2.2 柴油发电机组
2.2.1 柴油发电机组的组成
柴油发电机组主要由柴油机、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。常用柴油发电机组的外形如图2-5所示，柴油发电机组的总装图如图2-6所示。有的机组还装有消声器和外罩。为了便于移动和在野外条件下使用，有的机组还固定安装在汽车或拖车上，作为移动电站使用。
图2-5 常用柴油发电机组的外形
图2-6 柴油发电机组的总装图
1—底盘；2—蓄电池盒；3—水泵；4—风扇；5—水箱；6—加水口；7—连接水管；8—空气滤清器；9—柴油机；10—柴油箱；11—柴油箱加油口；12—控制屏；13—励磁调压器；14—备件箱；15—支架；16—同步发电机；17—减振器；8—橡胶垫；19—支承螺钉（安装时用）；20—油标尺；21—机油加油口；22—放水阀
在没有专用柴油发动机的情况下，可根据农村的实际条件，自行组装简易柴油发电机组。
简易柴油发电机组的型式较多。例如，可以利用现有的柴油机或拖拉机的发动机，通过带轮用传动带（或通过变速箱用齿轮传动），带动发电机发电。
2.2.2 柴油机的分类
（1）按照工作循环过程分类，可分为：
①二冲程柴油机 活塞移动两个冲程，完成一个循环；
②四冲程柴油机 活塞移动四个冲程，完成一个循环。
（2）按照机体结构型式分类，可分为：
①单缸柴油机 一台柴油机只有一个气缸。
②多缸柴油机 一台柴油机具有两个或两个以上气缸。
（3）按照冷却方式分类，可分为：
①风冷柴油机 利用空气作为冷却介质；
②水冷柴油机 利用水作为冷却介质。
（4）按照进气方式分类，可分为：
①非增压式（又称自然吸入式）柴油机 柴油机没有增压器，空气是靠活塞的抽吸作用进入气缸内；
②增压式柴油机 柴油机上装有增压器，空气通过增压器提高压力，然后进入气缸内。
（5）按照气缸的布置方式分类，可分为：
①单列式柴油机 柴油机的气缸垂直单列布置，6缸以下柴油机常为这种型式；
②双列V形柴油机 柴油机的气缸呈V形斜向双列布置，8缸以上柴油机常为这种型式。当V形夹角为180°时则称为对置式。
2.2.3 柴油发电机功率的标定
柴油发电机组是由柴油机和同步发电机组合而成的。柴油机允许使用的最大功率受零部件的机械负载和热负载的限制，因此，需规定连续运转的最大功率，称为标定功率。
柴油机不能超过标定功率使用，否则会缩短使用寿命，甚至可能造成事故。
（1）柴油机的标定功率
标定功率是内燃机的主要性能指标之一。我国根据内燃机的不同用途规定有四种标定功率，其名称定义和主要用途如下。
①15min功率，即内燃机允许连续运转15min的最大有效功率，是短时间内可能超负荷运转和要求具有加速性能的标定功率。如汽车、摩托车等内燃机的功率标定。
②1h功率，即内燃机允许连续运转1h的最大有效功率，如轮式拖拉机、机车、船舶等内燃机的功率标定。
③12h功率，即内燃机允许连续运转12h的最大有效功率，适用于电站机组、工程机械等内燃机的功率标定。
④持续功率，即内燃机允许长期连续运转的最大有效功率。
在标定任一功率时，必须同时标出相应的转速。
对于一台机组，柴油机输出的功率是指它的曲轴输出的机械功率。根据规定，电站用柴油机的功率标定为12h功率。即柴油机在大气压力为101.325kPa，环境气温为20℃，相对湿度为50％的标准工况下，柴油机以额定转速连续12h正常运转时达到的有效功率。
（2）交流同步发电机的额定功率
交流同步发电机的额定功率是指在额定转速下长期连续运转时，输出的额定功率，用PN表示。
根据机组的运行环境和技术要求，机组输出的额定功率（kW），由下式进行计算，即
