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性能特點和作用說明 |
斯坦福交流同步發(fā)電機的標定功率和系數(shù)修正 |
為了達到交流發(fā)電機的預(yù)期壽命和性能，必須考慮影響已公布的基礎(chǔ)等級的許多因素。以下因素必須正確地應(yīng)用于公布的基準等級，以正確地選擇 (提名) 合適的交流發(fā)電機。在整個交流發(fā)電機制造業(yè)務(wù)中，經(jīng)常提到低壓(LV)、中壓(MV)和高壓(HV)輸出。一般來說， 低壓指小于690V的標稱電壓，MV指1000V~4400V之間的標稱電壓，HV指4400V~13800V之間的標稱電壓。康明斯公司對斯坦福交流發(fā)電機的功率區(qū)分、系數(shù)修正以及等級測試要求進行了系統(tǒng)性的介紹。
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斯坦福交流發(fā)電機側(cè)視圖. |
斯坦福交流發(fā)電機等軸測圖 |
一、發(fā)電機標定功率
斯坦福交流同步發(fā)電機（康明斯旗下品牌之一）的標定功率是指在額定轉(zhuǎn)速下長期連續(xù)運轉(zhuǎn)時輸出的額定電功率，用PH 表示。斯坦福發(fā)電機的額定功率類別，通常用工作制類別表示。 GB755（idtIEC34-1）對旋轉(zhuǎn)電機規(guī)定了 10 種工作制。 ISO8528-3（GB/T2820.3）規(guī)定，對 RIC 發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)電機組用發(fā)電機，應(yīng)規(guī)定持續(xù)定額（工作制 S1）或離散恒定負載定額（工作制 S10）。 S1 工作制——連續(xù)工作制：保持在恒定負載下運行至熱穩(wěn)定狀態(tài)。 S10 工作制——離散恒定負載工作制：包括不多于 4 種離散負載值（或等效負載）的工作制。每一種負載的運行時間應(yīng)足以使電機達到熱穩(wěn)定。在一個工作周期中的最小負載可為零（空載、 停機和斷能）。
（1）發(fā)電機的標定功率
發(fā)電機的標定功率是指在標準環(huán)境狀況下（大氣壓力、相對溫度、環(huán)境溫度）的 12h 連續(xù)運轉(zhuǎn)功率（其中允許超負荷 10%運轉(zhuǎn) 1h）。機組超過 12h 以上連續(xù)使用時，其輸出功率為按柴油機標定功率的 90%修正后折算的電功率。發(fā)電機的功率類別是綜合考慮配套件的功率類別并結(jié)合實際使用情況來規(guī)定的。ISO8528-1 規(guī)定機組的功率類別是： （1）持續(xù)功率（COP）； （2）基本功率（PRP）；
（2） 限時運行功率（LTP）。
對于同一臺發(fā)電機組，額定功率類別不同，其大小也不同。所有國家標準以及 ISO8528-5
二、功率修正系數(shù)的調(diào)整
1、環(huán)境的溫度調(diào)整
環(huán)境溫度過高會導致交流發(fā)電機中的工作溫度過高。為了保持機器的熱額定值 ，必須降低kVA的輸出額定值。連續(xù)額定工業(yè)用交流發(fā)電機的標準溫度為40°C 。如果環(huán)境溫度低于40°C，則可以提高額定值。最大允許的環(huán)境溫度為60ºC。如果冷卻空氣溫度 高于60ºC，請進行指導。
2、海拔高度修正系數(shù)
空氣在高海拔地區(qū)空氣密度降低。較低密度的空氣降低了交流發(fā)電機的傳熱特性，導致溫度升高。為了保持機器的設(shè)計熱額定值，必須限制交流發(fā)電機的額定值。在海拔1000米(3300英尺)時，空氣密度的變化不足以從根本上改變空氣的熱傳遞特性。在1000masl以上，低密度空氣冷卻交流發(fā)電機內(nèi)部部件的有效性充分降低。為了防止因減少冷卻而過高，輸出額定值必須降低。國際公認的減壓系數(shù)是基于超過1000masl每500米3%的減速，海拔高度為4000masl。
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海拔高度
|
修正系數(shù)
|
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1000米
|
1.00
|
|
1500米
|
0.97
|
|
2000米
|
0.94
|
|
2500米
|
0.91
|
|
3000米
|
0.88
|
|
3500米
|
0.85
|
|
4000米
|
0.82
|
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4500米
|
0.79
|
注意：盡管應(yīng)用了減速因子，但有必要進一步考慮在高海拔1000至4000masl之間使用高壓發(fā)電機。
3、功率因子調(diào)整
