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第四章 发电机组 （讲师用PPT）,中国网通（集团）有限公司 2006年12月,中国网通运维人员岗位培训丛书动力专业,内部资料 注意保密,第四章 发电机组,空调操作,第二节 汽油发电机组,第四节 风力发电机组,第三节 燃气轮机发电机组,第一节 柴油发电机组,第四章 发电机组,空调操作,第二节 汽油发电机组,第四节 风力发电机组,第三节 燃气轮机发电机组,第一节 柴油发电机组,第一节 柴油发电机组,第一节 柴油发电机组 1.1柴油发电机组的组成及特点 1.1.1柴油发电机组的组成 柴油发电机组是一种内燃发电机组，由柴油机、三相交流同步发电机和控制屏（包括自动检测、控制及保护装置）3 部分组成。 柴油机是一种将燃料燃烧释放出来的热能转变为机械能的能量转换装置。柴油机是发电机组的动力部分，一般由曲轴连杆机构与机体组件、配气机构与进排气系统、柴油供给系统、润滑系统、冷却系统和电气系统等组成。,第一节 柴油发电机组,常用发电机为三相交流同步发电机，主要由定子、转子、端盖等组成。通常三相交流同步发电机的电枢绕组与三相供电回路连接，励磁绕组则与直流电源连接。大中型同步发电机为了便于引入或引出电枢电流，一般采用旋转磁极式结构。同步发电机主要有凸极和隐极两种磁路结构。 发电机组的控制（屏、箱）系统是机组的配套设备，包括自动检测、控制及保护装置等几大部分，主要负责机组的控制、调压、配电。机组通过控制屏向用电设备进行供电，同时操作人员可从控制屏上直接观察机组的运行状态。一般小容量机组的励磁调节与控制部分全部集中在控制箱内，直接安装在机组上；大容量发电机的控制屏则为落地式，固定在机房的地面或安装在与机组隔离的集中控制室内。,第一节 柴油发电机组,1.1.2柴油发电机组的特点 1、单机容量等级多。可选择的容量范围大，有适用于多种容量用电负荷的优势。 2、配套设备结构紧凑、安装地点灵活。 3、热效率高，燃油消耗低。柴油机的有效热效率为3040%，燃油消耗一般在0.230.26kg/(kW·h)。 4、起动迅速，能很快达到全功率。柴油机的起动一般只需几秒钟，在应急状态下可在1min内带到全负荷，在正常工作状态下约在530min内带到全负荷。 5、维护操作简单，所需操作人员少，在备用期间的保养容易。 6、柴油发电机组的建设与发电的综合成本最低。,第一节 柴油发电机组,1.2柴油发电机组的分类 1.2.1按性质和用途分类 （1）常用发电机组 （2）备用发电机组 （3）应急发电机组 （4）战备发电机组,第一节 柴油发电机组,1.2.2按控制方式分类 按控制方式分类,柴油发电机组可分为: 基本型机组; 自起动机组; 微机控制自动化机组。,第一节 柴油发电机组,1.3柴油发电机组的主要电气性能指标 （1）额定电压：230/400V三相交流； 额定频率：50Hz； 功率因数：0.8（滞后）。 （2）机组在空载、额定电压运行时的线电压波形正弦畸变率5。 （3）机组95100额定电压时电压和频率的性能应满足表1.1规定。,第一节 柴油发电机组,表1.1,第一节 柴油发电机组,（4）额定工况下机组的燃油消耗率如表1.2。 表1.2 （5）机组带整流器和电池负载时应不产生低频振荡。 （6）自动化机组应能自动起动，自动加载与自动停机。 （7）自动化机组起动成功率99。 （8）自动化机组应能自动调整输出电压和频率，具有各种保护性能及故障指示。 （9）微波和光缆中继站等用的无人值守自动化机组，燃油、机油、冷却水的自动补给应能满足连续（或累计）运行240h。,第一节 柴油发电机组,1.4柴油发电机组的使用环境条件与功率修正 机组的工作条件是指在规定的使用环境条件下能输出额定功率，并能可靠地连续工作的条件。国家标准规定的电站（机组）工作条件，主要按海拔高度、环境温度、相对湿度、有无霉菌、盐雾以及放置的倾斜度等情况来确定的。根据 GB2819 的规定，电站在下列条件下应能输出额定功率，并能可靠地进行工作。 I 类电站：海拔高度 l000m，环境温度 40，相对湿度 60 % ； II 类电站：海拔高度 0m，环境温度 20，相对湿度 60。