3.4.2 柴油发电机组
1.柴油发电机组的结构
一般情况下，柴油发电机主要由柴油机、发电机、联轴器、底盘、控制屏、燃油箱、蓄电池以及备件工具箱等组成，如图3⁃6所示。
2.柴油发电机组的选择
（1）电源类型的选择
1）单相发电机组：单相发电机组适用于用电量较少，且集中在一处用电，又无需三相电源的场合。家用电器的电压通常为220V，故家用发电机组多选用单相电源。
2）三相发电机组：三相发电机组适用于用电量较大，且用电地点分布在相邻的几个地方（例如一个院内或是一幢楼房）及需要使用三相电源的场合。
图3⁃6 柴油发电机
（2）发电机组结构形式的选择
1）无刷与有刷发电机组。无刷与有刷是指发电机内部有无配备集电环和电刷。无刷发电机组适用于国防、邮电、通信、计算机等对防无线电干扰要求高的部门和场所；有刷发电机组适用于除上述部门之外的各行业。
2）低噪声组与一般型机组。低噪声机组适用于地处城镇及其他对环境噪声污染有较高要求的部门；通常型机组因结构简单、价格低廉，适用于对噪声污染无特殊要求的部门和场所。
3）罩式和开启式机组。罩式机组适用于室外及有沙尘、风雪的场所；开启式机组适用于室内及无污染的场所。
4）湿热型和普通型机组。湿热型机组适用于化工、轻工、医药、冶炼、海上作业等对防潮、防霉、防盐有要求的部门和场所；普通型机组适用于其他部门和场所。
（3）柴油发电机组单机功率的选择。选择柴油发电机组的单机功率时，应当考虑当地环境条件对柴油机功率的影响。
柴油机的功率标定：国家标准规定柴油机的标定功率，也就是柴油机铭牌上标注的功率，是指柴油机连续运行12h的最大功率。持续长期运行的功率是标定功率的90%；超过标定功率10%运行时，可以超载运行1h（包括在12h以内）。
为了有利于电站的维护、操作和管理，便于备件的互换，在机组选型时，同一电站内的机组型号、功率、规格应当尽量一致。
为了减小磨损，增加机组的使用寿命，常用电站的柴油发电机组宜选用额定转速不大于1000r/min的中、低速柴油机；备用电站可以选用中、高速机组。
3.柴油发电机组的安装
（1）发电机组的安装
1）主机的安装。柴油发电机组和柴油机是配套安装在钢制底座上的，这是由制造厂安装好的，既便于运输，又便于安装。
底座在基础上的安装是通过地脚螺栓固定的。先将机组吊放在基础上，同时应当将地脚螺栓置于基础上的地脚螺栓孔内并穿过底座的固定螺孔内，然后用水平仪基本将机组找平找正，再把机组轻轻吊起（通常不超过500mm），并用枕木先将机组支起垫好。这个过程必须保持地脚螺栓的垂直和无位移，有时则采用较长的螺栓。此时用混凝土浇筑地脚螺栓，通常应采用快干水泥。浇注好后应当进行养护，然后将机组吊起轻轻放在底座上。
地脚螺栓必须用设计规定的圆钢制作，底部加工成L形或是鱼尾形，螺纹应当由车床车制，双螺母固定。
养护好后即用水准仪精测，将机组找平、找正，并用双螺母将地脚螺栓与底座固定，在必要时第二个螺母应用紧锁母。
2）热风管路及冷却系统的安装。热风管路安装要求平直，偏差不大于1%；如需转弯，其弯曲半径要大且内部应当平滑；与散热器连接处，要采用软接头。一般出风口的面积为散热器面积的1.5倍，出风口尽量靠近且正对散热器。出风口和进风口要尽量相距较远一些。热风排出口经常有自然顶风时，应当设置挡风墙。机组整体安装示意如图3⁃7所示。
图3⁃7 机组的整体式安装示意图
当机房在地下室或被其他房间围住而无法设置排热风出口时，应当采用分体式散热机组，如图3⁃8所示。
图3⁃8 机组的分体式安装示意图
柴油机夹套的冷却水由水泵送到分体式水箱冷却，水箱高度不超过5m。由于机组所带水泵压力有限，当管道过长时，应当加大管径或增加辅助泵。系统中应有膨胀缸，其容量为系统容量的15%。为了保证室温及柴油机的燃料燃烧，应当设置通风机并保证足够的通风口。如冷却水箱因环境限制要安装在较高的位置时，可以采用热交换式冷却系统（图3⁃9）或带冷却塔的封闭式循环系统。
图3⁃9 热交换器冷却方式示意图
