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永磁同步风力发电机的原理和前景
我国风能资源非常丰富,可开发的风能潜力巨大。根据相关资料显示,我国陆地风能资源可开发量大约有23.8亿千瓦,海上风能资源可开发量约2亿千瓦。我国风能资源比较集中,“三北”地区(华北、东北和西北)以及东南沿海地区、沿海岛屿潜在风能资源开发量约占全国的80%.风能资源与煤炭资源的地理分布具有较高的重合度,与电力负荷则呈逆向分布。
“十三五”时期,我国风力发电机装机容量占发电机总容量比例将进一步加大,出于电网考虑,风力发电机组必须在“低电压穿越”保障下“御风而行”。根据 发改委能源研究所有关人士透露,2020年陆地风电的成本将与煤电持平,之后风电将逐步脱离 补贴,“降低成本”也成为风电行业未来发展面临的新的“瓶颈”。扬州市引江发电设备有限公司成功推出2.5MW高速永磁同步风力发电机,实现了发电机低成本制造,使机组极易实现低电压穿越,在国内处于技术领先水平。
永磁同步风力发电机由于机械损耗小、运行效率高、维护成本低等优点成为继双馈感应风电机组之后的又一重要风力发电机型受到社会广泛关注,并逐渐开始投入使用。永磁同步风力发电机主要由风力机、永磁同步发动机、变频器和变压器组成。
(1)基本原理
永磁同步风力发电的基本原理,就是利用风力带动风力机叶片旋转,拖动永磁同步发电机的转子旋转,实现发电。永磁同步风力发电系统和笼型变速恒频风力发电系统类似,只是所采用的发电机为永磁式发电机,转子为永磁式结构,不需外部提供励磁电源,提高了效率。它的变频恒速控制是在定子回路中实现的,把永磁同步发电机的变频的交流电通过变频器转变为电网同频的交流电,实现风力发电的并网,因此变频器的容量与系统的额定容量相同。
(2)技术特点
随着科学技术的发展和更新,由于永磁材料性能和电力电子装置的改善,永磁同步发电机已变得越来越具吸引力了。
采用永磁同步发电机的风力发电系统具有以下特点:1)永磁同步发电机系统不需要励磁装置,具有重量轻、效率高、功率因数高、可靠性好等优点;2)变速运行范围宽,即可超同步运行也可以亚同步运行;3)转子无励磁绕组,磁极结构简单、变频器容量小,可以做成多极电机;4)同步转速降低,使风轮机和永磁发电机可直接耦合,省去了风力发电系统中的齿轮增速箱,减小了发电机的维护工作并降低噪声,使直驱永磁风力发电机系统。
(3)适用场合
1)在电力供应匮乏、交通不便、燃料短缺,但是风力资源丰富的地区,可以解决部分用电问题,如为高速公路照明设备提供电源等;2)在单机容量比较小的风场,永磁同步发电系统能够并网发电;3)为农村、牧区、边防哨所、气象台站等偏远、负载较轻的用户,提供电力。
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全新发电机组或设备大修后使用中的几点错误做法
柴油发电机组在使用过程中发动机的故障较多。 为此, 笔者走访和调查了一些柴油发电机组修理厂和一些拥有大量柴油发电机组的施工单位。根据调查结果发现,在使用中发动机产生的故障主要是由于发动机的使用维护不当所造成的。 由于一些机手技术素质不高或思想不够重视,在使用柴油发电机组时,不能严格执行有关规定和操作规程, 甚至还采用一些错误的做法进行操作和维护,造成了发动机磨损加剧,功率下降油耗上升,从而导致发动机过早产生故障。现将调查结果及个人的一些建议归纳总结如下。
1 新发动机或大修后的发动机不进行磨合
新设备或发动机大修后,更换了气缸套、活塞、活塞环和轴瓦等零件,而没有经过充分的磨合,立即进行重负荷作业,会造成零件的早期磨损,有的还会出现拉缸、烧瓦现象。 例如有一台TY220推土机上装用的是NT855柴油机,大修后没有按要求进行磨合就直接重负荷作业,结果工作不到20 h就出现了烧瓦现象。
2 发动机冷启动后就立即高速运转
发动机冷启动后,由于发动机处于冷态,机油粘度高,油道阻力也大,机油泵的转速较低,供油量较小,使得机油进入摩擦副的时间滞后,发动机的各部分还没有得到充分润滑, 会造成发动机的齿轮及轴承由于润滑不良而损坏, 同时也加剧了气缸及轴瓦的磨损。
