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高原環境條件對小型柴油發電機組的影響

我國西部高原地域面積少廣大,約占國土面積的三分之一,平均海拔高度約為2000~4500m,少數地區海拔高度達5000m以上。與平原地區相比,高原環境具有大氣壓力低、空氣密度小、全年平均氣溫低、晝夜溫差大、氣候干燥、風沙大等特點。小型柴油發電機組一般是指額定功率小于30kW的發電機組,廣泛應用于銀行、郵電、軍事等行業,作為主電源或備用電源。柴油發電機組在高原環境下使用時,其動力性、經濟性和可靠性等都會產生較大的變化,造成機組功率下降、啟動困難、機組溫升過高和電氣性能下降等狀況,嚴重影響到用電設備的正常工作。為了適應高原環境的土作特點,必須對柴油發電機組進行相應的調整和改進,以滿足高原應用的需要。

高原環境條件對小型柴油發電機組的影響

高原環境條件與平原相比有顯著差別,隨著海拔的升高,大氣壓力下降,空氣密度和含氧量降低。海拔高度每升高1000 m,大氣壓力下降約9%,年平均氣溫下降5~7℃。不同海拔高度的大氣參數如表所列。由表可見,在海拔4000m時,空氣含氧僅為0.186kg/m3,只有平原地區的一半左右,年平均溫度只有-12℃。


對柴油機的影響

對柴油機輸出功率的影響

高原地區風沙大,空氣中的含塵量是低海拔地區的5~15倍,使得空濾器容易堵塞,增加了進氣阻力,使充量系數下降,造成功率下降。而且,空氣濾清器濾清效果下降,不但會加速零部件間的磨損,還會因為進氣量的減少,使柴油機不易啟動、怠速不穩。

對柴油機冷啟動性能的影響

1)柴油機著火困難高原地區大氣壓力低、含氧量少、環境溫度低,造成壓縮終點氣缸內壓力降低,氣缸套、活塞等零件溫度降低,進入氣缸的空氣溫度降低,使柴油機在冷啟動時壓縮終點溫度達不到柴油著火溫度,造成冷啟動困難。

2)啟動阻力矩增大冷啟動時,潤滑油粘度隨溫度下降而增大,潤滑油流動性變差,引起曲軸與軸瓦等摩擦件之間的潤滑不良,摩擦阻力增大,使啟動阻力矩增大。此外,過低的溫度使得零部件之間的配合間隙減小,也會造成啟動阻力矩增加。

3)啟動蓄電池容量下降當柴油機采用蓄電池啟動時,蓄電池容量會隨著環境溫度的降低而下降。研究表明,如果電解液溫度為20℃時,蓄電池容量和柴油機啟動力矩為100%,當電解液溫度下降到-20℃時,蓄電池容量下降了60%啟動力矩減小了32%。此外,蓄電池的充電能力也會隨著氣溫的降低而下降。研究表明,正常情況下,剩余電量為50%的蓄電池經過6h的充電,可達到額定容量,而在-10℃時,同樣放電的蓄電池只能充到60%的額定容量。

對柴油機經濟性能的影響

通常,非高原型柴油機是按照標準大氣壓來整定供油量,柴油機會隨著負載的變化自動調整供油量,使柴油機的轉速保持穩定。但是,隨著海拔高度的升高,空氣中的含氧量下降,同樣的負載變化,柴油機的轉速波動幅度增大,為了穩定轉速,柴油機的供油量也會相應的增大,這樣燃油消耗率就會增加。并且,油多氣少會導致可燃混合氣過濃,使燃料燃燒不充分,柴油機冒黑煙,排放變差,整機的熱效率降低。研究表明,海拔每升高1000m,燃油消耗率上升5.6~11%。

此外,由于高海拔地區冷卻水的沸點隨海拔升高而降低,使發動機熱負荷增加,導致柴油機可靠性降低。據統計,當噴油量不變時,海拔高度每升高1000m,自然吸氣柴油機的功率下降約8~10%,燃氣溫度升高30~40℃,熱強度增大2~4%。

對交流同步發電機的影響

高原環境對交流同步發電機的主要影響是:由于海拔升高,空氣密度降低,使得發電機的絕緣強度降低;轉子及定子繞組的散熱效果變差、溫度升高。研究表明,雖然環境溫度也會隨著海拔的升高而降低,但是,當氣溫的降低不足以補償溫升的影響時,將導致絕緣壽命下降。為了保證發電機的可靠運行,需要對其輸出功率進行修正。

對電氣系統的影響

1)溫升的影響研究表明,海拔每升高100m,電氣裝置的溫升一般在0.4℃以內,環境溫度降低約0.5℃。由此可見,高原環境溫度的降低可以部分或全部補償低壓電氣裝置溫升的增加。因此,一般不考慮海拔高度對電氣裝置溫升的影響。但是,對于連續工作的大發熱量電氣裝置,可考慮降容使用。

2)絕緣強度的影響隨著海拔的升高,空氣的絕緣強度會相應降低。一般來講,海拔每升高1000m,空氣絕緣強度就會降低約10%。由此造成電氣裝置的外絕緣強度及空氣間隙之間的擊穿電壓也會降低,因此在高海拔地區使用時,電氣裝置的額定絕緣電壓、介電強度、最大額定電壓等參數都要降低。此外,繼電器、接觸器、空氣開關等采用空氣作為滅弧介質的開關器件,其滅弧時間也會隨空氣絕緣強度的降低而延長,造成觸頭燒損嚴重,開關通斷能力下降。

3)高原熱輻射及紫外線輻射的影響海拔5000m時太陽熱輻射度約為低海拔時的1.25倍,熱輻射對物體起加熱作用。太陽熱輻射的增加將引起機組溫升增高,降低有機絕緣材料的材質性能,使材料變形,機械熱應力增大。此外,高原紫外線輻射強度也隨海拔升高而增大,在海拔3000m時紫外線輻射強度約為低海拔時的2倍,紫外線將引起有機絕緣材料的加速老化,使空氣容易電離而導致外絕緣強度降低。

相關標簽:科勒發電機組

 



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