燃機(jī)發(fā)電機(jī)組帶非阻性負(fù)載能力的數(shù)字試驗(yàn)研究

周濤 吳文峰

【摘要】本文著重講述非線性負(fù)載及對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)發(fā)電機(jī)組的影響，通過數(shù)字技術(shù)的理論研究和試驗(yàn)的手段對(duì)非阻性負(fù)載特性開展相應(yīng)試驗(yàn)工作，尋求應(yīng)對(duì)的技術(shù)措施。首先介紹了非線性負(fù)載的概念，隨后分析了非線性負(fù)載對(duì)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的影響，探討了一些綜合治理的方法。

【關(guān)鍵詞】燃機(jī)發(fā)電機(jī)組帶 非線性負(fù)載

1引言

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的負(fù)載在廠內(nèi)實(shí)驗(yàn)時(shí)主要是電阻箱，為線性負(fù)載，而在廠外時(shí)，用戶的負(fù)載中白熾燈、電阻爐屬于線性阻性負(fù)載，電機(jī)、空調(diào)屬于線性感性負(fù)載，計(jì)算機(jī)、微波爐、UPS、各種交直流變流裝置（整流器、逆變器、斬波器、變頻器）以及雙向晶閘管可控開關(guān)設(shè)備等為非線性負(fù)載。由于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組用戶的特殊性，機(jī)組的負(fù)載多為計(jì)算機(jī)、UPS、空調(diào)和電容等非線性負(fù)載。

非線性負(fù)載的顯著特點(diǎn)是它們從發(fā)電機(jī)組取用非正弦電流。即使發(fā)電機(jī)組給這些負(fù)載供給的是正弦波形的電壓，但由于它們只有其電流不隨著電壓同步變化的非線性的電壓-電流特性，使得流過發(fā)電機(jī)組的電流是非正弦波形的，這種電流波形是由基波和與基波頻率成整數(shù)倍的諧波組成，即產(chǎn)生了諧波，使發(fā)電機(jī)組電壓嚴(yán)重失真。

非線性負(fù)載對(duì)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組影響巨大。我們對(duì)某型號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，加非線性負(fù)載時(shí)，通過示波器觀察電壓波形發(fā)現(xiàn)有許多諧波的存在，使電壓波形發(fā)生了明顯畸變。而加上線性負(fù)載時(shí)則沒有這種情況。從試驗(yàn)情況看，是非線性負(fù)載產(chǎn)生了諧波，導(dǎo)致了發(fā)電機(jī)電壓波形畸變。

諧波對(duì)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的危害。對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組來說，諧波的危害主要有以下幾個(gè)方面：（1）使發(fā)電機(jī)組中的電氣元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，降低了發(fā)電機(jī)組發(fā)電和輸出設(shè)備的效率。（2）影響各種電氣元件的正常工作，降低使用壽命以及損壞。（3）使發(fā)電機(jī)組輸出電壓產(chǎn)生振蕩。（4）在非線性負(fù)載穩(wěn)定情況下，電流產(chǎn)生振蕩，且無法調(diào)整。（5）頻率振蕩導(dǎo)致轉(zhuǎn)速發(fā)生振蕩。（6）影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的工作和可靠性。諧波對(duì)電動(dòng)機(jī)的危害主要是產(chǎn)生附加損耗和轉(zhuǎn)矩。

2發(fā)電機(jī)組帶非線性負(fù)載分析

我們將柴油發(fā)電機(jī)組與燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了加載對(duì)比試驗(yàn)。

2.1柴油機(jī)組加載試驗(yàn)情況

給柴油發(fā)電機(jī)組加載非線性負(fù)載時(shí)，當(dāng)非線性負(fù)載超過發(fā)電機(jī)組容量的30%以上時(shí)，機(jī)組便會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)、電壓波動(dòng)大、噪音增大；超過50%以上時(shí)機(jī)組不能正常工作，轉(zhuǎn)速、電壓嚴(yán)重不穩(wěn)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速忽高忽低（俗稱大喘氣）、冒黑煙，聲音極不正常，嚴(yán)重時(shí)造成發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)熄火。且此時(shí)的非線性負(fù)載為穩(wěn)定的。

