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摘要：柴油发电机组作为一种机动灵活、高效经济的发电设备，广泛用于工业生产、重要建筑和设施的应急电源或备用电源，在一些特殊场所也可能作为正常电源使用。如何根据用电负荷的特性经济合理地选择柴油发电机组的功率，关系到机组能否满足使用需求，甚至影响机组的使用寿命。但是，国内外不同厂商和用户对于柴油发电机组功率的标定和认识千差万别，给工程设计中柴油发电机组功率的选择带来极大的困扰。本文通过分析国内外权威标准中的相关定义结合国内外工程设计中的惯用术语，厘清概念并结合实际使用条件分析柴油发电机组功率的选择方法。
关键词：柴油发电机组；功率；定额；选择
引言
随着社会的发展，科技的进步，我国电网规模及可靠性持续提升，大规模采用柴油发电机组作为主要电源的情况已经十分罕见。但是，由于工业生产以及大型民用建筑中的消防应急要求不断提高，医疗、通信、互联网、金融等对供电可靠性要求较高的行业快速发展，柴油发电机组做应急电源或备用电源的首选设备仍然发挥着不可替代的作用。在一些偏远地区和国家，柴油发电机组也经常会用于局部地区的正常电源。在工程建设中，经济合理地选择柴油发电机组的标称功率是确保柴油发电机组经济、稳定、有效运行的关键。
柴油发电机组由柴油发动机、发电机（电球）及配套控制系统组成，其中柴油发动机作为原动机，通过柴油发动机将柴油燃烧所产生的热能转化为动能，再通过发电机（电球）将动能转化为电能。发电机组的功率是指发电机端子处为用户负载输出的功率，此功率不包括基本独立辅助设备所吸收的电功率。柴油发动机、发电机、柴油发电机组的功率在相应规范和标准中有各自独立的功率标称种类。在柴油发电机设备不断发展成熟的过程中，不同专业背景的设备厂商和用户对于机组标称功率的认识莫衷一是，如文献[1]中就曾对这个问题提出过疑惑。常用功率、主用功率、备用功率、持续功率、基本功率、限时运行功率和应急备用功率等概念让人眼花缭乱，甚至有些厂商还会提到1h功率和12h功率的概念。对于标称功率的众多说法和标定给工程设计中正确认识和选择发电机组的标称功率造成了极大的困扰。本文经过大量的调研研究，详细介绍了柴油发电机组相关的功率概念，并给出了功率定额的选择方法，为工程设计中柴油发电机组功率选择提供参考。
1、柴油发电机组功率的标称
经过大量调研与分析，人们对柴油发电机标称功率定义产生疑惑的原因在于柴油发动机标称功率执行的国标GB/T 6072.1-2008与柴油发电机组标称功率执行的国标GB/T 2820.1-2009中对于标称功率的定义不同。柴油发电机组厂商在进行产品宣传时常常将柴油发动机的概念沿用到柴油发电机组上，而对于普通用户很难真正了解二者的区别和联系，甚至造成错误的认识。下面详细说明国标中对于柴油发动机和柴油发电机组功率的不同标称。
1.1 国标中相关功率的标称
柴油发动机作为内燃机的一种类型，应符合GB/T 6072.1-2008《往复式内燃机 性能 第1部分：功率、燃料消耗和机油消耗的标定及试验方法 通用发动机的附加要求》的要求，此标准等同采用ISO 3046-1:2002. GB/T 6072.1-2008针对内燃机的功率标称提出了持续功率（continuous power），超负荷功率（overload power）的概念。
持续功率（continuous power）即在规定转速和环境状况下，按照制造厂规定进行维护保养，发动机能够持续发出的功率。
超负荷功率（overload power）即在制造厂规定的环境状况下，在按持续功率运行后，立即根据使用情况，以一定的使用持续时间和使用频次，按照每12h运行1h的运行条件，可以允许发动机发出的功率。
