柴油发电机组功率标定及修正方法

1.柴油机的标定功率

对于一台柴油发电机组而言，柴油机输出的功率是指它的曲轴输出的机械功率。柴油机允许使用的最大功率受零部件的机械负载和热负载的限制，因此需规定允许连续运转的最大功率，称为柴油机标定功率。内燃机不能超过标定功率使用，否则会缩短使用寿命，甚至可能造成事故。

按国家标准规定，内燃机铭牌上的标定功率分为下列4类：

1）15min功率：即内燃机允许连续运转15min时能输出的最大有效功率。是短时间内可能超负载运转和要求具有加速性能的标定功率，如汽车、摩托车等内燃机的标定功率。

2）1h功率：即内燃机允许连续运转1h能输出的最大有效功率。如轮式拖拉机、机车、船舶等内燃机的标定功率。

3）12h功率：即内燃机允许连续运转12h能输出的最大有效功率。如电站机组、工程机械用的内燃机标定功率。

4）持续功率：即内燃机允许长时间连续运转的最大有效功率。

电站用柴油机的功率标定为12h功率。即柴油机在大气压力为101.325kPa，环境温度为20℃，相对湿度为50%的标准工况下，柴油机以额定转速连续12h正常运转时，达到的有效功率为柴油机的持续功率，用符号Ne表示。

一般来说，内燃机允许连续运行的时间越长，其标定功率相对要小。内燃机按规定的时间在标定工况下工作之后，立即可以发出的最大功率为超负载功率，其大小以额定功率的百分数表示。一般情况下，标定功率为12h功率的内燃机或具有持续功率的内燃机具有超负载功率，其数值可以分别规定为这两种额定功率的110%，并可在12h运行期间连续运行1h。

2.交流同步发电机的标定功率

交流同步发电机的标定功率是指在额定转速下长期连续运转时输出的额定电功率，用PH表示。发电机的额定功率类别，通常用工作制类别表示。

GB755（idtIEC34-1）对旋转电机规定了10种工作制。

ISO8528-3（GB/T 2820.3）规定，对RIC发动机驱动的发电机组用发电机，应规定持续定额（工作制S1）或离散恒定负载定额（工作制S10）。

1）S1工作制——连续工作制：保持在恒定负载下运行至热稳定状态；

2）S10工作制——离散恒定负载工作制：包括不多于4种离散负载值（或等效负载）的工作制。每一种负载的运行时间应足以使电机达到热稳定。在一个工作周期中的最小负载可为0。

3.柴油发电机组的功率标定和修正

在考虑了往复式内燃（Reciprocating Internal Combustion，RIC）机、交流（AC）发电机、控制装置和开关装置制造商规定的维修计划及维护方法后，发电机组制造商应按如图1-7和图1-10所示确定机组的输出功率。

在使用时，如果与输出功率有关的条件不能满足，发电机组的寿命将缩短。

GB/T 2820.1规定的柴油发电机组4种功率标定描述如下：

（1）持续功率（COP）

持续功率（Continuous Power，COP）定义：在规定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组每年运行时间不受限制地为恒定负载持续供电的最大功率，如图1-7所示。

（2）基本功率（PRP）

基本功率（Prime Power，PRP）定义：在规定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组能每年运行时间不受限制地为可变负载持续供电的最大功率，如图1-8所示。

图1-7 持续功率（COP）图解

t—时间P—功率 a—持续功率（100%）

图1-8 基本功率（PRP）图解

t—时间 P—功率 a—基本功率（100%） b—24小时内允许的平均功率（p_pp） c—24小时内实际的平均功率（p_pa） d—停机时间

注：t₁+t₂+t₃+…+t_n=24h

在24h周期内允许的平均输出功率（p_pp）应不大于PRP的70%，除非往复式内燃（RIC）机制造商另有规定。

注：当要求允许的p_pp大于规定值时，可使用持续功率（COP）。

当确定某一变化的功率序列的实际平均输出功率p_pa如图1-8所示时，小于30%PRP的功率应视为30%，且停机时间应不计。

实际的平均功率（p_pa）按下式计算：

式中P₁、P₂、…P_i是时间t₁、t₂、…t_i时的输出功率。

（3）限时运行功率（LTP）

限时运行功率（Limeitet-time running Power）定义：在规定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，发电机组每年供电达500h的最大功率，如图1-9所示。

