**章柴油机电站概述
电能源是人类社会赖以生存发展的物质基础和各国关注的战略重点。为确保重要负载的供电可靠性，在国防地下工程、民用重点设施中通常设有应急发电设备，即采用“市电+应急电站”的双电源供电方式，在市电正常时或非重要时机使用市电供电，在市电中断时或重要时机则采用应急电站供电［1］。应急电站的种类很多，若采用柴油机+交流同步发电机组合的形式，则称为柴油机电站，其主要优点是效率高、起动快、耗水量少、设备紧凑、运输方便、土建工程小、建设速度快以及操作维护简单等。在远离电力网的矿山、企业、城镇等，常设有柴油机电站作为应急动力和照明电源；国防工程、军事基地和一些重要的企事业单位也多采用柴油机电站作为应急战备电源和备用电源［2］。
随着柴油机电站主要设备——柴油机、交流同步发电机、电站控制系统的不断更新，增压技术逐步完善，新的励磁调压方式［3］和电站自动化［4］逐渐普及，柴油机电站的供电可靠性、电能质量和运行经济性均得到了普遍提高。
**节柴油机电站组成及特点
一、柴油机电站基本组成
柴油机电
站组成及
特点教学
视频
柴油机电站主要由柴油机、交流同步发电机和电站控制系统三大部分组成，另外还包括联轴器、公共底座和消声器等配套设备。
（一）柴油机
柴油机是柴油机电站的动力源，它将热能转化为机械能输出，柴油机要求具有比重量小、功率大以及对环境变化有较强的适应能力。虽然不同型号的柴油机构造有所差异，但其组成基本相同，主要可概括为一个组件、两个机构和六大系统。其中，一个组件主要是指机体组件，它是柴油机的骨架，用于提供其他零部件的安装位置；两个机构主要是指*柄连杆机构和配气机构等柴油机的主要运动机构；六大系统则主要包括进排气系统、燃油供给系统、润滑系统、冷却系统、增压系统和启动系统。
（二）交流同步发电机
交流同步发电机是柴油机电站的发电部分，它将机械能转化为电能输出。如图11所示，交流同步发电机产生磁力线的磁场是转动的，称为转子，而切割该磁场的导体是固定的，称为定子。其中，定子由定子铁芯、定子绕组、机座等组成，它是产生三相交流电能，实现机电能量转换的重要部件；转子通常具有p对磁极，转子上装有直流励磁的转子绕组或励磁绕组，当直流电流流入转子绕组后，定子和转子之间就会产生主磁通。由于交流同步发电机的前端盖与柴油机*柄连杆机构的飞轮壳在轴向采用凸肩定位直接连接，并采用圆柱形的弹性联轴器由飞轮以同步转速驱动旋转，因此建立的主磁场就会随轴旋转产生旋转磁场，那么根据电磁感应定律，定子绕组上就会产生三相感应电动势。
（三）电站控制系统
由柴油机和交流同步发电机组成的单台柴油发电机组可产生三相交流电能，但由于单台柴油发电机组的功率有限，因此有时还需要多台柴油发电机组并联为用电设备供电，这就需要一个指挥中枢，即柴油机电站控制系统［5］。柴油机电站控制系统通常由机组控制屏、并联屏和切换屏组成，共同完成对多台柴油发电机组的运行控制。其中，每台柴油发电机组均有1台机组控制屏，用于实现单台柴油发电机组的远程控制；并联屏用于协调管理多台柴油发电机组，使其在选定的控制方式下按照设定模式及顺序进行启动、供电、并联和解列等；切换屏用于实现机组供电和市电供电之间的自动和手动切换。
柴油机电站控制系统采用现场总线技术进行组网，其通常采用可编程逻辑控制器（programmable logiccontroller，PLC）作为主站，每个自动发电机组控制器作为子站。主站根据所辖机组运行及负载的变化情况，自动调配工作机组，协调管理整个电站的运行；子站则实时检测柴油发电机组的运行状态，并根据主站指令或手动控制操作完成发电机组的启动与停机、合闸与分闸、调速与调压、并联与功率分配等功能，并通过网络将机组运行参数传递给主站。
