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康明斯柴油發(fā)電機組實載性能測試報告
發(fā)布時間:2020-03-04 04:14:44  ▏閱讀:


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康明斯柴油發(fā)電機組實載性能測試報告

 

摘要:在柴油發(fā)電機組試驗時,需要對柴油發(fā)電機組進行帶負載試驗,以滿足柴油發(fā)電機組的穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率、瞬態(tài)電壓調(diào)整率、電壓恢復時間、電壓波動率及穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)整率、瞬態(tài)頻率調(diào)整率、頻率恢復時間特性、頻率波動率等的八大特性。為了滿足柴油發(fā)電機組的帶負載試驗要求,需要保證有足夠大的試驗負載。

 

 一、啟動前的冷態(tài)試驗與準備

 

      柴油發(fā)電機組在出廠前必須進行性能測試,保證各項運行參數(shù)正常,實景圖如圖1所示;在到達用戶發(fā)電機房安裝完畢后,應(yīng)對其再次進行驗收測試,實景圖如圖2所示。

1、測定繞組的冷態(tài)直流電阻和溫度

      開始試驗之前,發(fā)電機組應(yīng)為實際冷狀態(tài),測量出發(fā)電機各繞組的直流電阻和溫度(可用環(huán)境溫度代替),為測量熱態(tài)電阻時方便接線,應(yīng)將各繞組連接一個開關(guān)用于合、斷測量電阻的儀表,測量磁繞組的直流電阻時,應(yīng)將電刷提起使其離開集電環(huán)。

2、試驗開始的調(diào)節(jié)和設(shè)定

      啟動發(fā)電機組后,試驗開始前,應(yīng)將發(fā)電機組進行調(diào)整,使輸出電壓和頻率、輸出功率、功率因數(shù)均為額定值。記錄上述數(shù)據(jù),另外還應(yīng)記錄試驗環(huán)境數(shù)據(jù)(大氣壓力、環(huán)境溫度和相對濕度)和發(fā)電機組發(fā)動機的機油溫度和壓力,冷卻水溫度,發(fā)電機的進、出風溫度和鐵芯溫度(或機座表面溫度)等數(shù)據(jù)。

3、冷熱態(tài)電壓變化率試驗

      上述調(diào)整和設(shè)定完成后,將電壓調(diào)節(jié)裝置和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置固定不動(保持到本試驗結(jié)束為止)。保持上述狀態(tài)運行到溫升基本穩(wěn)定后(一般用3小時的時間)本試驗結(jié)束(但發(fā)電機組仍要繼續(xù)運行)。試驗中,每0.5小時記錄一次第.項所要求的數(shù)據(jù)。試驗結(jié)束時的電壓與試驗開始時的電壓(即額定電壓)之差占試驗開始時電壓的百分數(shù)即為冷熱態(tài)電壓變化率。

 

柴油發(fā)動機出廠前性能試驗進行中.png

圖1  柴油發(fā)動機出廠前性能試驗進行中

柴油發(fā)電機組實載測試案例.png

圖2  柴發(fā)機組a性能試驗進行中 

 

二、熱試驗方法及帶載測量

 

1、熱試驗方法

      在上述試驗完成后,將柴油發(fā)電發(fā)電機組的負載、輸出電壓、頻率、功率因數(shù)均調(diào)整到額定值,并保持這些額定值繼續(xù)運行到第11小時結(jié)束(計時從冷態(tài)開始)。在此期間,每0.5小時記錄一次數(shù)據(jù)。一般情況下,在5小時后發(fā)電機組溫升就會達到穩(wěn)定,所以應(yīng)根據(jù)人員和自然情況(白天容易操作),在第6~11小時內(nèi)決定停機測量電機繞組的熱態(tài)直流電阻以及有關(guān)元件的溫度,即完成熱試驗。對相復勵交流同步發(fā)電機而言,要測量的繞組和元件較多,因此需多人配合完成,可設(shè)一人專門讀秒表和指揮。