,第一节 柴油发电机组,柴油发电机组在下列自然环境下能正常地工作： (1) 周围环境空气温度 0 一 40； (2)海拔高度不超过 1000m ； (3) 空气相对温度不大于 95 %（温度为十25 时）； (4)有霉菌。 对于普通机组使用的环境温度应不低于0 ，否则应采取相应的低温起动措施；对于自动化机组，其使用的环境温度不应低于15 ，否则应采取暖机措施。 机组的标定功率是指在标准环境状况下（大气压力、相对温度、环境温度）的 12h 连续运转功率（其中允许超负荷 10运转 lh ）。机组超过 12h 以上连续使用时，其输出功率为按柴油机标定功率的 90修正后折算的电功率，但此电功率最大不得超过机组的标定功率。,第一节 柴油发电机组,当机组在非标准环境状况的环境条件下使用时，应按柴油机功率的换算方法进行修正。换算公式为： 式中：Nf，机组输出功率（kW）； Pe，柴油机在标准环境状况下的标定功率（kW）（见表1. 3）； Pf，风扇消耗的功率（kW）（见表 1.3 ）； K1，非标准环境状况下湿度、温度与大气压力的综合换算系数，见 GB 1105 . 1 ； K2，发电机效率，见表 1. 3。,第一节 柴油发电机组,表 1. 3机组在非标准环境状况下柴油机功率的修正 当机组换算后的实际功率低于机组标定功率时，按换算功率使用；若机组换算后的实际功率大于机组的标定功率时，则按机组标定功率使用。,第一节 柴油发电机组,1.5柴油机的基本工作原理 柴油机将燃料的热能转化为机械能，通过气缸内连续进行进气、压缩、作功、排气四个过程来完成能量的转换。活塞的上下运动通过连杆与曲轴相连接，把活塞的直线运动转变为曲轴的圆周运动。气缸顶部有两个气门，一个是进气门，另一个是排气门。活塞在气缸运动中有两个极端位置：上止点和下止点，上、下止点之间的距离称为活塞的冲程。活塞由上止点移到下止点所经过的容积称为气缸工作容积，又称为活塞排量。工作容积与燃烧室容积之和叫气缸总容积。气缸总容积与燃烧室容积的比值称为压缩比，压缩比表明了气体在气缸中被压缩的程度，压缩比愈大，气体被压缩的愈剧烈，压缩过程的温度和压力愈大，燃烧后的压力也越大，柴油机的效率越高。,第一节 柴油发电机组,柴油机的工作循环：曲轴旋转两周（720°），即活塞往复运动四个冲程，完成了进气、压缩、作功、排气这四个过程的称为四冲程柴油机。如果活塞走完二个冲程，完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机。 四冲程柴油机的工作循环如图1.1所示 图1.1 四冲程柴油机的工作过程,第一节 柴油发电机组,1.6柴油机的基本组成、各部件作用及原理 1.6.1机体组件与曲轴连杆机构 （1） 柴油机的机体（如图1.2）,图1.2柴油机机体结构,第一节 柴油发电机组,（2） 曲轴连杆机构 活塞、连杆结构如图1.3所示。,图1.3活塞、连杆结构图,第一节 柴油发电机组,曲轴飞轮组 曲轴是柴油发电机组的主要机件之一，其组件图如图1- 4 所示。 图1.4曲轴-飞轮组件图,第一节 柴油发电机组,1.6.2配气机构与进排气系统 配气机构的作用是按柴油机的工作循环和着火顺序，定时地启闭各缸的进排气门，以保证新鲜空气适时充入气缸，并将燃烧后的废气即时排出气缸。配气机构应保证进气充分、排气干净，进排气时间要准确，同时具有良好的密封性能。配气机构由进气门、排气门、凸轮轴、推杆、挺杆、摇臂等部件组成。进排气系统由空气滤清器，进、排气管，消声器等组成。,第一节 柴油发电机组,1.6.3燃油供给系统 燃油供给系统由油箱、输油泵、柴油滤清器、低压油泵、高压油泵、喷油器及高、低压油管等部分组成。其作用是根据柴油机的工作要求，定时、定量、定压地将雾化质量良好的柴油按一定的喷油规律喷入气缸内，并使其与空气迅速而良好地混合和燃烧。柴油机工作时，柴油从油箱中流出，经粗滤器过滤、低压油泵升压，又经过细滤器进一步过滤、高压油泵升压后，通过高压油管送到喷油器，并在适当的时机将柴油以雾状喷入气缸压燃。