户外高原用柴油发电机的影响及应对步骤

摘要：在高原环境下，对柴油发电机组影响较大的要素是低压和低温，特别是大气压力下降，对柴油发电机的危害较大。柴油发电机组柴油发动机功率无劲，柴油、机油的油耗增加，热负载上升，对发电机组功率及主要电气数据危害较大。另外，高原环境的高紫外线强度、空气干燥高风尘要素也对柴发机组正常作业有一定的危害。

      在我国目前较高的高海拔地区非青藏高原莫属，青藏高原海拔在4000m以上，自然要素极为严酷。随着国家对西部地区的开发，青藏高原的开发也在加载进行。因为青藏高原人迹稀少，地域辽阔，市电不能覆盖全部地区，因此内燃发电装置在青藏高原的应用日益广泛，但是传统的内燃发电设备无法满足高原地区的使用要求柴油发电机组型号及参数。

      按GB/T 19607-2004《特殊环境要素防护类型及代号》规定，高原防护规格按海拔划分，分别用以下代号表示：

      不同海拔环境要素，按GB/T 14597-2010《发电机技术电工产品不一样海拔的天气环境因素》的规定，高原环境因素参数见表1。

      注：为便于比较，将标准大气条件参数（0～100mm）列入表中。在较低空气温度、较大日温差、较大风速、10min降水量等几项中，可取所列数值之一。

      随着海拔的升高，大气压下降，其减轻状况比较见表2。

      由表2可知随海拔的升高，大气压力下降明显，基础上在0～4000m范围内每上升1000m，大气压力下降10％左右。

      随着海拔的升高，太阳辐射强度逐步提高，其提升情况见表3。

      由表5可知，海拔超过1000m后，太阳辐射强度平均每升高1000m提高6％。

      年平均绝对湿度从0海拔的11g/m3到5000m时的1.7g/m3，下降速率明显，这意味着随海拔的升高，空气越来越干燥。

      从表3中可知，海拔在1000m以上，每上升1000m空气的较发热度和平均温度均下降5℃。

      一般平原地区日温差为10～15℃，高原地区日温差可达25～30℃。

      柴油发电机电站主要由柴油发电机、发电机、配电系统和机械构成件等构成，对移动发电机方舱还有行走机构等，高原环境对这些装置都有一定的危害。

      高原的环境优势，特别是大气压力下降，对柴油发电机的危害较大。随海拔的升高，大气压力下降，空气密度下降，空气中含氧量降低，造成燃油燃烧不充分，爆发压力下降，驱动动力下降。

      通常自然吸气式柴油发电机随海拔的升高，输出功率的下降转速较快，与标准工况相比，平均海拔每升高100m，输出功率不足约1％左右。

      增压型柴油发电机，一般在海拔1000m以下容量可不作修正，康明斯柴油发电机在1525m以下输出容量可不作修正。在环境温度不变情况下，康明斯柴油发电机规定海拔高于1525m时，每升高300m，功率下调4％：道依茨柴油发电机，如BF913系列，海拔1000m以上，每升高1000m，功率约下降7.5％。

      在高海拔的极寒地区，柴油发电机一般启动极为困难，除了温度极低外，空气的密度低康明斯柴油发电机组，柴油发电机点火非常困难，海拔越高，起动越困难，特别是增压型柴油发电机，在起动瞬态，增压器使得启动更为困难。同时，高海拔、低气压、低温导致柴油发电机油泵的泵油能力下降，吸入柴油发电机的柴油压力下降，柴油的黏度增加等，所有这些方面都将导致柴油发电机的起动更加困难。

      一般状况下，柴油发电机按标准大气状态整定供油量。柴油发电机在运转时，供油量是随负载变化自动调整供油量。在高原状态下，同样的负载变化，由于供氧量不足造成速度下降的幅度要比平原地区大，因此同样一个负载变化率，高原地区的供油量要比平原地区大，就造成燃油消耗率增加。过多的燃油和较少的氧气，必然造成燃烧不完全，排放性能变差，排放温度升高，整机热效率下降。

      高原环境对发电机的影响具体表现在温升上。一般状况下，海拔在1000m以上时，每升高100m，较高环境温度将下降0.5℃。同时，由于海拔升高、空气密度减轻，散热效果变差，造成发电机的温升升高。一般规定海拔每升高100m，温升将升高0.5℃。这样允许温升限值可不作修正，输出容量也不需修正。但对于某些用户规定高海拔地区较高环境温度为40℃或不按上述规定减轻使用的环境温度，这样发电机输出容量就应该修正。