PN=K1η（K2K3PeN-pm）
式中 PN——同步交流发电机输出的额定功率，kW；
PeN——柴油机输出的额定功率，hp （或PS）；
K1——单位变换系数（即kW/hp），K1=0.736；
K2——柴油机功率修正系数见表2-6；
表2-6 柴油机功率修正系数K2
K3——环境条件修正系数，见表2-7和表2-8；
表2-7 环境条件修正系数K3（相对湿度为50％）
表2-8 环境条件修正系数K3（相对湿度为100％）
η——同步交流发电机的效率；
pm——柴油机风扇及其辅助件消耗的机械功率，hp（或PS）。
柴油机输出的额定功率PeN（hp）与同步交流发电机输出的额定功率PN（kW）之比，称为匹配比，用K1表示，即
K1值的大小受当地大气压力、环境温度和相对湿度等多种因素的影响，对于在平原上使用的一般要求的机组，通常K1值取1.6；对使用要求较高的机组K1值应取2。
2.2.4 常用柴油发电机组的技术数据
（1）GF系列部分单相柴油发电机组技术数据（见表2-9）
（2）GF系列部分三相柴油发电机组技术数据（见表2-10）
（3）GFZ系列50～500kW自动化型柴油发电机组技术数据（见表2-11）
2.2.5 柴油发电机组的选择
（1）柴油发电站总容量的选择
电站总容量应能满足全部用电设备的需要。电站的实际输出功率应有一定的富裕容量，以适应负载的变化。富裕容量一般为实际运行容量的10％～15％。
（2）柴油发电机组台数的选择
机组台数应根据负载的大小，用户对供电连续性和可靠性的需求以及远景规划等条件来决定。农村小型柴油发电机组的台数一般为1～2台，同时并列运行的台数不宜超过4～5台。
（3）柴油发电机组型式的选择
①电源类型的选择
a.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，又不需要三相电源的场合。家用电器的电压一般为220V，故家用发电机组多选用单相发电机组。
b.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（例如一个院内或一栋楼房）及需要使用三相交流电的场合。
②发电机组结构型式的选择
a.无刷与有刷发电机组。无刷与有刷系指发电机内部有无配备集电环和电刷而言。前者适用于国防、邮电、通信、计算机等对防无线电干扰要求高的部门和场所；后者适用于除上述部门以外的各行业。
b.低噪声与一般型机组。低噪声机组适用于地处城镇及其对环境噪声污染有较高要求的部门；一般型机组由于结构简单、价格低廉，适用于对噪声污染无特殊要求的部门和场所。
c.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。
d.湿热型与普通型机组。湿热型机组适用于化工、轻工、医药、冶炼、海上作业等对防潮、防霉有要求的部门和场所；普通型机组适用于其他部门和场所。
为了有利于电站的维护、操作与管理，便于备件的互换，在机组选型时，同一个电站内的机组型号、容量、规格应尽可能一致。
为了减小磨损，增加机组的使用寿命，常用电站宜选用额定转速不大于1000r/min的中、低速柴油机；备用电站可选用中、高速机组。
（4）柴油发电机组单机容量的选择
选择柴油发电机组的单机容量时，应考虑当地环境条件对柴油机功率的影响。
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，可超载运行1h（包括在12h以内）。
标定功率是在标准大气状况（大气压力101.325kPa、环境温度20℃、相对湿度50％）下发出的功率。当柴油机工作地点的大气状况与标准大气状况不符时，其实际输出功率应进行修正，即