国产低速柴油机组，常采用将柴油机内夹套中的冷却水用泵直接打到冷却塔进行冷却的方式，如图3⁃10所示。
图3⁃10 冷却塔冷却方式示意图
3）排烟管的安装排烟管安装时应当加装消声器，消声器一般用法兰盘连接，要加垫密封，将螺栓拧紧，如图3⁃11所示。
（2）发电机供电系统的接线。发电机组作为备用电源，只有在公用电源停电的情况下，为不能停电的特殊设备供电，其系统图如图3⁃12所示。从图3⁃12中可以看出，KM1和KM2是两台电气和机械都互锁的交流接触器，有时为了工作可靠则采用由单独直流电源供电的直流接触器或由不间断电源设备（UPS）供电的交流接触器。KM1和KM2的切换有自动切换，也有手动切换的。有些功率小的发电机组则采用跟头闸作为手动切换装置。在接线时必须使发电机输出电压的相序与市电的相序一致。
图3⁃11 消声器安装示意图
1）手动切换电路的接线
①双投刀开关切换，其接线如图3⁃13所示。将公用电源停电后，供电母线段接在双投刀开关的中间四个接线柱上，其中一个是中性线（零线）接线柱。然后将公用电源停电后，非供电母线段与机组出线（发电机输出电压线，经控制柜内总开关）分别接在双投刀开关的上下闸口上。为了供电的可靠性，中性线也接入切换，但不加熔断器。这样，就可在公用电源停电时，将双投刀开关扳向下闸口Q2端，公用电源供电时扳向上闸口Q1端。
图3⁃12 备用电源供电系统图
图3⁃13 双投刀开关切换接线
还应当注意的是，公共电源和备用电源的相序应一致。在接线前，应当将相序找对；否则，电动机就会反转。
②接触器切换，其接线如图3⁃14所示。如果公共电源停电后，非供电母线段接在KM1的上闸口，将发电机电压输出线接在KM2的上闸口，然后将KM1、KM2的下闸口同相连接后，再接至公共电源。停电后在供电母线段上，操作回路的电源应当取自各自的接触器上闸口。当公共电源停电后KM1自动掉闸，机组发电正常后可操作SB2合闸。当公共电源恢复供电后，可操作SB1使KM2掉闸，并使KM1合闸，然后再将机组关掉。
2）自动切换电路的接线。主接线基本与手动接触器的接线相同，但操作回路的接线却大不相同。
①自动切换电源的控制回路，如图3⁃15所示。
图3⁃14 接触器切换接线
图3⁃15 自动切换电源的控制回路
②单独电源供电的控制回路，如图3⁃16所示。这个电路应当在公用电源停电后，非供电母线段接上电压检测装置，作为自动切换的信号，如电铃或是指示灯。
如果不使用不间断电源设备（UPS），也可以使用蓄电池组，蓄电池组应当定时充电。
4.柴油发电机组的使用及保养
（1）使用前的准备工作
1）柴油、机油及冷却水的选用
①柴油的选用。柴油机使用的燃油分轻柴油及重柴油两类。轻柴油适用于高速柴油机；重柴油适用于中、低速柴油机。与柴油发电机组配套的柴油机转速较高，一般采用轻柴油。
图3⁃16 单独电源供电的自动切换电路
柴油的黏度随温度下降而增大，有的高分子碳氢化合物便产生结晶，称之为凝固点。
当下降到某一温度时，柴油失去流动性，此时的温度称为凝固点温度。轻柴油按照其凝固点温度的不同，可以分为10号、0号、-10号、-20号、-35号五种牌号。牌号的数字表示其凝固点的温度数值，例如-10号轻柴油的凝固点为-10℃。凝固点较高的柴油在温度较低的环境下工作时，很容易引起油路和滤清器阻塞，导致供油不足，甚至中断供油。所以，必须根据环境气温条件，选用适当牌号的柴油。例如，一般情况下，冬季气温在-15℃以上，很少降到-20℃的地区，可选用-20号轻柴油。
重柴油按照其凝固点温度的不同，分为10号、20号、30号三种牌号。10号重柴油适用于500～1000r/min的高速柴油机；20号重柴油适用于300～700r/min的中速柴油机；30号重柴油适用于300r/min以下的低速柴油机。
②机油的选用。柴油机机油（润滑油）有8号、11号、14号三种牌号。机油的号数越大，油越黏稠。通常在夏季可以用14号柴油机机油，在冬季可以用11号或8号柴油机机油，在选用时亦应根据当地气温来决定，选用的原则是气温高选用高牌号机油，气温低选用低牌号机油。