      高原环境对发电机技术电工产品的综合危害详细表现在如下几个方面：

      一般开关电器的灭弧是利用空气为灭弧介质，如接触器、断路器等。因为海拔升高空气密度减小，造成灭弧时间增长，触头易被烧损，使开关通断能力下降，使用年限缩短。

      海拔升高，环境温度低，可部分或全部补偿因海拔升高致使的产品温升增加值，详细补偿数值要看产品的组成特征而定。

      海拔升高，空气密度减轻，介质绝缘强度降低，绝缘外表面及空气隙之间击穿电位减轻。通常状况下，海拔每升高100m空气绝缘强度下降1％，在产品电气间隙和绝缘距离不变的要素下，产品的额定绝缘电压、介电强度、较大额定电压或较高操作电压均要减轻。

      高海拔的太阳辐射强度大，海拔在1000m以下的辐射强度为1000W/㎡，而在5000m是1250W/㎡，后者是前者的1.25倍。同时还造成产品温升增加，加载产品的热老化。

      紫外线辐射随海拔升高上升幅度更快，海拔3000m时是平原地区的2倍，其加载有机绝缘材料的老化转速，空气易于电离而致使绝缘强度减少，使产品寿命减小，且使产品涂层劣化，表面易粉化、脱落。

      高原地区湿度低，空气较干燥，干燥空气有利于发生静电电荷，静电电荷增加对电子设备影响较大。

      柴油发电机要采用恢复性增压技术，这一技术的要点实际上是让增压器的额定作业点按高原环境整定，使柴油发电机在海拔升高的同时，让增压器增加载度，提升供气量，但又不能使增压器频率失灵造成事故，从而改善柴油发电机在高原地区的运转工况，使高原地区运转时燃油消耗率上升率，功率下降率，排烟温度升高状况均较普通增压柴油发电机有较大程度的改进。

      尽可能改进中冷器的冷却效果，使进气通过增压器功用，进气压力提高造成温度升高的程度得到改良，从而在相同的压力情况下，提高了进气的空气密度，从而改良油机的运行工况。

      因为大气压力减少，这样会使水冷机构散热器的压力盖的开启压力相应减轻，从而危害水冷装置正常工作，提高压力盖的开启压力，使之弥补，由于海拔升高引起的大气压力减少，使水冷装置开启压力与平原相当。

      尽可能减轻防冻液的温度，减少缸体、缸盖温度，从而达到减小进气温度的目的，使空气密度提升，增加进气的供氧量，改良运行工况。

      柴油发电机增压时供气量将增加，尤其针对高原沙尘大的优点，要求空滤器应尽可能具有效率高、阻力小、流量大、寿命长、体积小、毛重轻、成本低和易维护等特点。可选加一级空滤器，或用沙漠型空滤器，要保证柴油发电机正常运行，空滤器维护间隔时间为50～100h。

      可以采用机油加热、缸套水加热、进气加热等辅助低温预加热系统使柴油发电机更容易起动。同时，使用与环境温度相适应的低温柴油、水箱宝、低温润滑油和有充足电力的低温电瓶。一般低温柴油、低温润滑油、冷却水的标号至少要比环境温度低5℃以上。这一套综合举措将更好处理柴油发电机低温发动困难的问题。

      发电机的购买主要考虑容量修正。对在高原环境要素下环境温度仍以40℃要求的产品则一般应按海拔1000m以上。每升高100m允许动力不足1％来计算。

      海拔升高，低压电器较大工作电压会随之减小。一般讲，低压电器的电气间隙和漏电距离的击穿强度随海拔增高而降低，其递减率通常为每100m下降0.5％～1％，较大值不超过1％。对此，可以考虑按提高工作电压等级的程序来选购低压电器，如额定电压400V的机构，在4000m使用时，应选型低压电器的作业电压值为

      即选购额定操作环境在1000m及以下的作业电压（额定作业电压）大于520V的低压电器即可。

      低压电器在高原地区，由于散热困难，工作因素差，会造成温升增加，大多情形下，温升的增加会因为海拔升高环境温度下降得到补偿，但有些产品因为补偿不足，而造成允许工作温度偏高，这种状况下，一般可按每超过1℃功率下降1％予以修正。特别在高海拔地区环境温度为40℃要求作业的产品，一定要修正功率，按海拔1000m以上，每升100m允许操作功率下降1％计算来选购合适的产品。

      主要通过抗静电规划来改良静电的危害，操作抗静电材料，或采用屏蔽，改善屏蔽层接地的效果。

      在电气间隙不变情形下，其耐压水平随海拔高度每升100m，降低1％，因此通常可以按海拔每升高100m，电气间隙和爬电距离增大1％来修正。按GB／T20626.1-2006《特殊环境要素 高原发电机技术电工电子产品通用技术指标》供应的修正系数见表4。

