1.3 内燃发电机组的选择

1.3.1 选购内燃发电机组的依据

市面上发电机组的品牌繁多，在选购时应注意所选机组的性能和质量必须符合有关标准的要求。目前，国内外对各个应用领域的发电机组都有较详细的标准法规，生产商应能示出国内或国际认证机构的鉴定或认证证书。

我国对各种内燃发电机组的标准是：GB/T2820—2009《往复式内燃机驱动的交流发电机组》（相当于国际标准ISO8528系列，共有12部分）、JB/T10303—2001《工频柴油发电机组技术条件》、GB/T2819—1995《移动电站通用技术条件》和GB/T12786—2006《自动化柴油发电机组通用技术条件》等。

对于各个具体行业的标准是：军事部门的GJB4491—2002《固定通信电源站柴油发电机组通用规范》、邮电部门的YD/T502—2007《通信用柴油发电机组》以及船用部门的GB/T13032—2010《船用柴油发电机组》等。

另外，在日益重视环境保护的今天，机组本身应具有或者经过其他特殊处理后，其尾气排放物和噪声应符合GB16297—1996《大气污染物综合排放标准》和GB12348—2008《工厂企业厂界噪声排放标准》的规定。

对于符合有关标准的产品，可以获得国家相关部门颁发的检验证书。如国家内燃机发电机组质量监督检验中心颁发的《鉴定证书》、原机械工业部颁发的《机械产品全国质量统一监督检验合格证书》和信息产业部指定的第三方论证——泰尔论证等。

1.3.2 选购内燃发电机组的标准

国家信息产业部通信电源产品质量监督检验中心颁布了《通信用柴油发电机组进网质量认证检测实施细则》，对柴油发电机组规定了24项性能指标要求。

（1）外观要求

①机组的界限尺寸、安装尺寸及连接尺寸均应符合规定程序批准的产品图样。

②机组的焊接应牢固，焊缝应均匀，无焊穿、咬边、夹渣及气孔等缺陷，焊渣、焊药应清除干净；漆膜应均匀，无明显裂纹和脱落；镀层应光滑、无漏镀斑点、锈蚀等现象；机组紧固件应不松动。

③机组的电气安装应符合电路图。机组各导线连接处应有不易脱落的明显标志。

④机组应有良好的接地端子。

⑤机组标牌内容齐全。

（2）绝缘电阻和绝缘强度

①绝缘电阻：测量各独立电气回路对地及回路间的绝缘电阻应大于2MΩ。

②绝缘强度：柴油发电机组各独立电气回路对地及回路间应能承受交流试验电压1min，要求无击穿或闪络现象。回路电压<100V的，其试验电压为750V；回路电压≥100V的，其试验电压为1440V。

（3）相序要求

机组控制屏接线端子的相序从屏正面看应自左到右或自上到下排列。

（4）自动维持设备运行状态的要求

机组应具有加热装置，保证其应急启动和快速加载时的全损耗系统用油温度、冷却介质温度不低于15℃。

（5）自动启动供电和自动停机的可靠性检查

①接自控或遥控的启动指令后，机组应能自动启动。

②机组自动启动第3次失败后，应能发出启动失败信号，设有备用机组时，程序启动系统应能自动地将启动指令传递给另一台备用机组。

③从自动启动指令发出至向负载供电的时间应不超过3min。

④机组自动启动成功后，首次加载量应不低于50%标定负载。

⑤接到自控或遥控的停机指令后，机组应能自动停机；对于与市电电网并用的备用机组，当电网恢复正常后，机组应能自动切换和自动停机，其停机方式和停机延迟时间应符合产品技术条件规定。

（6）自动启动成功率

不小于99%。

（7）空载电压整定范围

不小于95%～105%额定电压。

（8）自动补给功能

机组应能自动向启动电池充电。

（9）自动保护功能

机组应有缺相、短路（不大于250kW的机组）、过电流（大于250kW的机组）、转速和水温（缸温）过高、油压过低的保护装置。

（10）电压波形畸变率

在空载额定电压和频率下，线电压波形畸变率<5%。

（11）稳态电压调整率

≤250kW（±3%）；>250kW（±2%）。

（12）瞬态电压调整率

≤250kW（±20%）；>250kW（±15%）。

（13）电压稳定时间

≤250kW（≤2s）；>250kW（≤1.5s）。

（14）电压波动率

≤250kW（≤0.8%）；>250kW（≤0.5%）。

（15）稳态频率调整率

≤3%。

（16）瞬态频率调整率

≤9%。

（17）频率稳定时间

≤5s。

（18）频率波动率

≤250kW（≤0.8%）；>250kW（≤0.5%）。

（19）三相不对称负载下的线电压偏差

机组在25%的三相对称负载下，在任一相再加25%额定相功率的电阻性负载，机组应能正常工作，此线电压的最大或最小值与三相线电压的平均值之差应不超过三相线电压平均值的5%。