柴油机燃油喷射系统一般由燃油供给、空气供给、混合气形成及调速等部分组成，目前普遍使用的有：直列式油泵喷油嘴和控制压力时间（PT）供油系统。,第一节 柴油发电机组,1.6.4冷却系统 冷却系统的作用是保证柴油机在最适宜的温度范围内工作。对于水冷式柴油机，缸壁水套中适宜的温度为8085，对于风冷式柴油机，缸壁水套中适宜的温度为150180。风冷方式以空气作为冷却介质，由风扇、导风罩、缸体和缸盖上的散热片等组成，具有结构简单、维护方便的特点，但冷却效果差，噪音、功率消耗大；目前大部分柴油机采用闭式强制循环水冷方式。它以水作为冷却介质，包括水泵、散热水箱、风扇、节温器、冷却水管及缸体和缸盖上的冷却水套等组成。冷却水通过水泵加压后在冷却系统中循环。循环的途径为：水箱下水管水泵气缸水套气缸盖水套节温器上水管水箱。节温器可以自动调节进入散热器的水量，以便油机始终在适宜的温度下运行。,第一节 柴油发电机组,1.6.5润滑系统 润滑系统的任务是把清洁的、温度适宜的润滑油以一定的压力送至各摩擦表面进行润滑，以避免干摩擦，使柴油机各零件能正常工作。润滑系统的五大作用是减磨、冷却、清洁、密封、除锈。润滑系统通常由机油泵、输油管道、油底壳、机油滤清器、机油冷却器以及安全保护装置等部分组成。油底壳的机油经过粗滤网和吸油管被吸入机油泵，机油泵的作用是提高机油压力。机油泵将机油压入机油滤清器，机油滤清器可过滤掉机油中的杂质，以减轻机件磨损。机油进入滤清器后分为两部分，一部分经过精滤器过滤后回到油底壳，另一部分经粗滤器过滤后送到机油冷却器冷却，冷却后的机油源源不断地送到需要润滑的机件上。,第一节 柴油发电机组,1.6.6起动与电气系统 柴油机由静止状态转入工作的全过程称为起动，完成起动过程所需要的一系列装置称为起动系统。它的作用是提供起动能量，驱使曲轴旋转，可靠地实现柴油机起动。 1、起动方法 （1）人力起动 （2）电动机起动 （3）压缩空气起动 （4）辅助汽油机起动,第一节 柴油发电机组,2、电起动原理 电起动系统主要有电磁式和机械式两种控制开关。其中电磁开关是利用电磁的吸力带动拨叉进行起动的，它的构造与线路连接如图1.5 所示。 1激磁线圈； 2开关； 3 、 4 、 5 、 6接线柱；7吸铁线圈；8动触点；9静触点；10复位弹簧；11吸引线圈（粗线圈）；12保持线圈（细线圈）； 13活动铁芯；14拨叉；15起动齿轮 图 1.5 电磁式起动系统,第一节 柴油发电机组,10复位弹簧；13活动铁芯； 14拨叉； 15起动齿轮 图 1.6 起动电机线路,第一节 柴油发电机组,3、充电机原理 硅整流发电机 1.前端盖；2 端盖；3 风扇；4 激磁线圈；5炭刷架；6 滑环；7 定子;8 皮带轮 图 1.7 硅整流交流发电机构造,第一节 柴油发电机组,1固定触点支架； 2绝缘板； 3下触点臂；4上触动点臂； 5绝缘板； 6弹簧 图 1.8硅整流发电机与调节器线路,第一节 柴油发电机组,1.6.7柴油机常用电气仪表 柴油机常用的仪表有电流表、机油压力表、机油温度表、冷却水温度表、燃油表及转速传感器等。 1 黄铜导电板； 2 指针； 3 磁分路片； 4 永久磁铁；5 底座； 6衔铁； 7 轴承； 8 轴 图 1.9 固定永久磁铁电磁式电流表结构,第一节 柴油发电机组, 机油压力表 1.指针； 2.线圈； 3.分流器； 4.永久磁铁；I1、R1电流表线圈电流、电阻；I2、R2一分流器电流、电阻 图 1-10 电流表工作原理图,第一节 柴油发电机组,( a )压力表构造 (b )传感器构造 ( c)工作原理简图 1、指针； 2、17.加热线圈； 3、8、22.接线柱； 4、16.双金属片； 5、7.调节臂； 6.倍流器；9.框钉片； 10.表壳； 11.螺栓接头；12.调节击轮；13.压力片；14.炭质电阻；15.导电铜片；18.弹簧片； 19.蓄电池；20.开关；21.平面膜片；23.触点副；24.传感器外壳；25.底板 图 1.11电热式机油压力表,第一节 柴油发电机组, 机油温度表 机油温度表用于观测柴油机的机油温度，它有热电式和电阻式。热电式机油温度表广泛应用在汽车、拖拉机的柴油机上。