2.2燃機(jī)發(fā)電機(jī)組加載情況

主要對(duì)QD15A和QD30C型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了加載試驗(yàn)。

2.2.1QD15A型燃機(jī)發(fā)電機(jī)組帶載情況

對(duì)QD15A型燃機(jī)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行加載試驗(yàn)的負(fù)載是容性負(fù)載，為不穩(wěn)定的非線性負(fù)載。對(duì)電容充電時(shí)，電壓、轉(zhuǎn)速和功率因數(shù)產(chǎn)生了波動(dòng)，具體如下圖所示：通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以看到，當(dāng)機(jī)組的負(fù)載為隨時(shí)變化的非線性負(fù)載，最大負(fù)載接近發(fā)電機(jī)組容量的65%，而且負(fù)載時(shí)刻處在突加、突減的狀態(tài)，產(chǎn)生了諧波，諧波對(duì)發(fā)電機(jī)組的電壓、轉(zhuǎn)速和功率因數(shù)產(chǎn)生了很大的影響。當(dāng)負(fù)載處于波動(dòng)時(shí)，功率因數(shù)在-0.2～1之間波動(dòng)，轉(zhuǎn)速突變?yōu)?0.392%在大約18秒后逐漸穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速。在負(fù)載逐漸增加過程中，功率因數(shù)由0.4增大至0.9左右，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速。當(dāng)負(fù)載減為0后，功率因數(shù)在0.95左右趨于穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速突變至102.3%后逐漸減小，在大約22秒左右穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速。在負(fù)載變化的全過程中，電壓在373V～418V之間波動(dòng)，在負(fù)載為零后穩(wěn)定在407V左右。用示波器觀察到的電壓波形如下圖所示：

我們可以看到，非線性負(fù)載，尤其是非線性負(fù)載波動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的諧波對(duì)電壓的影響遠(yuǎn)大于穩(wěn)定的負(fù)載和空載時(shí)的情況，波動(dòng)的非線性負(fù)載時(shí)電壓波形產(chǎn)生明顯畸變。

2.2.2QD30C型燃機(jī)發(fā)電機(jī)組帶載情況

對(duì)QD30C型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行加載試驗(yàn)的負(fù)載為穩(wěn)定的非線性負(fù)載。由于試驗(yàn)條件限制，只加了發(fā)電機(jī)組額定容量的30%的非線性負(fù)載，又逐步加上了機(jī)組額定容量的50%左右的線性負(fù)載，機(jī)組轉(zhuǎn)速開始波動(dòng)，但是波動(dòng)在允許范圍之內(nèi)。試驗(yàn)結(jié)果如圖5-7所示。

2.3帶載情況原理分析

通過上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以看出，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的帶非線性負(fù)載的能力要遠(yuǎn)大于柴油發(fā)電機(jī)組。柴油機(jī)的工作方式導(dǎo)致柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，加上柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速低，所以容易受到非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波的影響。而燃?xì)廨啓C(jī)的工作方式使燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)速比柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定得多，而且燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)大于柴油機(jī)，不易受到諧波的干擾。柴油發(fā)電機(jī)組和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制方式均為等轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。從以上分析得出結(jié)論，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性、抗干擾性都要好于柴油發(fā)電機(jī)組，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的帶載能力，尤其是帶非線性負(fù)載的能力要優(yōu)于柴油發(fā)電機(jī)組。

3結(jié)語(yǔ)

通過以上的理論研究和試驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以得出結(jié)論，非線性負(fù)載產(chǎn)生了諧波，諧波使發(fā)電機(jī)組的電壓產(chǎn)生失真，從而引起轉(zhuǎn)速的波動(dòng)。對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和柴油機(jī)組帶非線性負(fù)載的能力也進(jìn)行了一定的理論研究和試驗(yàn)對(duì)比研究。從燃?xì)廨啓C(jī)和柴油機(jī)的原理分析分析可以看出，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的帶非線性負(fù)載的能力要優(yōu)于柴油發(fā)電機(jī)組。但在具體試驗(yàn)中，由于條件所限，沒有試驗(yàn)出燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和柴油發(fā)電機(jī)組帶非線性負(fù)載的極限能力，不能完全說明燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組帶非線性負(fù)載的能力如何，具體仍待條件具備時(shí)進(jìn)一步試驗(yàn)。

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