通常情况下，成套柴油发电机组都采用一个公共底座将柴油机、交流同步发电机等主要部组件安装在一起，即一体化柴油发电机组，而大功率机组除柴油机和交流同步发电机装置焊接在公共底座上以外，电站控制系统、燃油箱和水箱等设备均需要单*设计，以便于移动和安装。
此外，为减小振动噪声，柴油发电机组一般还安装有专用消声器，特殊情况下需要对机组进行全屏蔽。为了减小机组的振动，在柴油机、交流同步发电机和水箱等主要组件与公共底座的连接处，通常装有减振器或橡胶减振垫。
二、柴油机电站主要特点
柴油机电站的主要特点包括以下几方面［6］：
（1）柴油发电机组单机容量较多。从几千瓦到几万千瓦，具有适用于多种容量用电负荷的优势；此外，使用柴油发电机组作为应急电源时，可采用一台或多台柴油发电机组供电，其容量可根据实际需求灵活配置。
（2）配套设备结构紧凑、辅助设备少、安装地点灵活。按照单位容积（每单位功率所占的容积）和单位重量（每一有效功率所占的重量）指标进行比较，蒸汽动力装置的单位容积和单位重量要比柴油机的指标大4倍以上，由于柴油机的这一特点，使得柴油机电站的厂房面积小、结构简单、建设速度快，安装费用及总投资金额大大降低。
（3）热效率较高，燃油消耗率较低。柴油机的有效热效率为30%～46%，而往复式蒸汽机的有效热效率为8%～16%，高压汽轮机的有效热效率为24%～40%，燃气轮机的有效热效率为20%～30%，汽油机的有效热效率为22%～30%。
（4）启动迅速并能很快达到全功率。柴油机启动一般只需几秒钟，在应急状态下可在1分钟内带到全负荷，而在正常工作状态下约在5～30分钟内带到全负荷；此外，柴油机的停机过程也很短，可以频繁启停。
（5）维护操作简单方便。柴油机的运转操作比较简单，所需操作人员较少，对操作人员的技术水平要求也不高；此外，柴油机的检修、保养所需时间短，比蒸汽装置的检修、保养容易得多。
第二节柴油机电站分类及型号含义
一、柴油机电站主要分类
柴油机电
站分类及
型号含义
教学视频
柴油发电机组的分类方法很多，若按照转速的高低，可分为高速、中速、低速机组；若按照输出功率的大小，可分为大型、中型、小型机组；若按照输出电压的频率，可分为交流机组和直流机组；若按照输出电压的高低，可分为低压机组（400V/230V）和高压机组（6.3kV、10.5kV）。通常情况下，当柴油发电机组输出电压频率为50Hz时，中小型柴油发电机组的额定电压为400V（三相）或230V（单相）。
除上述分类方式以外，柴油机电站*主要的分类方法是根据机组运行方式、机组控制方式和机组外观构造进行分类［7］。
（一）根据机组运行方式进行分类
按照机组运行方式划分，柴油发电机组可分为长行机组和备用机组两种。
（1）长行机组。长行机组通常常年运行，一般安装在远离电力网的地区或企业附近，以满足上述区域的施工、生产和生活用电需求。长行机组一般容量较大，其对非恒定负载提供连续电力供应时，对连续运行时间没有限制，并允许每12小时内有1小时过负载供电时间，过负荷能力通常为额定输出功率的10%。这类机组由于运行时间较长、负载较重，因此相对于本机极限功率的许多功率被调至较低点。
（2）备用机组。在通常情况下用户所需电力由市电供给，当市电限电拉闸或其他原因中断供电时，为保证用户电力供应而设置的机组称为备用机组。备用机组通常允许每年不超过500小时满负载运行，其主要特点是随时保持备用状态，当市电发生故障时开始启动运行，从而保障电力供应。
（二）根据机组控制方式进行分类
按照机组控制方式划分，柴油发电机组可分为手动机组、自动机组和遥控机组三种。
（1）手动机组。手动机组*为常见，机组虽具有电压和转速自动调节功能，但需要操作人员在现场对机组进行启动、合闸、分闸、停机等操作，其主要特点是机组运行时产生的振动、噪声、油雾、废气等会对操作人员产生不良影响。