热电式机油温度表由温度传感器、温度表和传递导线组成，其构造和作用原理如图 1.12 所示： 1.下触点； 2.上触点；3、10.双金属片；4、13 .加热线圈；5.导电铜片；6.螺纹接头；7.接线柱； 8.绝缘体；9.壳体； 11、16 .调整臂； 12.指针； 14.轴； 15.弹簧片 图 1.12 热电式机油温度表构造及工作原理,第一节 柴油发电机组, 冷却水温度表 冷却水温度表用于观察和测量柴油机冷却水温度，它有热电式和压力式两种。热电式冷却水温度表的构造及工作原理与机油压力相同，仅表盘刻度和注明有所区别，并可互相配换用。,第一节 柴油发电机组, 燃油表 燃油表用来观察燃油箱中的贮油量。在汽车、拖拉机用柴油机上常用的燃油表为磁电式。磁电式燃油表由燃油量传感器、燃油表和传递导线组成，它的构造及作用原理如图1.13所示。当闭合电源开关14时，磁电式燃油表工作如下： 1.浮子；2.滑片；3、7、9.接线柱；4、8 .电阻；5、12.铁芯； 6、11.线圈；10.指针；13转子铁关；14.开关；15.蓄电池 图 1.13 燃油表构造及工作原理,第一节 柴油发电机组,转速传感器 转速是指转轴旋转的速度，严格地讲是指圆周运动的瞬时角速度。在机械行业中，机械设备转速的测量通常采用平均速度测量法，即求某一段时间内的平均转速，一般采用每分钟的转数（r/min）表示。测量转速的方法很多，按作用原理可分为光电式、磁阻式、霍尔元件式、涡流式等数种，最常用的光电式和磁电式转速传感器。 磁电式转速传感器 磁电式转速传感器是利用电磁感应原理将被测转速转换成电信号的。按其结构特征可分为开磁路式和闭磁路式两种。,第一节 柴油发电机组,图 1.14为开磁路式磁电转速传感器结构原理图。 图1.14开磁路式磁电转速传感器 1-导磁体；2-磁钢； 3-壳体； 4-线圈； 5-软铁芯； 6-齿轮,第一节 柴油发电机组,图 1.15 闭式磁电转速传感器结构 1.壳体; 2.导磁体； 3.磁钢； 4.线圈； 5.芯轴; 6.齿轮； 7.内齿圈； 8.端盖； 9.接线座,第一节 柴油发电机组,上述两种转速传感器的线圈所产生的感应电动势频率 式中， z 为齿轮的齿数； n 为被测轴的转速，r / min，由此 测定了感应电动势的频率，就可算得轴的转速。SZMB 型磁电式转速传感器是根据这个原理制成的，测速范围是 50 15000r / min 。,第一节 柴油发电机组,转速传感器与调速器组成的控制系统，具有自动控制喷油泵的供油量以适应柴油机负载的变化，保持柴油机工作时的转速稳定。还具有限制柴油机运转最高转速和最低转速的能力，以防止突然卸载，转速升高到超过允许值，出现“飞车”现象，运动零件损坏；低速运转时，出现熄火现象。,第一节 柴油发电机组,1.6.8柴油机增压系统 根据柴油机功率的表达式：Ne Pei×Vh×n/30 ，可知提高柴油机功率的方法有： ( l ) 提高柴油机的平均有效压力 Pe ; ( 2 )提高柴油机的工作容积Vh（即增大缸径D、活塞行程 S）; ( 3 )增加气缸数 i ; ( 4 )采用二冲程柴油机; ( 5 )提高柴油机转速 n 等。实践证明，提高平均有效压力 Pe ，既能有效提高柴油机功率，还能改善柴油机的经济性。采用增压技术是提高柴油机功率最有效的方法。,第一节 柴油发电机组,1、分类 根据驱动增压器所用能量来源的不同，增压方法可分为 3 类： ( 1 )机械增压系统，适合在小功率柴油机上作扫气或低增压作用。 ( 2 )废气涡轮增压系统 ( 3 )复合式增压系统,第一节 柴油发电机组,2、柴油机增压后的性能优势 提高了柴油机的功率 提高了柴油机的机械效率 降低了燃油消耗率 降低了排气污染,第一节 柴油发电机组,3、油机增压后带来的问题也将带来一些问题，主要表现为： 柴油机增压后机械负荷增加 热负荷增加,第一节 柴油发电机组,1.7 发电机的基本组成和原理 柴油发电机组中发电机将旋转的机械能转换为电能。交流电机分为异步电机与同步电机，柴油发电机组中的发电机大多采用无刷交流同步发电机。图1.16所示为无刷交流发电机的结构，主要由定子、交流励磁机、转子、旋转整流器、电压调节器等组成。