高原环境对柴油发电机组性能的影响有哪些
摘要：在高原地区由于环境因素的变化，导致柴油发电机组的实际使用条件与原设计条件产生了较大的差异，致使柴油发电机组的性能及可靠性严重下降，给企业经济建设和国防建设造成了持续不断的损失。因此，加强柴油发电机组高原环境适应性技术的基础研究工作，对发展高原型工程机电装备是必不可少的。本文从理论分析出发，结合计算系数，来探讨高原环境对柴油发电机组性能的影响及其对策措施。
一、降容原因和计算方法
柴油发电机组广泛地应用于我国高原地区矿区、交通、建筑、农田、水利等工程施工部门。目前我国生产的普通型柴油发电机组，只适用于海拔1000m以下。根据gb/t2820规定，在海拔1000m以上、3000m以下，采用功率修正的办法。受高原特殊环境条件的影响，发电机组原动机功率下降，油耗增加，热负荷上升，对发电机组功率及主要电气参数产生较大影响；即使是强化增压型发电机组，由于原动机受高原条件影响的实质并未改变，只是性能下降幅度有所减小，问题依然存在。发电机组油耗率、热负荷升高和可靠性的下降给用户和国家造成的经济损失不可估量，严重影响高原地区的社会效益和部队军事装备保障的有效性；动力性的下降，致使发电机组在使用时应有的负荷能力下降，造成设备和电网因电力供应不足，无法达到应有的工作和生产能力。
1、设备使用环境条件
根据国家标准gb/t 2820.1-2009/iso 8528-1：2005（e）的柴油发电机组基准条件为总大气压力100 kpa（海拔110m）；环境空气温度298 k（25℃）；相对湿度30%。如果发电机组现场运行条件不符合其标准可能就会出现降容现象，而引起发电机组额定输出功率降低的主要因素就是温度和高度两个方面。
2、降容计算方法
首先了解和核实现场情况，包括发电机组型号及功率需求、应用类型环境温度、海拔高度、湿度、电压和频率等参数，然后根据相应参数来核算发电机组降容的幅度。发电机组降容主要包括发动机降容、发电机降容，同时应分开独立计算，经过二者比较取其最小值的数据为最终降容参考指标。
（1）发动机降容计算公式
发动机降容曲线如图1所示，公式如下：
发动机降容后功率={（额定输出总功率*降容%）-风扇功率}*发电机效率
（2）发电机降容计算公式
发电机降容曲线如图2所示，公式如下：
发电机降容后电流=额定输出电流*温度降容系数*高度降容系数
二、高度变化对性能的影响
发电机组12h标定输出的发电功率与柴油机输出功率间的关系为：
p=η1 η2 η3 nb
=ηz nb
=ηz mf nb
式中，p——发电机输出额定电功率（kw）；
η1——柴油机（轴输出功率/额定功率）的输出功率拆合系数，nf/nb；
nf——飞轮输出功率，nf=nb-△n；
△n——辅件消耗功率（kw）；
η2——传动效率；
η3——发电机效率；
ηz——发电机组总效率，ηz=η1 η2 η3；
nb——柴油机标定功率（kw）；
mf——额定点飞轮输出扭矩，mf=nf/nb（n-m）；
nb——标定功率的转速（r/min）
根据功率公式：p=iucosφ
式中，i——发电机电流（a）；
u——发电机额定电压（v）；
cosφ——功率因素
所以电站输出电流：
i=mf nb ηz/ucosφ
由于nb、ηz作为固有特性，属于与海拔高度无关的参数，电压u可通过电压自动调节装置保持常数，功率因素cos小只与负载有关，负载相同的情况下，cos小为常数。因此，发电机组的输出电流是以柴油机输出功率（或扭矩）为自变量的函数，并且基本上呈线性关系i=f（mf）=amf。而功率（或扭矩）又是以海拔高度为自变量的函数，即：i=f（h），其中h为海拔高度变化参数。由此可见，发电机组的输出电流将随海拔高的的变化为变化。海拔升高，发电机组的功率即输出电流下降、油耗率上升，这种影响还不同程度地要波及到电气性能指标。
总结：
根据上文所述，要解决因高原环境引起的柴油发电机组电功率下降问题，首先要解决发动机的功率下降问题。通过功率恢复型增压中冷等一系列高原适应性成套技术措施，有效地恢复发电机组原动柴油机的动力性、经济性、热平衡性及低温起动性能，从而使发电机组电气性能恢复到原有水平，并将在较宽海拔高度范围内具有很强的环境适应能力。