③冷却水的选用。柴油机冷却系统中所用的冷却水并不是随意取用的。自然界的水中往往含有各种矿物质且混有许多杂质，这些矿物质和杂质将影响柴油机冷却系统的正常工作。
柴油机所用的冷却水必须符合下列要求：
a.冷却水必须清洁。水中的杂质会引起冷却系统堵塞及系统中零件的严重磨损，如水泵叶轮的磨损。
b.冷却水必须采用软水。硬水中含有大量矿物质，在高温作用下，容易产生水垢，附着于零件表面使冷却水通路堵塞，并且水垢的传热性极差，直接影响柴油机的冷却效果，使柴油机受热不均，气缸壁温升过高以致破裂。
柴油机冷却系统中应当采用软水，如自然界中的雨水和雪水等，但应当注意这些水中不同程度地混有各种杂质，在使用时应当进行过滤。
所谓硬水是指含有较多矿物质的水，如江水、河水、湖水、井水、泉水、海水等。这种水不能直接用作冷却水，必须经过软化处理才可以使用，其方法有以下几种：
a.将硬水除去杂草、泥沙等脏物，在干净无油的水桶中加热煮沸，待沉淀后取其上部清洁的水使用。
b.在1kg水中溶化40g氢氧化钠（即烧碱），然后加到60kg的硬水当中，搅拌并过滤后使用。
c.在装硬水的桶内放入一定数量的磷酸三钠（见表3⁃2），仔细搅拌，直到完全溶解为止。待澄清二三小时后再灌入柴油机水箱。
表3⁃2 软化硬水时所需的磷酸三钠数量
2）机组起动前的准备工作。柴油机在静止状态下，不能自行开始运转，必须借助外力矩创造一定条件才能够开始工作。根据柴油机起动所使用的能量来源不同，有四种起动方式：人力起动（又称之为手摇起动）、电动机起动（又称之为电起动）、压缩空气起动、辅助发动机起动（又称之为小汽油机起动）。
其中，以电动机起动方式较为普遍。柴油发电机组起动前通常应当做以下准备工作：
①检查发电机绕组冷态绝缘电阻。用500V绝缘电阻表在常温下测量，发电机绕组对机壳之间的绝缘电阻应当不低于2mΩ。对采用由电子元器件构成自动电压调节器的发电机，在测量绝缘电阻之前，应当将电压调节器和整流器等与发电机绕组间的电气连接点断开，以免电子元器件损坏。
②检查柴油机、发电机、控制屏以及各附件的固定和连接是否牢靠，尤其应当注意各电气接头、油管接头、水管接头、地脚螺栓、接地装置等的连接是否牢靠，电刷与集电环（或是换向器）的接触是否良好，电刷在刷握中的活动是否正常。
③检查控制屏上的仪表和开关是否完好；发电机的总开关和分路开关均应当断开，将手动/自动转换开关置于手动位置；将励磁电压调节手柄转到起动位置。
④检查传动装置各运动部件的转动是否灵活，联轴器的连接是否正常，传送带松紧程度是否适当（用手在传送带中部推进时，以传送带被压下10～15mm为适宜）。
⑤检查机油油位是否在规定范围，并按照日常保养要求向各人工加油点加注润滑油。
⑥按照规定加足经过沉淀过滤的柴油，并检查燃油箱上部的通气孔，使其通畅。
⑦加足冷却水。
⑧对于在冬季气温较低环境下工作的机组，还应当采取防冻及预热措施：根据机组使用的环境温度换用适当牌号的柴油和机油；检查、调整和安装好预热装置；冷却系统应当灌注热水或防冻液。
（2）机组的起动、运行和停机
1）机组的起动。电起动是最为常用的起动方式，其起动方法如下：
①打开燃油箱的供油阀门。
②扳动输油泵上的手泵数次，以排除燃油系统内的空气，同时将调速器的油量控制手柄置于起动的位置上。
③用钥匙接通起动电路，按下起动按钮，使柴油机起动。待柴油机着火后随即松开按钮。如果按钮已按下10s柴油机仍不能着火运转，则应当立即松开按钮，在柴油机曲轴还没有完全停止转动时绝不能再按起动按钮，否则会打坏起动机上的齿轮。如果连续四次起动失败，应当查明原因，待故障排除后再起动。
④柴油机起动后，检查油压表、充电电流表的指示是否正常；监听机组运转声音是否正常；检查冷却水泵的工作是否正常。特别应当注意的是，如果起动1min后，油压表仍无油压指示，应当立即停机并查明原因。
⑤先在低速下运转3～5min暖机，在冬季暖机时间还应稍长一些。当柴油机运转正常，水温和机油温度上升之后，逐渐增加转速至额定转速，再空载运行几分钟。