除非另有说明，在相应的发动机使用转速，110%持续功率的超负荷功率，允许在12h运行期内间断或不间断地运行1h。
国内内燃机行业中，对于内燃机功率通常会有15min功率、1h功率、12h功率和持续功率等标称方法，在内燃机的功率铭牌中通常会标明上述1种或2种功率。GB/T 6072.1-2008特别强调，对于发电用发动机功率标称，应按照GB/T 2820.1-2009中的规定。故将本节中提到的针对内燃机的功率概念简单套用到柴油发电机组是违反规范要求的。
柴油发电机组作为往复式内燃机驱动的交流发电组的常见类型，应执行GB/T 2820.1-2009《往复式内燃机驱动的交流发电机组 第1部分：用途、定额和性能》。该标准等同采用ISO 8528-1：2005。GB/T 2820.1-2009规定发电机组的功率是发电机组端子处为用户负载输出的功率，并提出柴油发电机组的功率标称应执行持续功率（COP）、基本功率（PRP）、限时运行功率（LTP）和应急备用功率（ESP）等四种功率定额。
持续功率（COP）为在商定的运行条件下，按照制造商规定维修保养，发电机组每年持续不限时地为恒定负载持续供电的最大功率，如图1所示。
需要特别注意的是当确定实际平均输出功率（Ppa）时，小于30%基本功率的功率按30%考虑，停机时间不计入24h周期内。实际平均输出功率不能大于定于基本功率的允许平均输出功率。
限时运行功率（LTP）为在商定的运行条件下，按照制造商规定维修保养，发电机组每年供电达500h的最大功率。按100%的限时运行功率（LTP）每年运行不超过500h，如图3所示。
需要特别注意的是当确定实际平均输出功率（Ppa）时，小于30%应急备用功率的功率按30%考虑，停机时间不计入24h周期内。实际平均输出功率不能大于定义应急备用功率的允许平均输出功率。
持续功率一般适用于作为自备电站或与市电并网使用等负载变化极小的连续运行工况。其余的功率都是通过限制使用时间、平均输出功率等条件，标定的柴油发电机组能够在某种特定用途下能够可靠运行的强化功率[2]。针对同一发电机组以上标定大小顺序通常是持续功率（COP）<基本功率（PRP）<限时运行功率（LTP）<应急备用功率（ESP）。但是由于不同厂家柴油机制造工艺及机组配置的特性不同，以上不同运行工况下的标定也可能会相同。由上可知，柴油发动机和柴油发电机组虽然在实体设备上有诸多联系，但是对于功率的标称完全不同且各成体系。实际使用中要注意区分概念，避免混用。
1.2 柴油发电机组铭牌和产品手册中标称功率
针对柴油发电机组标称容量，国外厂商或引进国外机型的国内厂商通常在铭牌上标注持续功率（continuous power）/备用功率（standby power），也有部分厂商标注主用功率（prime power）/备用功率（standby power）。其持续功率（continuous power）和主用功率（prime power）等同于GB/T 2820.1-2009（ISO 8528-1：2005）13.3.1和13.3.2节中规定的功率定额，其中主用功率与标准定额的基本功率说法不一致，主要是英文翻译差异造成的。有的产品铭牌或产品手册中直接标注了1h功率，虽然有经验的工程师会直观的把1h功率对应成备用功率但是这种标定方法是不严谨的，很容易给用户造成混淆。
持续功率以及基本功率这两种标称功率是有据可查并能够被认可的，已经在第1.1节中做了详细解释，此处不再赘述，在实际使用中可根据机组输出功率的相关说明或铭牌标识对号入座。需要特别提出的是，在厂商的产品手册中规定备用功率与GB/T 2820.1-2009 13.3节规定的限时运行功率（LTP）和应急备用功率（ESP）并无直接关系，备用功率通常指柴油发电机组可以短时超负荷运行的功率，且超负荷运行的时间通常规定为在12h的运行周期内不超过1h。