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一、降容原因和计算方法
柴油发电机组广泛地应用于我国高原地区矿区、交通、建筑、农田、水利等工程施工部门。目前我国生产的普通型柴油发电机组，只适用于海拔1000m以下。根据gb/t2820规定，在海拔1000m以上、3000m以下，采用功率修正的办法。受高原特殊环境条件的影响，发电机组原动机功率下降，油耗增加，热负荷上升，对发电机组功率及主要电气参数产生较大影响；即使是强化增压型发电机组，由于原动机受高原条件影响的实质并未改变，只是性能下降幅度有所减小，问题依然存在。发电机组油耗率、热负荷升高和可靠性的下降给用户和国家造成的经济损失不可估量，严重影响高原地区的社会效益和部队军事装备保障的有效性；动力性的下降，致使发电机组在使用时应有的负荷能力下降，造成设备和电网因电力供应不足，无法达到应有的工作和生产能力。
1、设备使用环境条件
根据国家标准gb/t 2820.1-2009/iso 8528-1：2005（e）的柴油发电机组基准条件为总大气压力100 kpa（海拔110m）；环境空气温度298 k（25℃）；相对湿度30%。如果发电机组现场运行条件不符合其标准可能就会出现降容现象，而引起发电机组额定输出功率降低的主要因素就是温度和高度两个方面。
2、降容计算方法
首先了解和核实现场情况，包括发电机组型号及功率需求、应用类型环境温度、海拔高度、湿度、电压和频率等参数，然后根据相应参数来核算发电机组降容的幅度。发电机组降容主要包括发动机降容、发电机降容，同时应分开独立计算，经过二者比较取其最小值的数据为最终降容参考指标。
（1）发动机降容计算公式
发动机降容曲线如图1所示，公式如下：
发动机降容后功率={（额定输出总功率*降容%）-风扇功率}*发电机效率
（2）发电机降容计算公式
发电机降容曲线如图2所示，公式如下：
发电机降容后电流=额定输出电流*温度降容系数*高度降容系数
二、高度变化对性能的影响
发电机组12h标定输出的发电功率与柴油机输出功率间的关系为：
p=η1 η2 η3 nb
=ηz nb
=ηz mf nb
式中，p——发电机输出额定电功率（kw）；
η1——柴油机（轴输出功率/额定功率）的输出功率拆合系数，nf/nb；
nf——飞轮输出功率，nf=nb-△n；
△n——辅件消耗功率（kw）；
η2——传动效率；
η3——发电机效率；
ηz——发电机组总效率，ηz=η1 η2 η3；
nb——柴油机标定功率（kw）；
mf——额定点飞轮输出扭矩，mf=nf/nb（n-m）；
nb——标定功率的转速（r/min）
根据功率公式：p=iucosφ
式中，i——发电机电流（a）；
u——发电机额定电压（v）；
cosφ——功率因素
所以电站输出电流：
i=mf nb ηz/ucosφ
由于nb、ηz作为固有特性，属于与海拔高度无关的参数，电压u可通过电压自动调节装置保持常数，功率因素cos小只与负载有关，负载相同的情况下，cos小为常数。因此，发电机组的输出电流是以柴油机输出功率（或扭矩）为自变量的函数，并且基本上呈线性关系i=f（mf）=amf。而功率（或扭矩）又是以海拔高度为自变量的函数，即：i=f（h），其中h为海拔高度变化参数。由此可见，发电机组的输出电流将随海拔高的的变化为变化。海拔升高，发电机组的功率即输出电流下降、油耗率上升，这种影响还不同程度地要波及到电气性能指标。
总结：
根据上文所述，要解决因高原环境引起的柴油发电机组电功率下降问题，首先要解决发动机的功率下降问题。通过功率恢复型增压中冷等一系列高原适应性成套技术措施，有效地恢复发电机组原动柴油机的动力性、经济性、热平衡性及低温起动性能，从而使发电机组电气性能恢复到原有水平，并将在较宽海拔高度范围内具有很强的环境适应能力。
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