功率因數(shù)是一種識別完成工作所需的主動實際功率(kWe)和所消耗的表視功率(kVA)之間的電關(guān)系的方法。這種差異是由于施加于交流發(fā)電機上的電氣負載的電氣特性造成的。功率因數(shù)基本上是對電流波形相對于電壓波形的定時-相位角差的測量。這個想法是確定提供的電力(kVA)是如何有效地與實際完成的工作(kWe)相關(guān)的。當功率因數(shù)更接近統(tǒng)一時，功率被更有效地利用。交流發(fā)電機的額定功率符合行業(yè)標準，設(shè)計為在0pf和1.0pf(單位)之間安全運行，因為大多數(shù)電氣負載具有這些感應(yīng)功率因數(shù)特性。這是一個交流發(fā)電機的最佳工作性能的區(qū)域。當為功率因數(shù)低于0.8滯后的負載供電時，交流發(fā)電機的繞組將運行得更熱。因此，需要降低交流發(fā)電機的kVA輸出額定值，以保持繞組中正確的工作溫度。下表提供了不同滯后功率因數(shù)必須應(yīng)用于交流發(fā)電機kVA輸出額定值的減乘系數(shù)：
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功率因素COSΦ
|
功率系數(shù)
|
|
0.8
|
1.00
|
|
0.7
|
0.95
|
|
0.6
|
0.91
|
|
0.5
|
0.88
|
|
0.4
|
0.86
|
|
0.3
|
0.85
|
|
0.2
|
0.84
|
|
0.1
|
0.84
|
|
0
|
0.84
|
領(lǐng)先(電容式)功率因數(shù)負載會導致交流發(fā)電機的輸出端電壓升高。這種影響對AVR的控制，可能對連接的負載造成損壞。可由交流發(fā)電機支持的電容性負載是有限的，并因設(shè)計而異。康明斯公司應(yīng)用工程部提供適當?shù)男阅芮€，稱為“工作曲線”或“能力曲線”。此圖表或曲線可用于確定交流發(fā)電機的最大輸出功率。由于上述原因，當系統(tǒng)由發(fā)電機組供電時，應(yīng)盡可能斷開，除非考慮了所有條件下負載的真實工作功率因數(shù)。
三、性能測試
1、基礎(chǔ)功率連續(xù)的測試
表1中的額定乘系數(shù)是H級絕緣的低壓交流發(fā)電機。這些單乘因子將用于H類、F類、B 類和E類的溫度上升等級。該表是基于40ºC每5ºC的等級調(diào)整3%。該表可用于斯坦福S0/S1至S7/LV系列交流發(fā)電機：
表1
|
溫升（℉）
|
溫升（℃）
|
功率系數(shù)
|
|
50
|
10
|
1.09
|
|
64
|
18
|
1.06
|
|
80
|
27
|
1.03
|
|
104
|
40
|
1.00
|
|
113
|
45
|
0.97
|
|
122
|
50
|
0.94
|
|
131
|
55
|
0.91
|
|
140
|
60
|
0.88
|
表2中的額定值倍增系數(shù)為基本連續(xù)等級絕緣等級的LV/MV/HV交流發(fā)電機；H級和F級。這些乘 系數(shù)用于H類、F類、B類和E類的升溫等級。該表是基于40ºC每一個5ºC的等級調(diào)整。該表可用 于斯坦福S9、P80和AvK交流發(fā)電機
表2
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溫升
|
H類
|
F類
|
B類
|
E類
|
|
°C
|
Vtc
|
Vtc
|
Vtc
|
Vtc
|
|
15
|
1.095
|
1.113
|
1.146
|
1.155
|
|
20
|
1.076
|
1.090
|
1.117
|
1.124
|
|
25
|
1.057
|
1.068
|
1.088
|
1.093
|
|
30
|
1.038
|
1.045
|
1.058
|
1.062
|
|
35
|
1.019
|
1.023
|
1.029
|
1.031
|
|
40
|
1.000
|
1.000
|
1.000
|
1.000
|
|
45
|
0.970
|
0.965
|
0.955
|
0.952
|
|
50
|
0.940
|
0.930
|
0.910
|
0.905
|
|
55
|
0.910
|
0.895
|
0.865
|
0.857
|
|
60
|
0.880
|
0.860
|
0.820
|
0.809
|
如果交流發(fā)電機已通過CAMOS工具配置，符合適當?shù)膽?yīng)用規(guī)范，那么適用于該應(yīng)用的冷卻空氣入口溫度的所有環(huán)境等級因素將已經(jīng)應(yīng)用。因此，不需要進一步的等級調(diào)整。
2、最大功率測試
表3表格中的額定值倍增系數(shù)為絕緣等級的峰值備用等級下的LV/MV/HV交流發(fā)電機；H級和F級。這些乘系數(shù)將用于40C和27C環(huán)境溫度下的備用等級和40C和27C環(huán)境溫度下的F級。表3是基于來自40ºC的每個5ºC的x%的等級調(diào)整，適用于所有斯坦福和AvK品牌的交流發(fā)電機。
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溫升℃
|
H級溫升（功率系數(shù)）