(1)直接負載法

      采用同步反饋的直接負載法進行試驗時,需要將兩臺電機在機械及電氣上連在一起,當被試電機作發(fā)電機運行時,陪試電機作電動機運行,反之,可同時用于同步發(fā)電機和電動機熱試驗。運行時,發(fā)電機發(fā)出的電能反饋給電動機,提供上述兩臺電機所消耗能量的方法有如下兩個。

① 由第三臺同步電機提供。利用聯(lián)軸器耦合時,該電機應(yīng)為雙軸伸,額定轉(zhuǎn)速應(yīng)與被試電機相同,其接線電路原理如圖3所示。

② 由電源提供。頻率和電壓應(yīng)與被試電機完全相同,并需要采取適當?shù)拇胧┓乐闺姍C在達到額定轉(zhuǎn)速的過程中出現(xiàn)有害的電氣或機械的過渡過程,其接線電路原理如圖4所示。

(2)降低負載的直接負載法

      降低負載下進行熱試驗時,被試電機的功率因數(shù)應(yīng)等于或接近額定值。求得每一個負載時的繞組、鐵芯以及相關(guān)部件的溫升值后,繪制溫升與繞組電流二次方或該部件損耗的關(guān)系曲線,將這些曲線向上順勢延長至被試電機的額定負載點,并通過坐標求得額定負載點的溫升值。

 

發(fā)電機熱試驗(用第三臺電動機提供損耗功率).png

圖3  發(fā)電機熱試驗(用第三臺電動機提供損耗功率)

發(fā)電機熱試驗(用市電提供損耗功率).png

圖4  發(fā)電機熱試驗(用市電提供損耗功率)

 

2、帶載能力試驗項目

(1)對1小時過載運行測量

      完成溫升數(shù)據(jù)后(其各缸排溫為360~375℃,滿足不大于500℃的要求),繼續(xù)調(diào)整發(fā)電機組在額定工況下運行到第11小時結(jié)束。然后調(diào)整負載達到110%額定值,同時要盡力保證電壓、頻率和功率因數(shù)也為額定值。運行1小時后停機,在這1小時中,每隔15min記錄一次本文上述第一條的第2項所要求的數(shù)據(jù)。期間未出現(xiàn)任何質(zhì)量問題。

(2)對12小時運行試驗

      合格與否的判定標準在12小時運行試驗中,發(fā)電機組應(yīng)無漏油、漏水、漏氣、油溫或水溫過高、突然自停機、運行聲音異常、電壓和頻率下降到最低限度(無法調(diào)高)等不正?,F(xiàn)象。

 

三、柴油機性能試驗

 

1、柴油機調(diào)速率試驗

      柴油發(fā)電機負荷突然變化時,柴油機的轉(zhuǎn)速將隨之而發(fā)生變化,此時,調(diào)速器應(yīng)能在規(guī)定時內(nèi)將轉(zhuǎn)速控制在規(guī)定范圍內(nèi),并能穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。其試驗步驟是在100%負荷運轉(zhuǎn)時突然將負荷全部卸掉,檢查轉(zhuǎn)速波動范圍,穩(wěn)定時間和穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速在空負荷狀態(tài)下進行突加負荷試驗,先突加50%負荷,穩(wěn)定后再加余下的50%,檢查轉(zhuǎn)速的波動范圍,穩(wěn)定時間和穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速是否符合要求。

(1)柴油機從100%負荷突然卸去負載,要求瞬時調(diào)速率不大于10%,穩(wěn)定調(diào)速率不大于5% 。穩(wěn)定時間不大于5秒(即從轉(zhuǎn)速復到波動率 為正負1%的時間)。

(2)柴油機從空載突然加上50%額定負載,穩(wěn)定后再加上余下的50%負載時,要求其瞬時調(diào)速率不大于10%,穩(wěn)定調(diào)速率不大于5%,穩(wěn)定時間不大于5秒(即從轉(zhuǎn)速發(fā)生波動開始到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定波動率為 正負1%的時間)。