（20）噪声

距机组柴油机和发电机机体1m处的噪声声压平均值：

≤250kW，≤102dB（A）；

>250kW，≤108dB（A）。

（21）燃油消耗率

机组额定功率在120kW<P≤600kW范围内，燃油消耗率≤260g/kW·h。

（22）机油消耗率

机组额定功率P>40kW，全损耗系统用油（机油）消耗率≤3.0g/kW·h。

（23）在额定工况下的运行试验

柴油发电机组在所规定的工作条件下（详见国家标准GB/T2820.7—2009往复式内燃机驱动的交流发电机组第7部分用于技术条件和设计的技术说明中的4.1～4.19），机组能以额定工况正常连续运行12h（其中包括过载10%运行1h），且机组应无漏油、漏水和漏气现象。

（24）遥控、遥信和遥测性能

1）智能型机组：200kW以上的柴油发电机组应为智能型，其监控内容和接口的具体要求如下。

①遥控：开/关机、紧急停车、切换主备用机组。

②遥信：工作状态（运行/停机）、工作方式（自动/手动）、主备用机组、过压、欠压、过流、频率/转速高、水温高（水冷式）、缸体温度高（风冷式）、皮带断裂（风冷式）、润滑油油温高（风冷式）、启动失败、过载、充电器故障。

③遥测：三相输出电压、三相输出电流、输出频率/转速、冷却介质温度或缸体温度（风冷式）、润滑油油压、润滑油油温（风冷式）、启动电池电压、输出功率。

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

2）非智能型机组：200kW及以下的非智能型机组无此项要求。

1.3.3 常用内燃发电机组的选择

某些内燃发电机组在某段时间或经常需要长时间连续地运行，以作为用电负荷的常用供电电源，这类发电机组称为常用发电机组。常用发电机组可作为常用机组与应急（备用）机组。远离大电网的乡镇、海岛、林场、矿山、油田等地区，为了供给当地居民生产及生活用电，需安装内燃发电机组，这类机组平时可不间断连续运行。

国防工程、通信枢纽、广播电台、微波接力站等重要工程，设有备用内燃发电机组。这类工程平时用电可由市电电力网供给。但是，由于地震、台风、战争等其他自然灾害或人为因素，使市电网遭受破坏而停电以后，已设置的备用内燃发电机组应迅速启动，并坚持长期不间断地运行，以保证对这些重要工程用电负荷的连续供电，这种备用发电机组也属于常用发电机组类型。其特点是持续工作时间长、负荷曲线变化较大。

1.3.3.1 常用内燃发电机组及其容量的确定

同一电站的常用内燃发电机组应尽量选用同型号、同容量的机组，以便备用相同的零部件，方便维修与管理。负荷变化大的工程，也可以选用同系列不同容量的机组。机组输出标定电压一般为400V，个别用电量大，输电距离远的工程可选用高压发电机组。

一般而言，常用内燃发电机组容量的估算按机组长期持续运行输出功率能满足全工程最大计算负荷进行选择，并应根据负荷的重要性确定备用机组的容量。内燃机持续运行的输出功率，一般为标定功率的0.9倍。若机组容量选择过小，则无法带动全部负载或者在启动大功率负载时导致突然停机的现象；若机组容量选择得过大，则投资及维修成本高，造成资源浪费。而且根据内燃机的特性，当其长期在小负荷工作时，将造成发动机活塞环、喷油嘴或火花塞等处积炭严重，汽缸磨损加剧等损坏机组的不良后果。另外，在容量估算时需考虑多方面的因素，包括使用环境、负载类型和预留裕量等方面。

（1）使用环境

不同的使用环境会影响机组的输出功率。使用环境主要包括：环境温度、海拔高度和空气相对湿度。当环境温度、海拔高度过高时，空气密度则降低，机组运行时燃烧所需氧气的供应量减少，机组的输出功率应作相应下调。换言之，选用的机组功率要比负载的功率值高，即当机组在非标准状况下工作时，应对内燃机进行功率校正。

值得注意的是：电子喷油内燃机采用了电子喷油控制技术，通过安装在内燃机上的电子控制单元对进气歧管的进气压力、燃油温度等参数的精确测量，以控制每个喷油器的喷油正时与喷油量或每缸的点火时刻与混合气浓度，使机组在非标准环境下功率下降较少。