,图1.16 无刷交流发电机结构,第一节 柴油发电机组,1.8 自动化柴油发电机组 1.8.1柴油发电机组的自动控制系统 柴油发电机组的自动控制系统如图1-17 所示，由发电机控制屏、ATS 转换屏和自动控制屏组成。 图1.17柴油发电机组的自动控制系统图,第一节 柴油发电机组,1.8.2微机控制自动化柴油发电机组简介 （一）自动化柴油发电机组系统的组成 1、机组的特点 2、系统的组成 （1）总体结构 （2）柴油发动机 （3）发电机,第一节 柴油发电机组,（4 ）其它辅助装置 机组为了达到自动运行，还应装设一系列辅助装置，以检测控制，执行各系统的自动运行机组的辅助装置有： a.燃油自动补给系统。 b.机油自动补给系统。 c.冷却水的补给系统。 d.冷却水自动保温加热系统。 e.导风管风门的开、闭控制系统。 f.控制柜。,第一节 柴油发电机组,(二)柴油发电机组自动化控制柜 1、自动化控制柜的原理 自动化柴油发电机组是由自动化控制柜控制一台（或二台）柴油发电机组及其附件、燃油、机油补给箱等组成。它具有将市电和油机发电自动转换功能，达到供电不间断或具备按人为定时供电或遥控自动供电的目的。,第一节 柴油发电机组,(1)交流主回路 自动化机组控制柜的交流主回路框图，如图1.18所示。 图1.18交流主回路框图,第一节 柴油发电机组,（2）直流控制回路 自动化控制柜整个系统的核心是“可编程序控制器PLC”，通常采用历史悠久、质量可靠的日本OMRON的PLC 和进口元器件，使整体控制柜的质量可靠性提高、其功能齐全、结构简单、线路明了、故障率低。PLC 控制系统见控制回路框图1.19。,第一节 柴油发电机组,2、自动化控制柜的功能 (1)市电转换 (2)发电转换 (3)故障转换,图1-20故障停机框图,第一节 柴油发电机组,3、自动控制柜的主要元件 （1）可编程序控制器PLC 应用特点 控制柜核心是PLC ，以C28P ( C28H )为例，各输入输出功能如图1-21所示。（PLC 输入输出各点的功能图中标志出具体各点功能比较直观）。 图1.21输入输出功能图,第一节 柴油发电机组,（2）其它主要元件 a.电压测量板。 b.执行板。 c.稳压板。 d.接线座。 e.充电机。,第一节 柴油发电机组,4、自动化控制柜面板操作 (1)自动 (2)手动 (3)停机 (4)主用选择 (5)复位按钮 (6)指令时间,第一节 柴油发电机组,1.9 备用发电机组的参考配置 （1）发电机组的容量配置 （2）发电机组的台数配置 （3）移动电站的台数配置 （4）对机组的并车性能要求 （5）对机组的自动化性能要求 a）一级自动化机组的性能要求 b）二级自动化机组 c）三级自动化机组,第一节 柴油发电机组,1.10柴油发电机组的运行方案 目前通信电源采用的柴油发电机组均是低压机组。柴油发电机组作为备用电源只在市电停电时供给保证负荷用电。柴油发电机组与保证负荷组成的供电系统有三种方案： (l)单台柴油发电机组保证全局（站）的保证负荷。 (2)配置两台柴油发电机机组时，采用主备方式，互为备用。 (3)两台柴油发电机组并联运行，保证全局（站）的保证负荷。,第一节 柴油发电机组,两台柴油发电机组并联运行的条件是：电压相等、频率相等和相位相同。实现两台柴油发电机组并联运行有四种并机方案： (l)两台机组通过各自的控制屏接到同一母线，该母线向多台配电屏供电时，对于次要负荷加失压脱扣器。当市电停电时，次要负荷脱离该母线，以保证第一台柴油发电机组起动并投入供电时不会造成过载。第二台柴油发电机组起动，待与第一台同步时并机（投向该母线），然后将次要负荷逐一合闸。 (2)两台机组通过各自的控制屏接到同一母线，该母线向多台配电屏供电时，多台配电屏间设有带有失压脱扣器的母线联络开关。合闸的母线联络开关保证第一台柴油发电机组起动并投入供电时不会造成过载。第二台柴油发电机组起动，待与第一台同步时并机（投向该母线）。,第一节 柴油发电机组,(3)两台机组通过各自的控制屏接到各自母线，两母线间设带有失压脱扣器的母线联络开关。当市电停电时，次要负荷脱离该母线，以保证第一台柴油发电机组起动并投入供电时不会造成过载。