(3)瞬時調(diào)速率δ1與穩(wěn)定調(diào)速率δ2的計算方法

      瞬時(動態(tài))調(diào)速率δ(或稱動態(tài)調(diào)速率是指突加或突卸,全負荷時,瞬時轉(zhuǎn)速的最大變化范圍與額定轉(zhuǎn)速NH(銘牌上的標定轉(zhuǎn)速)比值的百分數(shù)。

● 瞬時調(diào)整速率δ1的計算方法:

δ1(突加)=n0-n2/nH*100%....................(公式1)

δ1(突卸)=n3-n1/nH*100%....................(公式2)

式中,n0—柴油機空負荷時的平均轉(zhuǎn)速;

n1--柴油機突加負荷后的平均轉(zhuǎn)速;

n2--柴油機突加負荷時的最小瞬時平均轉(zhuǎn)速;

n3--柴油機突卸負荷時的最大瞬時平均轉(zhuǎn)速。

● 穩(wěn)定(靜態(tài))調(diào)速率δ2的計算方法

      當外部負荷改變后,由于機械調(diào)速器不能使柴油機恢復原來的轉(zhuǎn)速,所以在調(diào)節(jié)過程穩(wěn)定之后,還存在著轉(zhuǎn)速差(稱為靜態(tài)轉(zhuǎn)速差),柴油機從空車到全車負荷運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速差與額定轉(zhuǎn)速比值的百分數(shù)稱為穩(wěn)定調(diào)速率(或靜態(tài)調(diào)速率)。其公式如下:

δ2=n0-n1/nH*100%....................(公式3)

式中,n0---柴油機空負荷時的平均轉(zhuǎn)速;

n1--柴油機突加負荷后的平均轉(zhuǎn)速;

nH—銘牌上的標定的額定轉(zhuǎn)速。

      柴油機調(diào)速器靈敏度檢驗應(yīng)與發(fā)電機的其他電器項目檢驗同時進行,方法是在柴油發(fā)電機組100%負荷運行時,突然將發(fā)電機負載全部卸掉(此時柴油機瞬時轉(zhuǎn)速即時升高)按動秒表,觀察柴油機轉(zhuǎn)速瞬時上下波動值,當轉(zhuǎn)速穩(wěn)定到另一個轉(zhuǎn)速時(即轉(zhuǎn)速恢復到波動率為±1%范圍)即按停秒表,記錄穩(wěn)定時間。試驗時記錄轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速,試驗前后的轉(zhuǎn)速與試驗過程的瞬時轉(zhuǎn)速,將試驗數(shù)據(jù)代入上述公式,即可得出瞬時調(diào)速率與穩(wěn)定調(diào)速率。突加負載方法與之相同。

      經(jīng)過試驗,康明斯柴油發(fā)電機組瞬態(tài)調(diào)速率絕對值為2.98%~8.97%,滿足10%要求;穩(wěn)定時間為0.9~3.4 s,滿足不大于5s的要求。穩(wěn)態(tài)調(diào)速率為4%,滿足不大于5%的要求。

2、各系統(tǒng)管系驗證

① 滑油系統(tǒng)設(shè)計驗證

      將公共底座裝滿滑油,然后人為地降低油位至最低油位,液位開關(guān)即刻報警,加壓泵立即向公共底座補油至最高油位;柴油機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后,緊急停車,滑油預(yù)供泵立即投入運行;然后再次起動柴油機,發(fā)現(xiàn)滑油預(yù)供泵立即起動,向柴油機供油,柴油機轉(zhuǎn)速達到最低轉(zhuǎn)速300(r·min-1)時,滑油預(yù)供泵立即停止運行;所有這些都證明滑油系統(tǒng)符合設(shè)計要求。

② 燃油系統(tǒng)設(shè)計驗證

      由于康明斯發(fā)電機工廠內(nèi)部試車采用輕油,所以燃油系統(tǒng)試驗驗證實載進行。首先用燃油加壓泵向重油沉淀箱加滿油,然后人為地將油位降低到最低油位,報警裝置報警,加壓泵自動啟動補油;照此方式也對重油日用油箱進行了試驗,同樣也滿足設(shè)計要求。

