控制裝置，機組的調速及勵磁調節裝置應能適用于并聯運行的要求。對重要負荷供電的備用發電機組，宜選用自動化內燃發電機組，當外電源故障斷電后，能夠迅速自動啟動，恢復對重要負荷的供電。內燃發電機組運行時機房噪聲很大，自動化機組便于改造為隔室操作、自動監控的發電機組。當發電機組正常運行時，操作人員不必進入發電機組機房，在控制室便可對內燃發電機組進行集中監控。

1.3.4 應急內燃發電機組的選擇

應急發電機組主要用于重要場所，在事故停電或緊急情況發生時，通過應急發電機組迅速恢復并延長一段供電時間。這類用電負荷稱為一級負荷。對斷電時間有嚴格要求的通信設備、儀表及計算機系統等，除配備發電機組外還應有蓄電池或UPS供電。

應急發電機組的工作有兩個特點：首先是作應急用，連續工作的時間不長，一般只需要持續運行幾小時（≤12h）；第二個特點是作備用，應急發電機組平時處于停機等待狀態，只有當主用電源發生故障斷電后，應急發電機組才啟動運行供給緊急用電負荷。當主用電源恢復正常后，隨即切換停機。

（1）應急內燃發電機組容量的確定

應急內燃發電機組的標定容量為經環境（海拔高度、環境溫度和空氣濕度等）修正后的12h標定容量，其容量應能滿足緊急用電總計算負荷，并按發電機容量能滿足一級負荷中單臺最大容量電動機啟動的要求進行校驗。應急發電機一般選用三相交流同步發電機，其標定輸出電壓為400V。

（2）應急內燃發電機組臺數的確定

有多臺發電機組備用時，一般只設置1臺應急內燃發電機組，從可靠性考慮也可選用2臺機組并聯運行供電。供應急用的發電機組臺數一般不宜超過3臺。當選用多臺內燃發電機組時，機組應盡量選用型號、容量相同，調壓、調速特性相近的成套設備，所用燃油性質應一致，以便運行維修保養及共用備件。當供應急用的發電機組有2臺時，自啟動裝置應使2臺機組能互為備用，即市電電源故障停電經過延時確認以后，發出自啟動指令，如果第一臺機組連續3次自啟動失敗，應發出報警信號并自動啟動第二臺機組。

（3）應急內燃發電機組特性的選擇

應急機組宜選用高速、增壓、低油耗、高可靠性、同容量的內燃發電機組。高速增壓內燃機單機容量較大，占據空間小；內燃機選配帶有電子或液壓調速裝置的較好，其調速性能佳；發電機宜選配無刷勵磁的交流同步發電機或永磁交流發電機，運行可靠，故障率低，維護檢修較方便；機組裝在附有減振器的公用底盤上；排煙管出口宜裝設消聲器，以減小噪聲對周圍環境的影響。

（4）應急內燃發電機組的控制

應急內燃發電機組的控制應具有快速自啟動及自動投入裝置。當發生主用電源故障斷電后，應急機組應能快速自啟動并恢復供電，一級負荷的允許斷電時間從十幾秒至幾十秒，應根據具體情況確定。當重要工程的主用電源斷電后，首先要有3～5s的確認時間，以避開瞬時電壓降低及市電網合閘或備用電源自動投入的時間，然后再發出啟動應急機組的指令。從指令發出、機組開始啟動、升速到能帶負荷需要一段時間。一般大中型內燃發電機組還需要預潤滑及暖機過程，使緊急加載時的全損耗系統用油（機油）壓力、全損耗系統用油（機油）溫度、冷卻水溫度符合產品技術條件的規定；機組的預潤滑及暖機過程可以根據不同情況預先進行。例如，郵電及軍事通信、大型賓館的重要外事活動、公共建筑夜間進行大型群眾活動、醫院進行重要外科手術等的應急機組平時就應處于預潤滑及暖機狀態，以便隨時快速啟動，盡量縮短故障斷電時間。

應急機組投入運行后，為了減少突加負荷時的機械及電流沖擊，在滿足供電要求的情況下，緊急負荷最好按時間間隔分級增加。根據相關國家標準和軍用標準規定，自動化內燃發電機組自啟動成功后的首次允許加載量：對于標定功率不大于250kW者，不小于50%標定負載；對于標定功率大于250kW者，按產品技術條件規定。如果對瞬時電壓降及過渡過程要求不嚴格時，一般機組突加或突卸的負荷量不宜超過機組標定容量的70%。

1.3.5 內燃發電機組的訂貨要求

內燃發電機組的訂貨一般應注明以下內容。

①機組的型號、額定功率、額定頻率、額定電壓、額定電流、相數、功率因數和接線方式等。

②對機組自動化功能和性能的要求。

③對內燃機、發電機和控制屏的結構、性能、安裝尺寸的要求。

④對機組的并聯運行要求：同時購買多臺發電機組，是否要求并聯運行，如果需要并聯運行，還應提出是否需要提供并行所需的測量儀器和裝置。

⑤對機組的附屬設備要求：國內許多廠商把冷卻水箱（散熱器）、燃油箱、排氣消聲器、蓄電池等也算作附屬設備，訂貨時允許提出安裝的有關要求。