摘要：在高原地區(qū)由于環(huán)境因素的變化，導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)組的實(shí)際使用條件與原設(shè)計(jì)條件產(chǎn)生了較大的差異，致使柴油發(fā)電機(jī)組的功率、性能及可靠性嚴(yán)重下降，給企業(yè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)造成了持續(xù)不斷的損失。因此，加強(qiáng)柴油發(fā)電機(jī)組高原環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)的基礎(chǔ)研究工作，對發(fā)展高原型工程機(jī)電裝備是必不可少的。康明斯公司在本文從理論分析出發(fā)，結(jié)合柴發(fā)功率降容計(jì)算系數(shù)，來探討高原環(huán)境對柴油發(fā)電機(jī)組功率下降、性能的影響極其對策措施。

      柴油發(fā)電機(jī)組廣泛地應(yīng)用于我國高原地區(qū)礦區(qū)、交通、建筑、農(nóng)田、水利等工程施工部門。目前我國生產(chǎn)的普通型柴油發(fā)電機(jī)組，只適用于海拔1000m以下。根據(jù)GB/T2820規(guī)定，在海拔1000m以上、3000m以下，采用功率修正的辦法。受高原特殊環(huán)境條件的影響，發(fā)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)功率下降，油耗增加，熱負(fù)荷上升，對發(fā)電機(jī)組功率及主要電氣參數(shù)產(chǎn)生較大影響；即使是強(qiáng)化增壓型發(fā)電機(jī)組，由于原動(dòng)機(jī)受高原條件影響的實(shí)質(zhì)并未改變，只是性能下降幅度有所減小，問題依然存在。發(fā)電機(jī)組油耗率、熱負(fù)荷升高和可靠性的下降給用戶和國家造成的經(jīng)濟(jì)損失不可估量，嚴(yán)重影響高原地區(qū)的社會(huì)效益和部隊(duì)軍事裝備保障的有效性；動(dòng)力性的下降，致使發(fā)電機(jī)組在使用時(shí)應(yīng)有的負(fù)荷能力下降，造成設(shè)備和電網(wǎng)因電力供應(yīng)不足，無法達(dá)到應(yīng)有的工作和生產(chǎn)能力。

      根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2820.1-2009 /ISO 8528-1:2005（E）的柴油發(fā)電機(jī)組基準(zhǔn)條件為總大氣壓力100 kPa（海拔110m）；環(huán)境空氣溫度298 K（25℃）；相對濕度30%。如果發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場運(yùn)行條件不符合其標(biāo)準(zhǔn)可能就會(huì)出現(xiàn)降容現(xiàn)象，而引起發(fā)電機(jī)組額定輸出功率降低的主要因素就是溫度和高度兩個(gè)方面。

      首先了解和核實(shí)現(xiàn)場情況，包括發(fā)電機(jī)組型號及功率需求、應(yīng)用類型環(huán)境溫度、海拔高度、濕度、電壓和頻率等參數(shù)，然后根據(jù)相應(yīng)參數(shù)來核算發(fā)電機(jī)組降容的幅度。發(fā)電機(jī)組降容主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)降容、發(fā)電機(jī)降容，同時(shí)應(yīng)分開獨(dú)立計(jì)算，經(jīng)過二者比較取其最小值的數(shù)據(jù)為最終降容參考指標(biāo)。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)降容計(jì)算公式

      發(fā)動(dòng)機(jī)降容曲線如圖1所示，公式如下：

發(fā)動(dòng)機(jī)降容后功率={（額定輸出總功率*降容%）-風(fēng)扇功率}*發(fā)電機(jī)效率

（2）發(fā)電機(jī)降容計(jì)算公式

      發(fā)電機(jī)降容曲線如圖2所示，公式如下：

發(fā)電機(jī)降容后電流=額定輸出電流*溫度降容系數(shù)*高度降容系數(shù)

      發(fā)電機(jī)組12h標(biāo)定輸出的發(fā)電功率與柴油機(jī)輸出功率間的關(guān)系為：

P=η₁η₂η₃N_b

=η_zN_b

=η_zM_fn_b

式中，P——發(fā)電機(jī)輸出額定電功率（KW）；

η₁——柴油機(jī)（軸輸出功率/額定功率）的輸出功率拆合系數(shù)，N_f/N_{b ；}

N_f——飛輪輸出功率，N_f=N_b-△N；

△N——輔件消耗功率（KW）；

η₂——傳動(dòng)效率；

η₃——發(fā)電機(jī)效率；

η_z——發(fā)電機(jī)組總效率，η_z=η₁η₂η₃；

N_b——柴油機(jī)標(biāo)定功率（KW）；

M_f——額定點(diǎn)飛輪輸出扭矩，M_f=N_f/n_b（N?m）；

n_b——標(biāo)定功率的轉(zhuǎn)速（r/min)

      根據(jù)功率公式：

P=IUcosφ

式中，I——發(fā)電機(jī)電流（A）；

U——發(fā)電機(jī)額定電壓（V）；

cosφ——功率因素

      所以電站輸出電流：

I=M_fn_bη_z/Ucosφ

      由于n_b、η_z作為固有特性，屬于與海拔高度無關(guān)的參數(shù)，電壓U可通過電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置保持常數(shù)，功率因素cos小只與負(fù)載有關(guān)，負(fù)載相同的情況下，cos小為常數(shù)。因此，發(fā)電機(jī)組的輸出電流是以柴油機(jī)輸出功率（或扭矩）為自變量的函數(shù)，并且基本上呈線性關(guān)系I=f（M_f）=aM_f。而功率（或扭矩）又是以海拔高度為自變量的函數(shù)，即：I=f（H），其中H為海拔高度變化參數(shù)。由此可見，發(fā)電機(jī)組的輸出電流將隨海拔高的的變化為變化。海拔升高，發(fā)電機(jī)組的功率即輸出電流下降、油耗率上升，這種影響還不同程度地要波及到電氣性能指標(biāo)。

總結(jié)：

      根據(jù)上文所述，要解決因高原環(huán)境引起的柴油發(fā)電機(jī)組電功率下降問題，首先要解決發(fā)動(dòng)機(jī)的功率下降問題。通過功率恢復(fù)型增壓中冷等一系列高原適應(yīng)性成套技術(shù)措施，有效地恢復(fù)發(fā)電機(jī)組原動(dòng)柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、熱平衡性及低溫起動(dòng)性能，從而使發(fā)電機(jī)組電氣性能恢復(fù)到原有水平，并將在較寬海拔高度范圍內(nèi)具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。