      起動重油供應(yīng)單元,觀察到重油供應(yīng)單元出油溫度為125℃,黏度為12cSt,符合設(shè)計要求

③ 起動試驗

      在蓄電池組充足電源,中途不補充電的情況下啟動冷態(tài)柴油機,啟動次數(shù)不 少于10次。對于應(yīng)急柴油發(fā)電機,在0攝示度以下環(huán)境狀態(tài)下,具有啟動冷態(tài)的能力,對于自啟動的應(yīng)急發(fā)電機組,每臺機組應(yīng)能有連續(xù)3次啟動的能源。之外還應(yīng)具有第二能源,在30分鐘內(nèi)能啟動3次。

④ 冷卻水系統(tǒng)試驗

      經(jīng)過康明斯發(fā)電機工廠內(nèi)部和實載運行,柴油機起動并正常穩(wěn)定運轉(zhuǎn)后,冷卻水系統(tǒng)運行正常,柴油機高溫水進、出水溫度、滑油進機溫度、低溫水進出機溫度、各缸排氣溫度等各種熱工參數(shù)均符合技術(shù)要求,說明冷卻水系統(tǒng)符合設(shè)計要求。

 

四、電氣性能及排放試驗

 

      柴油發(fā)電機性能試驗系統(tǒng)如圖5所示,多臺機組并聯(lián)試驗接線如圖6所示。

1、三相突然短路和穩(wěn)定短路能力試驗

      該發(fā)電機組在自激勵情況下,將三相突然短路,持續(xù)時間為5 s,沒有發(fā)生任何損害,滿足不少于2 s的要求;并且該發(fā)電機組在穩(wěn)定短路時,承受了4.5倍于額定電流的穩(wěn)定短路電流而沒有發(fā)生損壞,滿足GB/T13032-2010柴油發(fā)電機組國標的要求。

2、并聯(lián)與運行能力試驗

      在廠內(nèi)臺架試驗期間,康明斯柴油發(fā)電機組分別做了2臺、3臺、4臺發(fā)電機組并聯(lián)運行試驗,其結(jié)果如下:有功功率分配差度為:△Pi=1.5%~2.2%發(fā)電機組額定有功功率,滿足不大于發(fā)電機組額定有功功率15%的要求;無功功率分配差度為△Pi=1.6%~5.2%發(fā)電機組額定無功功率,滿足不大于發(fā)電機組額定無功功率10%的要求。

3、NOx排放測試

      由于康明斯發(fā)電機組是按照Cummins公司許可證生產(chǎn),NOx排放測試適用于參數(shù)法,只要燃油凸輪、增壓器、空冷器、高壓油泵、噴油器、活塞、噴油定時等影響NOx排放的零件參數(shù)不發(fā)生變化,就認為NOx排放是符合要求的。

 

 柴油發(fā)電機性能試驗系統(tǒng)框圖.png

圖5  柴油發(fā)電機性能試驗系統(tǒng)框圖

 柴油發(fā)電機并聯(lián)運行試驗接線圖.png

圖6  柴油發(fā)電機并聯(lián)運行試驗接線圖

 

總結(jié):

      以上的試驗內(nèi)容和步驟是康明斯公司在2020年3月4日對4套KTA50-G3型康明斯柴油發(fā)電機組經(jīng)臺架試驗和帶載試驗方案,以驗證各項技術(shù)指標達到了專利方和技術(shù)規(guī)格書的要求,滿足廣州萬博地下空間使用條件。目前該型柴油發(fā)電機組已經(jīng)交付4臺套,用于其消防設(shè)施的應(yīng)急備用電源。康明斯公司在試驗結(jié)束后,將中將4臺套康明斯發(fā)電機組在出廠前內(nèi)部的臺架試驗結(jié)果提交給用戶,由于涉及到雙方商業(yè)機密,便不宜在本文中公布。

 

 


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