第二台柴油发电机组起动并带动失压脱扣的母线供电，待与第一台同步时母线联络开关合闸并机。 (4)两台机组同时起动，并机成功后，通过各自的控制屏接到同一母线，该母线向多台配电屏供电，当负荷低于单台机组的80（可调）时，一台机组自动卸载延时停机；当负荷高于单台机组的85（可调）时，自动起动另一台机组，并机成功后合闸投载。,第四章 发电机组,空调操作,第二节 汽油发电机组,第四节 风力发电机组,第三节 燃气轮机发电机组,第一节 柴油发电机组,第二节 汽油发电机组,第二节 汽油发电机组 2.1概述 汽油发电机组是以汽油为燃料的发电设备。以电压分，汽油发电机组可分成交流和直流两类。交流汽油发电机组又分为单相和三相两种。以冲程数分，汽油发电机组又分为二冲程和四冲程两种，小容量的汽油发电机多为二冲程，大容量的汽油发电机为四冲程。 通信常用交流汽油发电机组额定容量在10KW 及以下的，多为电压为220V 的单相发电机组；8KW 及以上的为三相发电机组。汽油发电机组体积小、重量轻，做成移动式机组搬运方便，故适用于模块局、接入网及小型无人值守局站。,第二节 汽油发电机组,2.2四冲程汽油机的工作原理 四冲程汽油机的工作过程如图2.1 所示。 图2.1 四冲程汽油机的工作过程,第二节 汽油发电机组,二冲程汽油发电机的工作原理与四冲程汽油机的主要区别：二冲程汽油发电机没有单独的配气机构，而是在气缸壁上从低到高开了三个高度不同的孔：进气孔、排气孔和换气孔。进气孔将化油器与曲轴箱沟通，是新鲜混合气进入气缸的通道；排气孔将气缸与消声器沟通，是废气排出的通道；换气孔将气缸与曲轴箱沟通，曲轴箱内的混合气由此孔进入气缸。二冲程汽油机工作时，曲轴旋转360°，就完成一个工作循环。,第二节 汽油发电机组,2.3汽油发电机组的选用 油机发电机的容量应满足负荷供电的需要。选择汽油发电机还是柴油发电机， 首先,由负荷大小决定，负荷小于10kW 时，宜选用汽油发电机； 其次,是当地燃料供应哪种方便，优先选用哪种； 第三，由于两种机组采用燃料不同，选用汽油发电机时尤其考虑安全问题。,第四章 发电机组,空调操作,第二节 汽油发电机组,第四节 风力发电机组,第三节 燃气轮机发电机组,第一节 柴油发电机组,第三节 燃气轮机发电机组,第三节 燃气轮机发电机组 3.1燃气轮机发电机组的种类和应用 燃气轮机发电机组是继柴油发电机组后研制开发的发电设备，它采用燃气轮机作原动机带动交流发电机工作。在通信局（站）中，和柴油发电机组一样，一般都作为备用电源使用。燃气轮机发电机组补充了柴油发电机组性能和品种的不足。 燃气轮机发电机组是燃烧柴油的内燃机设备。和往复式内燃机的气缸工作不同，起动时起动电动机使压气机转动，把空气吸到压气机的外壳内，然后由涡轮机提供旋转动力，压缩空气经过扩压进入燃烧室，并把燃料喷射到压缩空气中，经点火器点火，使之燃烧，一旦燃烧成功，点火器停止点火，以后只要将空气和燃料不断地输入，则燃烧将不断继续下去。在燃烧室中燃烧使气体体积大大膨胀，气流速度大大提高，吹向涡轮叶片，带动主轴转动发电，同时带动压气机转动，膨胀做功后的气体经过排气扩散器排出到大气中。,第三节 燃气轮机发电机组,燃气轮机可根据燃烧方式、工作物质的使用方法、结构及用途等多种因素来分类。燃气轮机燃料燃烧方式一般采用等压燃烧方式，即空气的流入和燃烧气的流出是连续进行的，从而使燃烧室中的燃料燃烧是在一定的压力下进行的。工作物质（燃烧气）的使用方法一般采用开放循环式，即吸入空气并喷入燃料，燃料燃烧产生的燃烧气推动涡轮机旋转发电，最后，直接将燃烧气全部排放到大气中。根据结构不同，燃气轮机可分为一（单）轴式和二（分）轴式两类，即压缩机、涡轮机和负载用同一根轴串联在一起的，或者压缩机和负载分装在并联的两根轴上的形式；根据用途不同，燃气轮机可分为航空用（轻型燃气轮机）和工业用两种。 燃气轮机发电机组按安装形式可分为固定式和移动式两类。移动式机组又分拖动式和车载式两种。通信局（站）一般采用固定式等压燃烧方式的燃气轮机发电机组。