注：按100%限时运行功率（LTP）每年运行时间最多不超过500h。

（4）应急备用功率（ESP）

应急备用功率（Emergeucy Spare Power，ESP）定义：在规定的运行条件下并按制造商规定的维修间隔和方法实施维护保养，当公共电网出现故障或在试验条件下，发电机组每年运行达200h的某一可变功率系列中的最大功率，如图1-10所示。

在24h的运行周期内允许的平均输出功率（p_pp）如图1-10所示，应不大于ESP的70%，除非往复式内燃（RIC）机制造商另有规定。(www.xing528.com)

实际的平均输出功率（p_pa）应低于或等于定义ESP的平均允许输出功率（p_pp）。

当确定某一可变功率序列的实际平均输出功率（p_pa）时，小于30%ESP的功率应视为30%，且不计停机时间。

实际的平均功率（p_pa）按上式计算。

图1-9 限时运行功率（LTP）图解

t—时间 P—功率 a—限时运行功率（100%）

图1-10 应急备用功率（ESP）图解

t—时间 P—功率

a—应急备用功率（100%） b—24小时内允许的平均功率（p_pp） c—24小时内实际的平均功率（p_pa） d—停机时间

注：t₁+t₂+t₃+…+t_n=24h

对于同一种发电机组，额定功率类别不同，其大小也不同。所有国家标准以及ISO8528-5（GB/T 2820.5）均规定制造商在产品标牌上额定功率前必须标明功率类别，即加词头：COP、PRP或LTP。这样表示，既能反映发电机组的实际情况，又便于用户使用。同样，用户在选购机组时，也务请注意功率类别。

4.柴油发电机组的功率匹配比

发电机组匹配比是指内燃机的标定功率与发电机的标定功率之比。其计算公式：

式中 K_p——匹配比；

N_e——内燃机标定功率（hp）；

P_rf——发电机额定功率（kW）；

1.36——单位换算系数；

k₁——功率储备系数（如考虑海拔、温度等环境因素时）；

k₂——改装系数，当与原动机标定功率配套情况相同时，k₂=1；如未考虑风扇等所耗功率为5%，则k₂=1.05；

η_e——传动系数；根据传动方式不同，η_e=0.94～0.98；

ηr——发电机效率。

从总体上来讲，K_p没有固定数值，但对于某一种机组而言，可以确定相应K_p值。确定K_p值的原则是保证发电机组在规定的环境条件或现场条件下能发出额定功率并可靠运行。当然，K_p值也不宜过大，否则会造成资源浪费，增大机组重量和体积，使机组长期在低负载下运行将导致指标恶化。

5.柴油发电机组的功率修正

内燃发电机组的功率修正与内燃机的功率修正有着密切的关系，但又有区别。

（1）内燃机的功率修正

功率修正的目的是，当试验现场的环境条件为非标准环境条件时，为了对内燃机的性能做出判断，应将有关指标值（如功率、油耗等）修正到标准状况或者是把内燃机在标准环境条件下的有关指标值按现场条件进行修正，以便正确使用内燃机。

在一般工程计算中，对于柴油机可按下列方法进行修正。

P=CP₀

式中 P——现场条件下内燃机的有效功率（kW）；

P₀——标准环境条件下内燃机的有效功率（kW）；

C——功率换算系数，用百分数%来表示。

（2）当环境条件与标准规定不同时，其功率应进行修正。修正公式如下：

式中 P_F——现场条件下发电机组的实际功率（kW）；

P——现场条件下内燃机的实际功率（kW）；

P₀——标准环境条件下内燃机的有效功率（kW）；

C——功率换算系数（%）；

k₂——改装系数，当与原动机标定功率的配套情况相同时，k₂=1；如未考虑风扇等所耗功率为5%，则k₂=1.05；

ηe——传动系数；根据传动方式不同，η_e=0.94～0.98；

η_r——发电机效率。