Pe=K3PeN
式中 Pe——柴油机的实际输出功率；
PeN——柴油机的标定功率（或称额定功率）；
K3——大气状况对非增压柴油机的功率修正系数，见表2-8和表2-9。
（5）柴油机与发电机的功率匹配
农用柴油机一般功率较小，结构较简单。一定功率的柴油机只能拖动一定大小的发电机，不能匹配错，否则不是浪费，就是超负荷。
柴油机功率PeN（以hp计）与发电机功率PN（以kW计）之比称为匹配比，通常用字母K1表示，因此
式中 PeN——柴油机的额定功率，单位为hp（或PS）；
PN——发电机的额定功率，单位为kW。
匹配比K1与当地的海拔、大气温度、湿度等参数，以及机组的传动效率、发电机效率等有关。对于在平原上使用的一般要求的机组（如固定电站等），匹配比K1可取为1.6:1；对于要求较高的机组（如移动电站等），匹配比K1可取为2:1。
（6）柴油机与发电机的转速匹配
同步发电机的额定转速有3000、1500、1000、750、600r/min等，组装柴油发电机组时，应使柴油机的转速与发电机的转速一致。如果两者的转速不一致，可通过变速器使发电机的转速变为额定转速。变速器可以是带传动装置或齿轮变速箱。如果采用带传动方式，应考虑因传动带打滑而产生的转速比的变化。
2.2.6 柴油发电机组的启动
（1）启动前的准备工作
①检查柴油发电机组各连接部件是否可靠，并排除不正常的故障。
②检查启动线路的接线是否正确并按要求将电量充足的蓄电池接线连接牢固。
③向油底壳内部加注符合使用最低环境条件温度下的机油至油标尺的净满刻度。
④检查柴油机油箱内部的存油量。
⑤向水散热器内部加满冷却液，对采用开式循环冷却系统的应接通水源。
⑥向水泵和发电机轴承处加注润滑脂。
⑦向喷油泵、调速器内部加注机油至规定油平面。
⑧排除柴油机低压油路内部的空气，方法是：松开喷油泵的放气螺钉，再拧开输油泵上部的手压泵进行重复性的按压，直到从放气螺钉处排除的柴油不再有空气为止。
若在柴油发电机组启动前，操作人员没有排除柴油机低压油路内部的空气而直接启动柴油机时，会造成柴油机启动困难或启动后柴油机转速不稳，有时会影响正常的发电频率。
⑨拆下喷油泵观察窗口盖板，然后用一字旋具依次连续撬动各分泵柱塞，以使各缸高压油管内部充满柴油。
⑩对装有预供润滑油泵的柴油机，应先开动预供油泵，每次运转不得超过30s，如一次运转达不到技术要求时，应停止30s后再重复运转，直到机油压力表的读数达到规定的要求为止。
对于平时停放作为应急用的柴油发电机组，为了在急用时能迅速启动运行，在停放期间，应每隔一周启动运行一次至水温、油温达到60℃左右为止。
在发电机控制屏上断开三相电的输出总开关。
对装有励磁开关的发电机，应将励磁开关置于断开的位置。
对装有手动/自动励磁转换开关的发电机，在启动前，应将转换开关的按钮置于手动位置。
（2）改善柴油机启动的简易方法
①减压法。采用对柴油机进气门或排气门减压的方法来达到减小压缩比，改善启动阻力的方法对柴油机进行启动。这种方法在冬季使用较多。对部分小型柴油机，厂家一般都设计了专门的减压装置，以减小启动时的阻力。
②预热法。对柴油机预热的方法一般有空气预热法、机油预热法和冷却水预热法等。无论采用哪种方法进行预热，都要根据具体条件来确定。
③人工盘车法。这种方法就是用大号的一字旋具扳动柴油机飞轮齿圈，启动前一般要扳动飞轮齿圈两圈以上。这样做的主要目的是减小启动阻力。
（3）柴油机启动的具体步骤
①将喷油泵-调速器操纵手柄推到转速为700r/min的位置。
②装有接地开关的柴油机，应闭合接地开关。