多数国内厂商通常在铭牌和手册中通常只标注额定功率，但是对于额定功率是GB/T 2820.1-2009对应的定额中的哪一种并未明确。多数厂商为了突出自家产品功率输出能力，所标称的额定功率是不具备过负荷能力的，相当于国外厂商标定的备用功率或过载功率。
1.3 柴油发电机组功率标称对比分析
通过对比GB/T 6072.1-2008和GB/T 2820.1-2009的相关内容以及机组铭牌和产品手册中的功率标称，不难发现，针对柴油发电机组的相关定额中并没有常用功率、备用功率，1h功率和12h功率这些说法，对于1h功率和12h功率只在往复式内燃机的标准中找到了相关描述。且经过调研发现，内燃机行业经常用1h功率和12h功率标定内燃机的输出功率。
很明显柴油发电机组作为以柴油机驱动的发电设备，其发展与成熟晚于内燃机，很难摆脱内燃机的相关概念对人们对其认知的影响。笔者认为柴油发电机组的备用功率来源于其所配置的柴油机110%超负荷运行能力，而备用功率的概念则源于GB/T 6072.1-2008中规定的内燃机的超负荷功率。在工程技术人员和用户实际工作中选择柴油发电机组时，应严格区分备用功率与应急备用功率的区别，在一些涉外项目同时要严格区分standby power与emergency standby power，不能混为一谈。因为前者与后者并不等同，前者标称的是以主用功率或持续功率为基础的过载能力，而后者标称的是在规定条件下机组的实际运行能力。对于常用功率的概念在各标准规范中很难找到，我们只能通过字面意思理解为，在用户正常使用条件下柴油发电机组的输出功率，但对于是何种“正常使用条件”，我们并不能确定。
华柴道依茨机柴油发电机组产品手册中的针对某型号机组的功率标称较为直观的体现了机组铭牌功率与GB/T 2820.1-2009中功率定额的对应关系。
表1中华柴道依茨柴油发电机组的标称功率分为常用功率和过载功率，其不同的功率定值对应BF6M1015C柴油机的不同调校状态的输出功率。显然，通常所说的常用功率并不是与连续功率（COP）或基本功率(PRP)完全对应的,而是不同厂商会根据柴油机调校情况，结合发电机及辅助设施的配置情况，按照GB/T 2820.1-2009规定的工况及测定方法，标定的机组输出功率。常用功率可以是COP、PRP、LTP也可以是ESP，且并不一定具备110%的过载能力。笔者认为华柴道依茨柴油发电机组产品手册中对于机组功率的标注是较为严谨的做法，其对照使用行业习惯名称与标准功率定额对自身产品输出功率进行说明，让用户一目了然。用户可以很容易的根据不同功率定额对照该定额在GB/T 2820.1-2009的定义以及自身需求，经济合理选择机组型号。希望其他厂商能够推广这种做法，使用规范语言，严谨诚实地宣传、设计和标称产品。工程技术人员和用户在选择机组功率时也要引起注意，根据使用条件选择适当功率定额的机组。
2、不同使用条件下机组定额的选择
2.1 常用柴油发电机组的定额选择
常用发电机组一般设在远离电力网(或称市电)的地区或工矿企业附近，以满足这些地方的施工、生产和生活用电。常用发电机组，常年运行，持续工作时间长，负荷曲线变化较大，应按机组长期持续运行输出功率能满足机组全生命周期内可能出现的最大计算负荷（负荷计算中确定的尖峰负荷）选择。此时机组的输出功率可以按照基本功率(PRP)确定。同时还要按照24h周期内实际平均输出功率Ppa（负荷计算中确定的运行负荷）不大于基本功率（PRP）的70%或不大于持续功率（COP）。当有短时过负荷需求时还应考虑机组的过载能力，机组过载能力可以按照限时运行功率（LTP）或应急备用功率（ESP）选定，也可以根据实际过负荷的运行情况约定其它非标定额。由于柴油机的最佳经济运行状态是在标定功率的70~90%，此时燃油消耗率较低，设备运行可靠稳定，故在实际选择常用机组时还要考虑使实际运行负荷能够使柴油机处在其最佳运行状态。过高或过低的负荷率将不利于机组长期稳定经济运行。常用机组多台配置时应尽量选择型号、规格和特性相同的机组和配套设备，并根据机组的维护保养周期考虑备用机组。