,第三节 燃气轮机发电机组,3.2燃气轮机的工作原理 燃气轮机采用电动机起动，起动时使压气机转动，吸取一定量的空气并将其压缩，供向燃烧室与机匣之间的环形通道。流向燃烧室的那一部分空气是供给燃烧室作油气混合并燃烧用的，而流向环形通道的那一部分空气是用做冷却燃烧室和掺混高温燃气的。压缩空气经过扩压进入燃烧室，并把柴油喷射到压缩空气中。在起动循环过程中，燃烧室内的点火器点火，使空气和燃料的混合体燃烧，燃烧后所产生的炽热气体（温度高达1000-2000），燃烧室内温度迅速上升，使燃烧气体的体积膨胀，气流的速度迅速提高，使热气体吹向涡轮叶片，带动发电机发电。基本工作原理是由压缩、燃烧、膨胀、排气四个行程组成。,第三节 燃气轮机发电机组,3.3燃气轮机的结构 燃气轮机通常由压气机、燃烧室、涡轮机等部分组成。以一轴式燃气轮机（图3.1）为例介绍其结构。,第三节 燃气轮机发电机组,图3.1 一轴式燃气轮机构造图,第三节 燃气轮机发电机组,3.4燃气轮机发电机组的组成和特点 燃气轮机发电机组由燃气轮机、减速箱、发电机、消噪声箱体、电气系统和消防系统等构成。机组工作系统分为电动或人工起动系统、燃油供油系统、润滑油供油系统、通风排气系统和控制信号系统等。机组可分为固定式和移动式两种。固定式QDA20 型燃气轮机发电机组示意图如图3.2所示。,第三节 燃气轮机发电机组,图3.2 QDA20 型燃气轮机发电机组示意图,第三节 燃气轮机发电机组,燃气轮发电机组具有输出功率范围广（小到几十千瓦，大到几万千瓦），起动和运行可靠性高、发电质量好、重量轻、体积小、维护简单、低频噪声小等优点，不少通信局站采用燃气轮机发电机组作为交流备用电源。与柴油发电机组相比，燃气轮发电机组具有如下优、缺点： 3.4.1燃气轮机发电机组的优点 1发电的品质好。 2起动和运行可靠性高。 3体积小、重量轻。 4 .工作时不需要冷却水 5维修成本低、操作简单方便。 6有利于环境保护。 7噪声低、振动小。,第三节 燃气轮机发电机组,3.4.2燃气轮机发电机组的缺点 1 燃气轮机的燃油（柴油）的消耗量大 2 由于燃气轮机采用耐高温高压不锈钢特种材料制成，机器成本高，机组价格贵。 3 燃气轮机需要空气量较大，因而必须认真考虑进、排气的措施。 4 大气温度的变化对燃气轮机输出功率的影响较大，低温时燃气轮机输出功率增大，当进气温度高时则输出功率要降低。,第四章 发电机组,空调操作,第二节 汽油发电机组,第四节 风力发电机组,第三节 燃气轮机发电机组,第一节 柴油发电机组,第四节 风力发电机组,第四节 风力发电机组 4.1风力发电机原理、性能和构成 (1)风力发电机原理 风力发电机主要由风能收集装置、传动机构和发电机组成。按照发电容量不同，一般分为大型、中型、小型和微型四种。风能收集装置及传动机构也因发电容量不同而各不相同。我国电信用风力发电机容量为小型机（容量为百瓦级、千瓦级），多用常规的桨叶式风轮作为风能收集装置，并将发电机固定在同一转轴上，从而简化传动机构。,第四节 风力发电机组,桨叶式风轮的旋转，也有阻力型、升力型和阻力升力结合型三种。将一块薄板放置在气流中，且和气流方向成一角度（即冲 角） ，则沿气流方向将产生一正面阻力X 和一垂直于气流方向的升力Y ，其值分别由下式确定： 式中：Cx由实验得出的随冲角而变化的正面阻力系数； Cf由实验得出的随冲角而变化的正面升力系数； A 薄板面积； P 空气质量密度； V 气流速度。,第四节 风力发电机组,通过实验发现，当冲角一定时，Y值的大小主要取决于薄板的断面形状、表面光洁度和其在气流中的位置。图4.1所示冲角相同的三种不同断面形状薄板上产生的升力、阻力的情况。,图4.1不同断面形状薄板的升力、阻力,第四节 风力发电机组,风力发电机发电受气候条件的影响，只有风力大于风力机起动风速时才能转动发电。为了充分利用风力，当风向改变时，风轮也要随之调向对风。小型或微型风力机可以采用尾翼调向；中型和大型风力机多采用辅助风轮调向。近年来出现一种风轮位于塔架下风向，由于风首先通过塔架，产生“塔影效应”，对风轮有一定的影响，借此风轮调向对风。 风力发电机在大于起动风速的情况下运行时，在一定的风速范围内，风速越大，发电就越多。