      通常以考核内绝缘品质为主的例行试验，按有关产品标准的规定，试验电压取海拔1000m或2000m时产品的耐压值，不作修正。一般情形下产品的操作海拔与试验海拔不一致时应按GB/T 20626-2006《特殊环境因素高原发电机技术电工电子产品通用技术参数》提供的修正系数修正，见表5。

（4）导线、电缆、塑料、橡胶件制品；详细要选用与环境温度相适应的产品，保证低温下不开裂、脆化等，如QxRF电力电缆、QxRFP控制电缆康明斯发电机厂家电话、FvN聚乙烯尼龙护套线）仪表要选购c组，即适应低温组别的仪表。

（1） 柴油发电机组所用发电机选定风冷步骤，风冷程序发电机具有暖机快，起动性能好，只需5～6min就可达到作业温度，可快速进入带负载工作状态，同时因为风冷发电机需要的空气量比水冷发电机约少1/3，具有因而进排风开口小容易实现封闭等优势。

（3）有些地区较低温度可到-40℃，箱内需要加热和保温，采用两层铝板焊接中心填充100mm厚保温材料，整体用螺栓固定在经特殊设计的柴油发电机组安装的底架上。铝质外壳和共用底架手段大幅减小了总毛重，箱体门框所用密封条耐低温，密封可靠。底架四角按标准集装箱尺寸焊接集装箱角件，位置尺寸严格按GB/T 1413-2008《集装箱类别、尺寸和额定质量》规定尺寸，满足雪地车及内陆考察专用雪橇需要的集装箱式运输程序的尺寸要求。为避免起吊时钢丝绳挤压铝质保温壳体，底架四角增设起吊立柱，并在立柱上安装脚踏以方便人员穿持吊绳为增强强度在立柱顶部设有矩形框架连接，该框架尺寸超出铝质保温壳体，可以在雪橇车雪地翻覆时框架触地受力预防铝质保温壳体挤压损坏。装配底架上空间填充保温材料（聚氨酯板）并上下面铺设承重强度足够的薄钢板，保证人员可进入内部作业。以上途径大幅度减轻了装备总重量，同时满足标准集装箱车载运输程序和直升机空中吊运方法。

（4）油箱隔间采用防火隔墙隔开；并在隔墙上预先铺设进、回油油管沟和进、出线镀锌管。油箱间采用波纹管合理布置内部走线。油箱间墙壁开设透气窗。油箱间油箱漏油盘侧墙壁上装配二氧化碳灭火器。

（5）发电机组作业间内部设置有燃油加热器加热保温。发电机组工作间门后固定放置二氧化碳灭火器。根据发电机组毛重合理装配集装箱底部槽钢，并保证发电机组地脚螺栓孔下方有横梁加强，发电机组固定螺母焊接于横梁下方。发电机组作业间走线采用走线槽、波纹套管等合理布线，并将交、直流走线分开，信号线和电源线分开。发电机组工作间总体隔热保温。根据空间位置设置有合理尺寸的工具间。

（6）箱体外部的两侧开有检修门、观察窗和通风口。所有门框四边加固，防止门框变形。门锁构成合理、强度高、不易损坏、开关方便。密封条密封可靠（防风雪和隔音），耐低温。箱体每扇门后安装风钩，门打开后可挂于其上固定，避免因风误关夹伤工作人员。设有修理门，门上安装密封条，保证密封以使检修门关上时能完全防风雪，维修门打开角度为180°。

（7）设有观察门以便发电机组作业时能随时观察到发电机组的控制仪表，通晓发电机组内部运转情况；观察门上设有双层中空钢化玻璃观察窗，观察窗对应于发电机组监控系统。观察门旁设置有急停开关。箱体两侧合理位置设置进排风口开口。保温材料采用聚氨酯板，厚度为100mm，钢材选取高耐寒构造钢Q345GNHL，铝材选购6063，可满足极地因素对保温、对材料低温环境的强度、焊接性能等的要求。

（8）为了提升发电机组可靠性及减轻维护作业量，设置有燃油过滤机构，发电机组配套了保证燃油清的油水分离器，可以减小发电机组在工作时燃油油管堵塞的几率。装配机油滤清器，保证润滑油路燃油质量。设置温度低于-40℃到-5℃的起动辅助装备，配备自动控温装置的燃油加热器可对箱体内部整体预热。

（9）排烟系统为防止风雪从排气口进入及逆风影响，排气口采用水平短管中部贯穿焊接垂直管的形式，排烟口分置箱体两侧并下陷装配，保证排烟口安装后尺寸不超出箱体尺寸。