⑥当柴油机的水温在50℃以上，机油温度在45℃以上，机油压力为0.15～0.3MPa，并且机组各部分工作情况均为正常后，才允许接通主开关，逐渐地增加负载。与此同时，应当调节发电机的电压，即转动励磁电压调节手柄，使电压表读数逐渐升高到额定电压。然后将手动/自动转换开关扳到自动位置。对于有励磁开关的励磁系统，应当先接通励磁开关后调节发电机的电压。
手摇起动的方法如下：
①先打开减压机构，将供油量放在中速位置。
②然后由一人控制减压和油量，另一人摇车，将摇手柄套在曲轴前端的起动爪上，由慢至快转动曲轴。
③待转到最大速度时，立即关上减压机构，机组即可起动。
④柴油机起动后，转速就加快，此时摇手柄会自动脱开，所以摇车者应继续握紧手柄，不能松手，以免手柄甩出打伤人。
压缩空气起动和辅助发动机起动的方式应用较少，其起动方法见机组使用说明书。
2）机组运行中的监视
①注意观察机油压力、机油温度、冷却水温度、充电电流等仪表指示是否正常，其值应当在规定的范围内（各种发电机组不完全一样），一般取：机油压力为0.15～0.4MPa；机油温度为75～90℃；出水温度为75～85℃。
②观察排气颜色是否正常。正常情况下的排气颜色为无色或是淡灰色，工作不正常时排气颜色变成深灰色，超负载时排气呈现黑色。
③观察集电环、换向器有无不正常的火花。
④观察机组各部位的固定和连接情况，注意有无松动或是剧烈振动现象。
⑤检查机组有无漏油、漏水、漏风、漏气、漏电现象。注意燃油、机油、冷却水的消耗情况，不足时应当及时按照规定的牌号添加。各人工加油点应当按规定时间加油。
⑥观察发电机及励磁装置、电气线路接头等处的工作情况。
⑦观察机组的保护装置和信号装置是否正常。
⑧监听机组运转声音是否正常，如发现不正常的敲击声，应当查明原因。
⑨注意机组各处有无异常气味，尤其是电气装置有无烧焦气味。
⑩用手触摸电机外壳和轴承盖，检查其温度是否过高。
（11）严格防止机组在低温低速、高温超转速或长期超负载情况下运行。柴油机长期连续运行时，应当以90%额定功率为宜。柴油机以额定功率运行时，连续运行时间不许超过12h。
（12）注意观察发电机的电压、电流及频率的指示值。在负载正常时，发电机电压应当为额定值，频率为50Hz，三相电流不平衡量应不超过允许值。
（13）不能让水、油或金属碎屑进入发电机或控制屏内部。
（14）使用过程中应当有记录，记载有关数据以及停机时间、原因、故障的检查及修理结果等。
3）机组的正常停机
①在机组停机前应当做一次全面的检查，了解有无不正常现象或故障，以便停机后进行修理。
②停机前，应当将蓄电池充足电（采用压缩空气起动应将贮气瓶内充足压缩空气），供下次起动时用。
③逐渐地卸去负荷，减小柴油机油门，使转速降低，然后将调速器上的油量控制手柄推到停机位置，关闭油门，使柴油机停止运转。
④用钥匙断开电起动系统。
⑤柴油机停转之后，将控制屏上的所有开关和手柄恢复到起动前的准备位置。
⑥如果停机时间较长，或是在冬季工作环境温度为0℃以下时，停机后必须将冷却系统中所有冷却水放出，如采用防冻剂可以不放水。
⑦清扫现场，擦拭机组各部位，做好下次开机的准备。
4）机组的紧急停机。当发生紧急事故时，例如机组飞车、机油压力突然下降或消失、运动部件突然失灵或损坏、柴油机出现不正常声音、柴油机管路断裂、发电机内部冒烟时，应当采取紧急停机措施。此时，应当将油量控制手柄迅速推到停机位置，关闭油门，强迫柴油机停机。
5.柴油发电机组的常见故障及其排除方法
（1）柴油机的常见故障及排除方法见表3⁃3。
表3⁃3 柴油机常见故障及其排除方法
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（2）发电机的常见故障及排除见表3⁃4。
表3⁃4 发电机的常见故障及排除
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