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高原環(huán)境條件對小型柴油發(fā)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(huán)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(fēng)沙大等特點(diǎn)。小型柴油發(fā)電機組一般是指額定功率小于30kW的發(fā)電機組,廣泛應用于銀行、郵電、軍事等行業(yè),作為主電源或備用電源。柴油發(fā)電機組在高原環(huán)境下使用時(shí),其動(dòng)力性、經(jīng)濟性和可靠性等都會(huì )產(chǎn)生較大的變化,造成機組功率下降、啟動(dòng)困難、機組溫升過(guò)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(huán)境的土作特點(diǎn),必須對柴油發(fā)電機組進(jìn)行相應的調整和改進(jìn),以滿(mǎn)足高原應用的需要。

高原環(huán)境條件對小型柴油發(fā)電機組的影響

高原環(huán)境條件與平原相比有顯著(zhù)差別,隨著(zhù)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(jiàn),在海拔4000m時(shí),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(fēng)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(jìn)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(huì )加速零部件間的磨損,還會(huì )因為進(jìn)氣量的減少,使柴油機不易啟動(dòng)、怠速不穩。

對柴油機冷啟動(dòng)性能的影響

1)柴油機著(zhù)火困難高原地區大氣壓力低、含氧量少、環(huán)境溫度低,造成壓縮終點(diǎn)氣缸內壓力降低,氣缸套、活塞等零件溫度降低,進(jìn)入氣缸的空氣溫度降低,使柴油機在冷啟動(dòng)時(shí)壓縮終點(diǎn)溫度達不到柴油著(zhù)火溫度,造成冷啟動(dòng)困難。

2)啟動(dòng)阻力矩增大冷啟動(dòng)時(shí),潤滑油粘度隨溫度下降而增大,潤滑油流動(dòng)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(dòng)阻力矩增大。此外,過(guò)低的溫度使得零部件之間的配合間隙減小,也會(huì )造成啟動(dòng)阻力矩增加。

3)啟動(dòng)蓄電池容量下降當柴油機采用蓄電池啟動(dòng)時(shí),蓄電池容量會(huì )隨著(zhù)環(huán)境溫度的降低而下降。研究表明,如果電解液溫度為20℃時(shí),蓄電池容量和柴油機啟動(dòng)力矩為100%,當電解液溫度下降到-20℃時(shí),蓄電池容量下降了60%啟動(dòng)力矩減小了32%。此外,蓄電池的充電能力也會(huì )隨著(zhù)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(jīng)過(guò)6h的充電,可達到額定容量,而在-10℃時(shí),同樣放電的蓄電池只能充到60%的額定容量。

對柴油機經(jīng)濟性能的影響

通常,非高原型柴油機是按照標準大氣壓來(lái)整定供油量,柴油機會(huì )隨著(zhù)負載的變化自動(dòng)調整供油量,使柴油機的轉速保持穩定。但是,隨著(zhù)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(dòng)幅度增大,為了穩定轉速,柴油機的供油量也會(huì )相應的增大,這樣燃油消耗率就會(huì )增加。并且,油多氣少會(huì )導致可燃混合氣過(guò)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(diǎn)隨海拔升高而降低,使發(fā)動(dòng)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(shí),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(fā)電機的影響

高原環(huán)境對交流同步發(fā)電機的主要影響是:由于海拔升高,空氣密度降低,使得發(fā)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(huán)境溫度也會(huì )隨著(zhù)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(shí),將導致絕緣壽命下降。為了保證發(fā)電機的可靠運行,需要對其輸出功率進(jìn)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?xún)?,環(huán)境溫度降低約0.5℃。由此可見(jiàn),高原環(huán)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(fā)熱量電氣裝置,可考慮降容使用。

2)絕緣強度的影響隨著(zhù)海拔的升高,空氣的絕緣強度會(huì )相應降低。一般來(lái)講,海拔每升高1000m,空氣絕緣強度就會(huì )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(huì )降低,因此在高海拔地區使用時(shí),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(kāi)關(guān)等采用空氣作為滅弧介質(zhì)的開(kāi)關(guān)器件,其滅弧時(shí)間也會(huì )隨空氣絕緣強度的降低而延長(cháng),造成觸頭燒損嚴重,開(kāi)關(guān)通斷能力下降。

3)高原熱輻射及紫外線(xiàn)輻射的影響海拔5000m時(shí)太陽(yáng)熱輻射度約為低海拔時(shí)的1.25倍,熱輻射對物體起加熱作用。太陽(yáng)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(zhì)性能,使材料變形,機械熱應力增大。此外,高原紫外線(xiàn)輻射強度也隨海拔升高而增大,在海拔3000m時(shí)紫外線(xiàn)輻射強度約為低海拔時(shí)的2倍,紫外線(xiàn)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(guān)標簽:科勒發(fā)電機組

 



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