（2）自动机组。自动机组通常也称为自启动机组，该类机组在手动机组的基础上增加了自动控制系统，其主要特点是可大大减少对操作人员的依赖，缩短负载供电的中断时间。当市电突然中断时，机组具有自动启动、自动调压和调频、自动停机等功能；当机组机油压力过低、机油温度和冷却水温过高时，能自动发出声光报警信号；当机组超速时，能自动紧急停机保护机组。
（3）遥控机组。遥控机组通常也称为微机控制自动化机组，也称“三遥”（遥信、遥测和遥控）机组或带智能接口机组，其主要由性能完善的柴油机、交流同步发电机、燃油自动补偿装置以及电站控制系统等组成。此类机组除具备自动机组的各项功能外，还可按照负荷大小自动增减机组、故障自动处理、自动记录打印机组运行报表和故障情况等，从而对柴油机电站实行全面的自动控制。
（三）根据机组外观构造进行分类
按照机组外观构造划分，柴油发电机组可分为基本型机组、静音型机组、拖车机组、车载机组、方舱式机组五种。
（1）基本型机组。基本型机组是平时使用*多的柴油发电机组，它可能是手动机组，也可能是自动机组或遥控机组。
（2）静音型机组。静音型机组与基本型机组的本质区别是机组外部安装了隔声罩，且消声器内置，从而降低了机组的噪声，此类机组通常适用于对噪声要求低的特殊场合，例如学校、医院等。
（3）拖车机组。通常拖车机组是在静音型机组的基础上加装了拖车，从而实现了机组的便捷式移动，其主要适应于城市范围内的短距离应急供电。
（4）车载机组。车载机组是将整台基本型机组安装在汽车车厢内，通常其厢体要作静音降噪处理，该类机组是专门为远距离应急供电而设计制造的机组。
（5）方舱式机组。方舱式机组是将整台基本型机组安装在方舱内，是专门为野外工程建设供电而设计制造的机组，机组功率一般在300kW以上。
二、柴油机电站性能等级
国家标准GB/T2820.12009《往复式内燃机驱动的交流发电机组第1部分：用途、定额和性能》中，对柴油发电机组定义了以下4种性能等级：
（1）G1级性能等级。要求适用于只需规定其电压和频率参数的连接负载，主要作为一般用途，例如照明和其他简单的电气负载。
（2）G2级性能等级。要求适用于对电压特性与公用电力系统有相同要求的负载，当负载变化时，可有暂时且允许的电压和频率偏差，例如照明系统、泵、风机和卷扬机等。
（3）G3级性能等级。要求适用于对频率、电压和波形特性有严格要求的连接设备，例如通信负载和晶闸管控制的负载等。
（4）G4级性能等级。要求适用于对频率、电压和波形特性有特别严格要求的负载，例如数据处理设备或计算机系统等。
三、柴油机电站型号含义
目前大部分国产柴油发电机组的型号排列如图12所示，其数字代表的含义如下：
图12柴油发电机组型号含义示意图
1——机组输出的额定功率（kW），用数字表示。
2——机组输出电流的种类，G为交流工频，P为交流中频，S为交流双频，Z为直流。
3——机组的类型，F为陆用，FC为船用，Q为汽车电站，T为挂（拖）车。
4——机组的控制特征，缺位为手动（普通型），Z为自动化，S为低噪声，SZ为低噪声自动化。
5——设计序号，用数字表示。
6——变型代号，用数字表示。
7——环境特征，缺位为普通型，TH为湿热带型。
举例：
（1）150GF82——额定功率为150kW、交流工频、陆用、设计序号为8、第2次变型的普通型柴油发电机组。
（2）500GFZ——额定功率为500kW、交流工频、陆用、自动化柴油发电机组。
（3）200GFSZ1——额定功率为200kW、交流工频、陆用、低噪声、设计序号为
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