③打开电钥匙，按下启动按钮，使柴油机启动。若在12s内未能启动，应迅速断开按钮，过2min后再次启动。若连续三次不能启动时，应停止启动，找出未能启动的原因并排除后再启动。
④柴油机启动后，应迅速释放启动按钮，并密切注视机油压力表的读数，若柴油机启动后15s内无机油压力显示，应停止柴油机运转，待找出故障原因并排除后再次启动柴油机。在正常情况下，柴油机启动后15s内显示读数，其读数应大于0.05kPa（0.5kgf/cm2）。当机油压力表显示读数后，再将转速提高到750r/min左右运转5min，在这段时间内对柴油发电机组各部分的运转情况进行检查。
（4）启动柴油发电机组必须注意的问题
①在冬季启动柴油机时要做好以下工作：
a.保证供油良好；
b.确保蓄电池的容量和电压，因为柴油机的启动力矩是靠蓄电池的容量和启动机本身质量所决定的；
c.对柴油机进行人工盘车；
d.对进、排气门进行减压启动；
e.对冷却水进行加热，保证柴油机的热状态。
②柴油发电机组启动后，柴油机要有一个预热和润滑的过程，待此过程结束后方可正常供电。国内机组预热和润滑过程一般分三种，每一种需要时间不一样。低速预热和润滑一般需要5min，中速需要5～8min，高速运转到水温、油温达到50℃左右，方可进行正常供电。柴油发电机组刚启动后，在预热和润滑过程中供电，容易导致柴油机拉缸、气缸盖产生裂纹和机体产生裂纹等。
2.2.7 柴油发电机组的运行
（1）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，其值应在规定的范围内（各种发电机组不完全一样），一般为：机油压力0.15～0.4MPa；机油温度75～90℃；出水温度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，不足时应及时按规定的牌号添加。各人工加油点应按规定时间加油。
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，发现不正常的敲击声，应查明原因。
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。
严格防止机组在低温低速、高温超速或长期超负载情况下运行。柴油机长期连续运行时，应以90％额定功率为宜。柴油机以额定功率运行时，连续运行时间不允许超过12小时。
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，发电机电压应为额定值，频率为50Hz，三相电流不平衡量应不超过允许值。
不能让水、油或金属碎屑进入发电机或控制屏内部。
使用过程中应有记录，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。
（2）柴油机运行中应注意事项
①水冷蒸发式柴油机，冷却水应该在工作时沸腾蒸发，不必一出现“水开”就加水。但当冷却水不断蒸发减少至水箱浮子红色标志降到漏斗口时，须立即加水。采用自然对流冷却的柴油机，要经常观察有无漏水现象，如有漏水应立即排除，以免柴油机过热而损坏。
②经常检查机油压力指示阀的红色标志是否升起，若发现下降，则应立即停机检查排除。
③当油箱里的柴油剩下不多时，应及时加足，防止柴油用完时，将空气吸入油路中。
④柴油机正常工作时，排出的废气应是无色或淡灰色的。若出现排气管冒黑烟、白烟或蓝烟的情况，说明柴油机工作不正常，应停机检查、排除，不允许在冒黑烟的情况下长期运行。
⑤要经常倾听柴油机有无不正常的响声，若听到有异常声音时，应立即停机检查处理。
⑥柴油机启动后，首先以中速空载运转10～20min，然后逐渐加大油门，使转速升高至额定转速，待柴油机运转稳定正常后，才能加上负荷。
