柴油发电机组的类型及技术特点

一、柴油发电机组组成

图1 柴油发电机组的组成

柴油发电机组从系统分，由发动机、发电机、安全监控和控制器等组成。

发动机将燃油的化学能转换为旋转的机械能，发电机将此机械能转换为电能；调速系统通过调节供油的大小实现对发动机转速即电的频率调节，在固定频率下对输出有功功率进行调节；励磁调压系统通过对励磁电流的调节来实现对发电机的电压（并网发电机可调节无功功率及功率因数）；控制器可控制发电机组的就地/遥控启停机，对发电机的运行参数进行显示记录和安全监控确保发电机安全运行，同时具有自动同期和远程数据传输和遥控性能及机组在并网运行时的运行逻辑设定功能。

二、发动机系统组成

发动机主要由燃油供给与调速系统、进排气系统、润滑系统、冷却系统、启动充电系统等组成。

（1）燃油供给与调速系统

燃油供给系统主要由输油泵、燃油滤清器、燃油冷却器、喷油泵和喷油器等部件组成。它的功用是：根据柴油机工况要求，定时、定量、定压地将柴油喷入燃烧室内。同时，通过喷油泵及调速器的作用，以控制柴油机在给定的工况下稳定运转。

常用的燃油供给与调速系统主要有柱塞式喷油泵燃油供给与调速系统，PT燃油供给与调速系统，电控喷射（包括高压共轨）燃油供给与调速系统等。

（2）进排气系统

柴油机的进排气系统主要由空气滤清器、进排气管、消声器以及增压系统组成。

（3）润滑系统

润滑系统的功用是向柴油机各摩擦表面提供充足的机油，以减少其磨损，保证其正常工作。同时还具有散热、清洁、密封和防蚀等作用。润滑系统主要由机油泵、机油滤清器、离心滤清器、各种调节阀类和润滑管路机油冷却器等部件组成。

（4）冷却系统

冷却系统主要作用是通过冷却介质将发动机工作时因燃烧和摩擦产生的热量带出，保证发动机在最合理的温度范围内工作。根据冷却介质的不同可分为水冷式和风冷式。

水冷式分为自然循环冷却和强制循环冷却，强制循环冷却中可分为开式和闭式。在开式强制循环冷却系统中，冷却介质直接与大气相通。而在闭式强制循环冷却系统中，冷却介质不与外界大气直接相通，冷却介质在密闭的系统内循环，冷却系统的压力略高于大气压力，冷却介质的沸点可以高于摄氏100度以上。其优点可以提高柴油机的进、出水口水温，使冷却水温差小，能稳定柴油机工作温度和提高其经济性，还能提高散热器的平均温度，从而缩小散热面积，减少水的消耗，并缩短机油的预热时间。

冷却系统的主要组成部件为散热器、冷却风扇、冷却水泵、冷却强度调节器、冷却防冻液等。

（5）启动充电系统

柴油发动机借助外力由静止状态转入工作状态的全过程称为柴油机的启动过程。完成启动过程所需的装置称为启动系统。它的作用是提供启动能量，驱动曲轴旋状并达到启动转速（一般为150-300r/min)，可靠地实现柴油机启动。

柴油发电机的启动方法通常有四种：人力启动、电动机启动、压缩空气启动以及小型汽油机启动。在数据中心备用柴油发电机最为普遍使用的是电动机启动。

电动机启动主要由电动机、蓄电池、充电机等组成。

三、发电机

发电机之所以能发电，是因为依据电磁感应定律：运动的导体在磁场中，作切割磁力线的运动，就会产生感应电势。

发电机按其电压的高低可分为低压（0.4KV）高压（10.5KV）。

发电机从结构上主要由定子，转子，励磁系统，控制系统组成。

另外，在发电机带上负载后，由于电枢反应的去磁作用，而使磁场强度B下降，感应电势E就会降低，同时，由于绕组发热后电阻增加也会使端电压下降，为了维持端电压的稳定，还必须有一个能随负载变化而变化的直流励磁电源（即励磁系统）。

励磁系统由励磁电源，自动电压调节器AVR/DVR，励磁发电机和三相整流二极管组成。励磁电源经AVR/DVR 整流调节提供给三相励磁发电机励磁用直流，按AVR/DVR提供的直流大小，励磁发电机发出不同电源的交流再经过整流二极管整流提供不同的励磁直流给发电机的转子产生不同大小的磁场，从而使得发电机发出不同的电压。按提供给AVR/DVR电源不同励磁分为自励和他励。

自励系统提供给AVR/DVR的电源取自发电机定子输出或辅助绕组输出，由于此电压受非线性负载的谐波的污染从而造成励磁电流不稳定继而使得发电机输出电压波动。所以自励系统带非线性负载能力差，在数据系统不建议使用。

图2 自励系统

他励系统提供给AVR/DVR的电源取自发电机定子输出以外励磁机，典型的为发电机同轴携带永磁励磁发电机PMG提供，由于此励磁电源不受发电机定子输出电压影响，具有强的带非线性负载能力，在数据系统得到广泛应用。

图3 他励系统

四、发电机组控制器

发电机组控制器主要功能和工作，是确保发电机组安全合理运行。具体如下：

• 就地/遥控切换

• 启动机组

• 检测并显示发动机和发电机状态参数（转速、柴油机油压、发电机电压、电流、冷却水箱水温、电瓶电压等）如果有异常可以警告和进行保护

• 停止机组

• 自动同期功能

• 设定机组运行逻辑 (并网运行机组间）