（2）负载类型

不同类型的负载对发电机组容量的要求相差很大。负载类型一般分为：电阻性负载、电感性等线性负载与内含整流电路的非线性负载（又称整流性负载）。阻性负载如灯泡、电炉和烤箱等；感性负载如空调、机床和水泵等；非线性负载如UPS、电子计算机、程控交换机和PLC设备等。其中阻性负载的特性是电阻基本保持不变，电流随电压按比例下降，带这种负载时，发电机组的容量只要略大于负载功率即可。但是在带感性负载和非线性负载时，发电机组的容量就需要重新计算。

①电感性负载对容量的影响　电感性负载（如笼型三相异步电动机）的特性是，当启动时有很大的电流，而且功率因数大大低于正常运转值。如果直接启动，其启动电流为正常运转时的5～7倍，这就要求机组容量足够大以满足其启动要求。但是随之而来的问题就是机组的功率选大了，而正常运行时功率又远小于机组的额定功率，这显然是不经济的。

例如，机组带一台额定功率P=60kW，满载稳定运行时的电压U=380V、功率因数cosφ=0.88、效率η=93%、启动电流值为额定时6倍的三相异步电动机时：

额定电流值为

若根据额定电流值选择机组，只要机组的最大输出电流值大于112A即可。

由于其启动电流为额定电流值的6倍（112×6=672A），为了满足启动要求，不得不选择最大输出电流大于672A的机组。显然，机组的功率变大了，而正常运行时其功率又远小于标定功率，非常不经济。为了减小电动机启动时的影响，往往采用减压启动的方法，就是在启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，待电动机转速接近稳定时，再把电压恢复到正常值。常用的减压方法有以下几种：

•星形-三角形（Y-△）换接启动；

•自耦减压启动；

•电抗减压启动；

•延边三角形启动。

其中星形-三角形（Y-△）换接启动法的启动电流为直接启动时的1/3；自耦减压启动法备有抽头，可根据启动转矩的要求得到不同电压；电抗减压启动的启动电流按其端电压的比例降低；延边三角形启动的启动电流一般为直接启动时的1/2。具体的操作方法可由有关的电工手册查得。

②非线性负载对容量的影响　非线性负载设备都有启动冲击电流、谐波反馈、电流突变等干扰，而且往往对机组电压降值有很高的要求。由于内燃发电机组所送出的电源本身不但电压畸变率大，而且随着机组额定输出功率容量的减小，其内阻增大的矛盾会显得更加突出。当带电阻性负载时，这种影响不易觉察。然而带像计算机和通信设备这种整流滤波型负载或UPS等非线性负载时，会影响负载的正常运行乃至使用寿命，出于安全方面的考虑应把机组容量选大一些。

在计算发电机组容量时，应明确各个负载的性能，以作出正确的选择，常用负载的参考特性参数如表1-8所示。

（3）其他考虑因素

根据现有负载进行机组容量计算后，还要考虑其他因素，如今后是否有扩充负载的可能，有些负载是否可能发生过载现象等。建议根据实际情况适当加大机组的容量。另外，在经济条件许可的情况下，建议采用两台或多台发电机组，其中一些发电机组用于敏感负载（如电子计算机系统和其他电子设备），另一些发电机组用于不敏感的负载（如电阻性负载和电动机），以防止由于电动机启动时造成机组电压波形畸变对敏感性负载的影响。

1.3.3.2 常用内燃发电机组台数的确定

常用内燃发电机组台数的设置通常为2台以上，以保证供电的连续性及适应用电负荷曲线的变化。机组台数多，才可以根据用电负荷的变化确定投入发电机组的运行台数，使机组在经济负荷下运行，以减少燃油消耗率，降低发电成本。内燃发电机组的最佳经济运行状况是在标定功率的75%～90%之间。为保证供电的连续性，常用内燃发电机组本身应考虑设置备用机组，当运行机组故障检修或停机检查时，使备用发电机组仍能满足对重要用电负荷不间断持续供电的要求。

1.3.3.3 常用内燃发电机组的控制

常用发电机组一般应考虑能够并联运行，以简化配电主接线，使机组启动、停机轮换运行时，通过并车、转移负荷、切换机组而不致中断供电。发电机组应安装有相应的测量及控制装置，机组的调速及励磁调节装置应能适用于并联运行的要求。对重要负荷供电的备用发电机组，宜选用自动化内燃发电机组，当外电源故障断电后，能够迅速自动启动，恢复对重要负荷的供电。内燃发电机组运行时机房噪声很大，自动化机组便于改造为隔室操作、自动监控的发电机组。当发电机组正常运行时，操作人员不必进入发电机组机房，在控制室便可对内燃发电机组进行集中监控。