⑦采用电动机启动的柴油机，应注意观察电流表的读数。柴油机正常运转时，电流表的指针应指向“+”的一边。
（3）供电
当柴油机温度正常，机油压力正常，转速稳定时，电站即可进行供电。供电按以下步骤如下。
①起励：将转换开关扳到“自动”位置。
②调频：用调速手柄调节柴油机转速，使频率表指示为51Hz。
③调压：旋转三相转换开关，检查三相线电压均应为400V。若电压过高或过低，可松开电压调节器电位器轴紧固螺母，用旋具轻轻转动电位器轴（不可用力过猛），调后再进行紧固。
④供电：确认机组一切正常，接到供电信号，即可合上自动空气开关（总开关）供电。
若电压自动调节失效，可将转换开关扳到“手动”位置，在合上自动空气开关前后，均用电抗器进行手动调压。
一般工频机组的供电操作，均按起励、调频、调压、供电的顺序进行。
2.2.8 柴油发电机组的停机
（1）机组的正常停机
①在机组停机前应做一次全面的检查，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，应将蓄电池充足电（采用压缩空气启动应将储气瓶内充足压缩空气），供下次启动时用。
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用钥匙断开电启动系统。
⑤柴油机停转后，将控制屏上的所有开关和手柄恢复到启动前的准备位置。
⑥如果停机时间较长，或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。如采用防冻剂时可以不放水。
⑦清扫现场，擦拭机组各部位，做好下次开机的准备。
停机的一般顺序是：停电、降压、灭磁、低速、停机，分述如下。
①断开电源输出开关，停止供电。
②把转换开关扳到“灭磁”位置。
③降低柴油机转速（约800r/min），运转几分钟。
④用停车手柄或喷油泵手柄停止供油，使柴油机停止运转，停机后手柄放回原位。
⑤关闭油箱开关。寒冷季节，必须放出全部冷却水（水放完后，须再转动曲轴十余转，使水泵里的积水完全排出），并拆走蓄电池，防止冰冻。
（2）机组的紧急停机
在一般情况下，应不采用紧急停机，只有当机组发生下列情况之一时，才可采取紧急停机。
①机油压力过低或无压力时。
②柴油机转速突然升高，超过最高空转转速时。
③柴油机发出异常敲击声时。
④发电机发出异常声音和烧焦气味时。
⑤发电机集电环上火花很大时。
⑥轴承严重磨损，机组螺钉松动，振动很强烈时。
⑦有些运动着的零部件发生卡死时。
⑧传动机构的工作有重大的不正常情况时。
⑨发生人身安全事故时。
紧急停机的方法：对单缸柴油机可采取拆除高压油管或用布捂住空气滤清器的方法；对2105型柴油机可将两只喷油泵的开关手柄向逆时针方向转至极限位置，切断燃油的供给，柴油机便立即停止转动。
2.2.9 柴油发电机组的保养
一般柴油机的技术保养分为日常保养（每班或每日工作完毕时）、一级技术保养（柴油机累计运行100小时后）和二极技术保养（柴油机累计运行500小时后）。
（1）柴油发电机组的日常保养
①检查机油油位，油量不足时应按规定添加机油。
②检查并排除漏油、漏水和漏气现象。
③检查地脚螺栓及各部件连接螺栓有无松动。
④检查柴油机与发电机的连接情况。对采用带传动的机组，应检查传动带的接头是否牢靠。
⑤检查电气线路及仪表装置的连接是否可靠。
⑥擦拭设备，清除油污、水迹及尘土，尤其要注意燃油系统和电气系统的清洁。
⑦在尘土多的地区，应于每班后清洗空气滤清器。
⑧检查燃油箱内燃油是否足够。
⑨排除所发现的故障及不正常现象。
（2）柴油发电机组的一级保养
①完成日常保养的各项工作。