为了使风轮在风速变化时转速不出现大的波动，为了使大风时不致超速造成损坏，风轮一般都有调速装置。从原理上讲，调速系统有两种类型：一种是叶片桨距固定，当风速增加时，通过辅助侧翼或倾斜铰接的尾翼以及其他气动机构，使风轮绕垂直轴回转，偏离风向，减少迎风面，达到调速的目的；另一种是叶片桨距可以变化，当风速变化时，利用气动压力或风轮旋转引起的离心力改变桨距，实现调速。当风速超过极限值时，风力机可以实现“折尾”保护，使风轮平面与风向平行，停止发电。,第四节 风力发电机组,通信局（站）用风力发电机的发电机，通常采用无刷的三相永磁交流发电机，线圈固定在非铁磁合成材料制成的独立定子上。由于没有铁心，永久磁铁不会锁住运转的风力涡轮，因而消除了铁损，且能使风力发电机在常见的低风速情况下以最高的效率工作。风力发电机的发电机也有采用永磁式直流发电机的。,第四节 风力发电机组,（2）风力发电机的性能 风力发电机在风力小于风力机起动风速时不能转动；在起动风速时开始转动发电；在大于起动风速的情况下运行时，在一定的风速范围内，发电量与风速按一定曲线规律（近似成正比）变化；在风速超过极限值时，风力机停止转动，不再发电。在发电风速范围内，风轮功率的一般表达式为： 式中：Cp 风轮的功率系数（风能利用系数），其理想值约等于 0.593，现代风力机的Cp值可达0.4； 空气质量密度； A 风轮工作面积（叶片扫掠面积）； V 气流速度。,第四节 风力发电机组,水平轴风力发电机通常采用高转速升力型风轮。若以尖速比（叶尖速度与风速的比值，也称高速性能系数）衡量风轮的高速性，其值在5-15范围内，而阻力型风轮，尖速比最大不超过1。尖速比决定叶片数量，尖速比高，叶片数量就少。高速风轮通常为双叶片或三叶片，单片或四叶片以上的极少。风轮直径决定风力机的输出功率。一台2kW的风力发电机，风轮直径4m左右。,第四节 风力发电机组,（3）风力发电机的构成 风力发电机的室外部分一般由塔架（含基础及拉线等）、风轮、变速器、发电机和尾翼构成。风力发电机的室内部分尚有风机控制器和假负载等。其中发电机为交流时风机控制器尚包括整流器。通信局（站）用小型水平轴风力发电机如图4.2所示。,第四节 风力发电机组,图4.2 小型水平轴风力发电机,第四节 风力发电机组,4.2风力发电机供电系统 (1)风力发电机供电系统组成 电信用风力发电机供电系统，一般由风力发电机、风机控制器、风力发电机假负载、储能装置、配电装置组成，个别的还有电压变换装置。其中，储能装置一般为阀控密封式铅酸蓄电池。风力发电机假负载、配电装置和风机控制器，用来控制风力发电机对通信设备的供电和对蓄电池的充电。电压变换装置只在同时供给不同电压的电信设备时才使用。例如，同时供给-48V和-24V电信设备用电的风能发电供电系统，要有直流直流变换器。这种供电系统经常用在有人的局（站）内。个别的也在供电要求不高的无人值守条件下的站上使用。通信局（站）用单纯的风能发电供电系统方框图如图4.3所示。,第四节 风力发电机组,图4.3单纯的风能发电供电系统方框图,第四节 风力发电机组,（2）风能发电供电系统的运行 风能发电供电系统的主要能源设备是风力发电机，它由风机和发电机及支撑杆（塔架）组成，根据风车原理，风推动风机旋转，带动发电机发电。三相交流风力发电机发的电是低压三相交流，只能供给照明等交流用电设备使用。若要给直流通信设备供电，还必须配备换流设备（整流器）。有风时风力发电机通过整流器与蓄电池并联对电信设备浮充供电，如蓄电池已被充满，风机控制器会使多余的能量流向风力发电机假负载消耗掉，借以保持给电信设备的电压平稳。蓄电池储备的电能供风力发电机不发电时放电给电信设备使用。正常情况下，蓄电池放电损失的电能，在下次有风时可得到补足。如此循环往复，使风能得以充分利用。如遇连续无风天，蓄电池放电不能及时得到补足，当蓄电池组电压低到最低值时，风机控制器会断开蓄电池，使电信设备停止工作，直到有风时再行投入运行。在风力不大时，蓄电池能放出部分电能予以补足。 当风力发电机运行时，不允许空载使用。在检修或断开负载时，风力发电机必须带假负载运行，否则，易于损坏发电机。,谢谢！,