1.3.4 应急内燃发电机组的选择

应急发电机组主要用于重要场所，在事故停电或紧急情况发生时，通过应急发电机组迅速恢复并延长一段供电时间。这类用电负荷称为一级负荷。对断电时间有严格要求的通信设备、仪表及计算机系统等，除配备发电机组外还应有蓄电池或UPS供电。

应急发电机组的工作有两个特点：首先是作应急用，连续工作的时间不长，一般只需要持续运行几小时（≤12h）；第二个特点是作备用，应急发电机组平时处于停机等待状态，只有当主用电源发生故障断电后，应急发电机组才启动运行供给紧急用电负荷。当主用电源恢复正常后，随即切换停机。

（1）应急内燃发电机组容量的确定

应急内燃发电机组的标定容量为经环境（海拔高度、环境温度和空气湿度等）修正后的12h标定容量，其容量应能满足紧急用电总计算负荷，并按发电机容量能满足一级负荷中单台最大容量电动机启动的要求进行校验。应急发电机一般选用三相交流同步发电机，其标定输出电压为400V。

（2）应急内燃发电机组台数的确定

有多台发电机组备用时，一般只设置1台应急内燃发电机组，从可靠性考虑也可选用2台机组并联运行供电。供应急用的发电机组台数一般不宜超过3台。当选用多台内燃发电机组时，机组应尽量选用型号、容量相同，调压、调速特性相近的成套设备，所用燃油性质应一致，以便运行维修保养及共用备件。当供应急用的发电机组有2台时，自启动装置应使2台机组能互为备用，即市电电源故障停电经过延时确认以后，发出自启动指令，如果第一台机组连续3次自启动失败，应发出报警信号并自动启动第二台机组。

（3）应急内燃发电机组特性的选择

应急机组宜选用高速、增压、低油耗、高可靠性、同容量的内燃发电机组。高速增压内燃机单机容量较大，占据空间小；内燃机选配带有电子或液压调速装置的较好，其调速性能佳；发电机宜选配无刷励磁的交流同步发电机或永磁交流发电机，运行可靠，故障率低，维护检修较方便；机组装在附有减振器的公用底盘上；排烟管出口宜装设消声器，以减小噪声对周围环境的影响。

（4）应急内燃发电机组的控制

应急内燃发电机组的控制应具有快速自启动及自动投入装置。当发生主用电源故障断电后，应急机组应能快速自启动并恢复供电，一级负荷的允许断电时间从十几秒至几十秒，应根据具体情况确定。当重要工程的主用电源断电后，首先要有3～5s的确认时间，以避开瞬时电压降低及市电网合闸或备用电源自动投入的时间，然后再发出启动应急机组的指令。从指令发出、机组开始启动、升速到能带负荷需要一段时间。一般大中型内燃发电机组还需要预润滑及暖机过程，使紧急加载时的全损耗系统用油（机油）压力、全损耗系统用油（机油）温度、冷却水温度符合产品技术条件的规定；机组的预润滑及暖机过程可以根据不同情况预先进行。例如，邮电及军事通信、大型宾馆的重要外事活动、公共建筑夜间进行大型群众活动、医院进行重要外科手术等的应急机组平时就应处于预润滑及暖机状态，以便随时快速启动，尽量缩短故障断电时间。

应急机组投入运行后，为了减少突加负荷时的机械及电流冲击，在满足供电要求的情况下，紧急负荷最好按时间间隔分级增加。根据相关国家标准和军用标准规定，自动化内燃发电机组自启动成功后的首次允许加载量：对于标定功率不大于250kW者，不小于50%标定负载；对于标定功率大于250kW者，按产品技术条件规定。如果对瞬时电压降及过渡过程要求不严格时，一般机组突加或突卸的负荷量不宜超过机组标定容量的70%。

1.3.5 内燃发电机组的订货要求

内燃发电机组的订货一般应注明以下内容。

①机组的型号、额定功率、额定频率、额定电压、额定电流、相数、功率因数和接线方式等。

②对机组自动化功能和性能的要求。

③对内燃机、发电机和控制屏的结构、性能、安装尺寸的要求。

④对机组的并联运行要求：同时购买多台发电机组，是否要求并联运行，如果需要并联运行，还应提出是否需要提供并行所需的测量仪器和装置。

⑤对机组的附属设备要求：国内许多厂商把冷却水箱（散热器）、燃油箱、排气消声器、蓄电池等也算作附属设备，订货时允许提出安装的有关要求。