2.2 备用柴油发电机组的定额选择
备用发电机组一般用于市电限电拉闸或其他原因中断供电时，为保证用户的基本生产、生活和数据安全而设置的发电机组。这类发电机组常设在医院、通信、互联网、金融、机场和电视台等重要用电单位。这类机组随时保持备用状态，能对非恒定负载提供连续的电力供应。在供电可靠性较高的地区或已经按照二级及以上负荷供电的场所，其备用机组的容量可按照限时运行功率（LTP）确定。我国大部分地区供电系统均较稳定，发生长时间大面积停电的可能性很小，采用限时运行功率（LTP）选择机组容量是可以满足使用要求的，且无须考虑机组的过载能力。但是，如果在电网容量小，结构不稳定，限电拉闸或故障断电发生较频繁的地区，有必要按照本文2.1节的方法确定柴油发电机组的功率。
2.3 应急柴油发电机组的定额选择
应急发电机组一般用于中断供电会造成人员伤亡和重大经济损失的场所。主要用于保障停电或事故状态下人员的安全疏散和工业生产的有序停车。应急机组正常情况下一直处于待机状态，连续运行的时间不长，一般不超过2h，机组输出功率应满足应急状态所必需的全部用电设备的总容量，机组容量可按照应急备用功率（ESP）确定。当由于工业生产流程需求和事故处置较复杂而需要应急柴油发电机组运行时间较长时，也可以按照限时运行功率（LTP）确定机组容量。采用应急备用功率（ESP）标定的机组一般没有过负荷能力。
3、柴油发电机组额定功率修正
柴油发电机组根据某种定额标称的额定功率，是在GB/T 2820.1-2009中规定的运行条件下确定的。当现场的运行条件不同于标准给定基准条件时，应对发电机组的功率进行必要的修正。各品牌柴油发电机组的输出功率受环境影响的功率修正由于设计不同，修正参数不一致。同一品牌，不同型号的机组修正参数也有区别。大多数品牌的机组在海拔0~1000米和温度0~40℃时没有功率折损，不需要修正。对于高海拔环境，通常可以按照海拔高度超过1000m时，每升高500米输出功率下降4~5%来进行功率修正。对于高温环境，通常可以按照环境温度超过40℃时，每升高5℃输出功率下降3~4%来进行功率修正。较为准确的修正方法是，根据厂商给出功率修正曲线对机组功率进行修改，但通常在机组订货以前厂商是无法给出机组的功率修正曲线的。
结论
柴油发电机组作为备用电源和应急电源的首选设备，以及正常电源的有效补充手段，与国民经济的生产、生活密不可分。随着柴油发电机组技术的不断成熟和进步，相关标准规范的持续更新。柴油发电机组的相关设备制造、产品成套、工程设计等方面的从业者应不断丰富相关专业知识，仔细研究相关标准规定，摒弃过时概念。在机组输出功率的确定中，注意对定额种类的区别，根据实际运行条件，经济合理确定机组功率。
参考文献
[1]高健，艾兴华，康彩云，等.柴油发电机组铭牌功率问题研究[J].通信电源技术，2012，29:7-10.
[2]工业与民用配电设计手册-上册（第4版）[M]..北京：中国电力出版社，2016.
作者简介
信大庆，1984，性别：男，民族：汉，籍贯：北京，学历：本科，工程师。
论文作者:信大庆
论文发表刊物:《电力设备》2017年第7期
论文发表时间:2017/6/28
标签：功率论文; 机组论文; 柴油发电机组论文; 定额论文; 输出功率论文; 内燃机论文; 负荷论文; 《电力设备》2017年第7期论文;