特别是带有涡轮增压器的发动机会造成涡轮增压器的转轴烧蚀。由于增压器转轴的转速较高,因此滚动轴承无法适应,只能采用浮动轴承结构,即转轴在轴套内高速旋转的同时, 轴套还可在压气壳与涡轮壳内低速旋转。 这样,轴套内、外圆必须具备完整的油膜,才能确保增压器的正常工作。 为此,柴油机启动后应空转一会,机油温度上升,流动性好转,增压器得到充分润滑后方可提高转速,投入作业,这一点在寒冷的冬季更为重要。 例如有一台从俄罗斯进口的T-330推土机,发动机为B-400柴油机(V形8 缸带两个增压器,功率为300kW)。这台推土机从运载设备上卸下时正是寒冬季节(气温比较低),卸下后,机手立即启动发动机,随后高速开回工地,次日发现可以空转,但一加载就走不动了。原来是增压器因润滑不良而烧蚀转轴,缸内进气量随之减少,机设备功率就大幅度下降。
3 柴油机突然熄火
当装有增压器的柴油机在高速运转时突然熄火,机油泵立即停止转动,增压器内的机油也停止流动,如果此时排气歧管的温度很高,其热量会被吸收到增压器壳体上,将停留在那里的机油熬成积碳。当这种积碳越积越多时就会阻塞进油口, 导致轴套缺油,加速转轴与轴套之间的磨损,甚至产生“咬死”的严重后果。 因此,柴油机停转前一定要先卸荷,使其空转,待发动机温度下降后再熄火。
4 使用劣质柴油
使用不合格的柴油。 由于劣质柴油的十六烷值不符合标准,造成发动机燃烧状况不良,积碳多,发动机活塞环烧结引起拉缸。 同时劣质的柴油也加速了喷油泵柱塞、出油阀及喷油器的磨损。
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影响柴油发电机燃油消耗率的5点因素与对应措施
柴油发电机以其热效率高、结构紧凑、机动性强、运行维护简便等优点成为了重要的动力机械。这一热能机械,既使节约百分之一的燃料也会带来巨大的经济效益。因此,降低柴油发电机的燃油消耗一直是企业追求的目标。本公司根据这一问题重点分析了影响柴油发电机燃油消耗率的原因,提出了降低燃油消耗率的措施。
影响柴油发电机燃油消耗率的因素与措施:
1.柴油发电机运行组织是否合理对柴油发电机的燃油消耗有很大影响,运行组织不合理能造成柴油发电机周转率低,有火停留时间长,燃油的无功消耗占总清耗量的比重大,显然不合理的柴油发电机运用方式是燃油无功消耗的根源。措施:完善运行方式合理调配和使用柴油发电机减少待发时间和单机走行时间提高柴油发电机利用率减少无功消耗。
2.值机人员操纵水平不但是柴油发电机正点运行的有力保证,同时对柴油发电机的功率发挥燃油消耗的经济性有较大影响。不同的操纵方法将导致不同的燃油消耗,熟悉线路纵断面、准确掌握柴油发电机运行速度及区间运行时分、操纵平稳、制动时机恰当的值机人员的操纵,燃油消耗就少,反之燃油消耗就会增加单耗上升。
3.燃油供应系统中,喷油泵及喷油器的质量直接决定柴油发电机燃烧状态。喷油泵流量不符合规定喷油器提前度偏大或偏小化不良是造成燃烧不良的主要原因。喷油泵压力不够,喷油器检修不好或检修不及时会造成柴油雾化不良,燃烧不干凈,将产生大量的燃油滴漏浪费。这些滴漏的燃油不但造成浪费,而且还会在柴油发电机燃烧部位产生大虽的积碳,影响柴油发电机和增压器工作的效率,进一步降低了柴油发电机的输出功率增加了燃油的消耗。可见对喷油器检修的及时性对节约燃油有重要的意义。措施:(1)提高备品检修质量,完善检修工艺,按范围对喷油泵、喷油器定期互换,上试验台检测、及时发现状态不良的喷油泵、喷油器及时检修。(2)对喷油器针阀偶件、弹簧、支座板等卖行寿命管理(3)尽可能使用长效喷油器
4.增压器、中冷器、空气弗列加滤清器工作状态不良、均会造成柴油发电机的工作质量下降。增压空气的压力、温度与进气量直接影响燃油在气缸里能否有效、充分地燃烧。空气弗列加滤清器堵塞、中冷器冷却效率过低、增压器空气压力不足都会减少进入气缸的空气量,造成燃烧不充分而使油的消耗增大。措施:(1)对增压器的真空度进行检测,检测不良时及时拆下检修或者更换。(2)定期清洗空气弗列加滤清器根据状态及时更挨弗列加滤清器,确保进气的通与足量(3)适时检测中冷器的进气压力、温度、出口压力、中冷水温等指标、对中冷器的性能进行评定,发现不良及时更换。
5.功率调整:柴油发电机功率受诸多因素影响。如果柴油发电机主发电机外特性调整点偏离曲线过多,柴油发电机功率就不能正常发挥。当电功率高于柴油发电机功率时,柴油发电机就会出现压转速的现象。此时燃烧条件就会恶化,燃油燃烧就会不充分产生浪费。措施:定期上水阻进行功率调整,保证柴油发电机良好的牵引特性。
通过以上分析,我们发现影响柴油发电机燃油消耗的因素主要有柴油发电机运行编排的因素,柴油发电机自身质量状态完好情况的因素,操纵方面的因素,燃油品质以及线路质量方面的因素,通过以上的原因分析与对策研究。综合来看,只要采取的对策适当,那么降低柴油发电机燃油消耗并维持在较低水平是没有任何问题的。