②清洗机油滤清器，并更换机油（若机油比较清洁，可延长到200h再换油）。
③清洗空气滤清器，并更换油池内的机油。若滤芯是纸质的，应更换新的滤芯。
④清洗燃油箱和燃油滤清器（如使用经过沉淀及滤清的燃油，可每隔200h清洗一次）。
⑤检查蓄电池电压及电解液密度，并检查电解液面是否高出极板10～15mm，不足时，添加蒸馏水补充。
⑥检查风扇及充电发电机传动带的松紧程度，并进行调整。
⑦检查喷油泵机油存量，需要时添注机油。
⑧按规定要求向各注油嘴处注入润滑脂或润滑油。
⑨检查调整气门间隙。
⑩重新装配因保养工作而拆卸的零部件时，应确保安装位置正确无误。
完成保养工作后启动柴油机，检查运转情况、排除所存在的故障和不正常现象。
（3）柴油发电机组的二级保养
①完成一级技术保养的各项工作。
②检查喷油器的喷油压力及喷雾情况，必要时清洗喷油器并进行调整。
③检查喷油泵工作情况和喷油提前角是否正确，必要时加以调整。
④拆下气缸盖，清除积灰，并检查进气门、排气门与气门座的密封是否良好，必要时用气门砂进行研磨；清除活塞、活塞环、气缸壁的积灰；活塞环间隙过大时，应予以更换。
⑤检查连杆轴承间隙是否过大，活塞销是否空旷，必要时予以更换。检查连杆螺栓、主轴承螺栓的紧固及锁定情况，必要时重新紧固、锁定或更换。
⑥清洗油底壳和机油冷却器芯子。
⑦检查冷却系统结垢情况，如结垢严重，可放净冷却系统的存水，加入清洗液（清洗液由每升水加入150g烧碱的比例配成），静置8～12h后启动柴油机，当水温达到工作温度后停车放出清洗液，并用清水清洗。对于用铝合金制作的机体，可用弱碱水清洗液（由每升水加入15g水玻璃和2g液体肥皂配成），加入冷却系统后启动柴油机，运转至正常温度后再运转1h，放出清洗液，并用清水冲洗。
⑧每累计工作1000h后，将充电发电机及启动机拆下，洗掉旧的轴承油并换新的，同时检查和清洗启动机的齿轮传动装置。
⑨普遍检查机组各主要零部件，并进行必要的调整和修理。
⑩拆洗和重新装配后，全面检查安装位置的正确性和紧固情况，擦拭干净并开动柴油机，检查运转情况，排除存在的故障及不正常现象。
（4）柴油发电机组冬季使用时的注意事项
在严寒的冬季，使用内燃机必须按下述冬季特殊方法操作，否则会发生严重事故。
①停机后约半小时应放去冷却系统内的存水（放置防冻液或有保温措施的除外），如果长时间停机还必须把机油放干净，以免将机件冻裂。
②在冬季换机油时，必须一停机就换，换入的机油要加热到60℃以上，但也不要超过90℃，否则会使机油变质。绝对禁止在明火上烤机油，最好使用带盖的锅子在水中加热。
③冬季启动前，应将机油加热，使机油黏度降低，易于到达各摩擦表面。
④启动前应用80～90℃的水由排气管上的出水口灌入。由气缸体侧面的放水开关（或水泵进水口）流出，一直放到放出的水温度在60℃以上为止。然后把放水开关关闭，把冷却系统注满。这样做可防止气缸盖等炸裂，且易于启动。冬季绝对不允许不加预热启动柴油机。
⑤冬季必须绝对保证柴油机在热车状态下工作（水温在80℃以上），如水温太低，外界气温寒冷，柴油在气缸内燃烧时便会形成稠厚焦油层和积炭，粘在燃烧室壁、活塞头部、气门座和活塞环槽上，造成粘住气门和卡住活塞的故障。当胶结的排气门在导管内被粘住时，甚至能导致柴油机熄火。而且柴油机温度不够时，进气温度低，柴油发火延迟，会使柴油机工作粗暴，发出敲击声。同时，排气管由于燃烧不完全冒白烟。此时应使柴油机慢速运转，如果水温过低，要加换热水，同时保暖，待温度升高后，再接上负载。
2.2.10 柴油发电机组的常见故障及其排除方法
柴油发电机组总体的常见故障及其排除方法见表2-12。
表2-12 柴油发电机组总体的常见故障及其排除方法