|
F級溫升（功率系數(shù)）
|
|
15
|
1.080
|
1.095
|
|
20
|
1.064
|
1.076
|
|
25
|
1.048
|
1.057
|
|
30
|
1.032
|
1.038
|
|
35
|
1.016
|
1.019
|
|
40
|
1.000
|
1.000
|
|
45
|
0.975
|
0.970
|
|
50
|
0.949
|
0.940
|
|
55
|
0.924
|
0.910
|
|
60
|
0.898
|
0.880
|
3、絕類和溫升測試
IEC60085提供了交流發(fā)電機制造商可用于設(shè)計交流發(fā)電機的絕緣系統(tǒng)的絕緣等級選項的詳細信息。下表說明了行業(yè)標準中提供的每個絕緣系統(tǒng)等級的允許溫升。銅定子繞組的實際溫度為°C(升高)中的最大允許溫度。這個“上升”值是基于40°C的環(huán)境溫度，這是所有工業(yè)使用的交流發(fā)電機的行業(yè)標準。對于基礎(chǔ)連續(xù)額定值，還有一個裕量或安全因素，稱為“熱點”，通常是10°C或15°C。這三個溫度值加在一起，給出了交流發(fā)電機絕緣系統(tǒng)的“總溫度”：
溫度上升+環(huán)境溫度+熱點允許量=總溫度
|
機器絕緣等級
|
A
|
E
|
B
|
F
|
H
|
|
基于40°C的環(huán)境溫度加上絕緣系統(tǒng)標準壽命周期的熱點允許量，°C的最大允許溫升。
|
60
|
75
|
80
|
105
|
125
|
注：用數(shù)學計算出的絕緣系統(tǒng)的“半衰期”數(shù)字是在指定的溫升值下的20,000小時，用于連續(xù)運行和在40°C環(huán)境下。如果現(xiàn)場條件是可接受的標準，并且所施加的負載在額定值范圍內(nèi)，那么絕緣系統(tǒng)中的絕緣材料的實際壽命將會長得多。
4、絕緣等級測試
交流發(fā)電機可在不同的溫升額定下運行的基礎(chǔ)連續(xù)額定和備用額定。選擇交流發(fā)電機的溫升額定值可以縮短或延長交流發(fā)電機的絕緣系統(tǒng)的使用壽命。表4說明了H類絕緣系統(tǒng)計算出的半衰期——實際使用壽命取決于現(xiàn)場和應(yīng)用條件。
表4
|
H類絕緣系統(tǒng)
|
|||
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溫升額定值
|
等級
乘數(shù)
|
溫升/環(huán)境 °C
|
已計算
半衰期
小時
|
|
峰值備用27°C
|
1.09
|
163/27
|
3500
|
|
峰值備用40°C
|
1.06
|
150/40
|
3500
|
|
H類(連續(xù)基準速率)
|
1.00
|
125/40
|
20000
|
|
F類(主功率)
|
0 916
|
105/40
|
120000
|
|
B類(公用事業(yè)并行)
|
0.80
|
80/40
|
640000
|
5、濕度要求
過濕導致繞組凝結(jié)，會導致交流發(fā)電機絕緣系統(tǒng)過早失效。如果在這些條件下打開交流發(fā)電機，交流發(fā)電機的繞組很可能發(fā)生災(zāi)難性的故障。一個防冷凝加熱器是提供作為一個可選的額外的高濕度條件。防冷凝加熱器需要一個單獨的電源。當交流發(fā)電機靜止不動時，該加熱器應(yīng)與其他措施一起使用，如發(fā)電機組外殼中的空間加熱器一起使用。發(fā)電機組運行，必須自動斷開抗凝加熱器。抗冷凝加熱器的設(shè)計是為了保持機器的干燥，而且它不能干燥已經(jīng)被冷凝而飽和的交流發(fā)電機。
6、外殼保護
外殼保護被標識為字母IP后面的兩個數(shù)字。例如IP23，并指示機器對固體物體和液體的有害進入的保護程度。第一個數(shù)字表示對固體的保護程度，第二個數(shù)字表示對液體的保護程度。第三個數(shù)字提供了防止機械沖擊的保護，但這在旋轉(zhuǎn)機器行業(yè)中通常沒有顯示出來。保護程度并不意味著或意味著某一特定產(chǎn)品是耐腐蝕的。它只是表示防止固體和液體進入機器的保護水平。例如，在生成集行業(yè)中使用或要求的最常用的代碼是IP22、IP23、IP44和IP54。要解釋每個定義的含義，請從表中選擇一個定義。
|
第一個號碼
|
試驗
|
第二個號碼
|
試驗
|
|
2
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防固體保護
物體高達12毫米e。g.
手指
|
2
|
防止垂直噴灑高達15º的水
|
|
3
|
防止超過2.5mme的固體物體。g.工具和電線
|
3
|
防止噴霧從垂直方向噴到60º。
|
|
4
|
防止超過1毫米e的固體物體。g.工具、電線和小電線
|
4
|
防止從四面八方噴灑的水，允許限制進入
|
|
5
|
防止防塵進入，無有害沉積物
|
5
|
防止低壓噴射的水e。g.用于甲板，允許進入
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