作为发电设备，柴油发电机组有着一些独特的优点：体积相对较小，灵活便捷；操作方便，简单易控制；能源原料（燃油）来源广泛，启动快，可以快速供电和快速停止发电；供电平稳，供电质量可以通过技术改进得以提高，可以对负载进行点对点的直接供电；受各种自然气候和地理环境影响较小，能全天发电。

毫无疑问，根据这些优点，其作为备用电源、移动电源和自备电源的优势在短期内是无可取代的。而人类社会越发展，对电力供应的需求越高，对供电保障的要求越高，因而对备用电源、移动电源和自备电源的使用也会水涨船高。所以，笔者专门研究了这一低成本、高性能又环保的发电机组用柴油机

1技术路线

针对康明斯动力设备（深圳）有限公司的280KW型号为KC280GF发电机组用柴油机的应用研究，主要依托于康明斯M11系列6缸四气门柴油机，在此基础上进行应用研究，提高调速性能要求，满足公用电力类用电设备的需要，满足在 50 ℃环境温度下的正常工作要求及一40 ℃低温下的正常启动要求。

1．1柴油机的调速系统

由于机组的使用范围为公用电力类型的备用应急电站，依据GB/T 282旧一2009中电站性能等级的分类，按照G2级要求进行设计柴油机调速性能就可以满足机组要求。GB02820．5一2009中规定 c,2级电站调速要求如下：频率降5％，稳态频率带巧％，瞬态频率偏差：100％突减功率时12％，突加功率时一10％，频率恢复时间／5 s。

为了满足这一调速性能要求，发动机的调速系统采用电子调速器。发动机电子调速器按控制方式分为模拟式和数字式两种，基本原理采用的都是 PID闭环控制，PID控制方法是工业过程控制领域中广泛应用的一种方法。由于发动机速度系统基本上可以看成是一个惯性加小纯滞后系统，近似线性系统，所以采用PID方式控制发动机转速，在很宽的范围内可以保证发动机具有良好的速度特性。

此次应用研究的发动机采用康明斯公司的电子调速器，首先发动机、转速传感器、控制器、执行器通过一定的连接构成一个速度闭合环路，由控制器根据转速传感器检测到的发动机转速信号对发动机转速进行控制。其中最为关键的部件是控制器，此处采用众智6110系列控制器，众智系列控制器就是采用PID控制原理设计制作，控制器原理见图1。

控制器由模拟放大电路、微分电路、积分电路、PWM等电路组成。它的输人信号是转速传感器输出的正弦波信号，输出信号是驱动执行器的 PWM方波校正功率信号它的工作过程是：首先在控制器内部的基准电路单元上设置标定转速，然后对输人工作转速信号与设定转速进行比较，两者的差作为偏差信号。该偏差信号经过PID运算，变成相应的校正信号，校正信号放大后输出给执行器（功率输出信号有单向的0一／+，也有双向的一／一／+；对应单、双向执行器）。偏差越大，输出的校正信号电压越高，校正偏差的速度越快；随着偏差的减小，校正电压逐渐减小。当输人转速高于设定转速时，输出电压为零。由于发动机自身质量和摩擦以及负载变化等原因，使得偏差始终存在，因此调节过程会连续不断地进行，最终使《匚作转速恒定在没定转速上。

1．2高温工作性能

对于该机组要求满足环境温度50 ℃条件下正常使用的要求，我们通过对发动机散热系统的理论计算，在原来已有试验数据的基础上，将发动机的风扇直径设计为700 mm,水箱散热面积设计为 93 m2，然过测试互召值，来评估高温下发动机能否正常工作。当互召值冫50 ℃时，判定为满足要求。

用公式（1）来确定发动机在试验转速下的互丆沼值：

互召=不一乙，+乙 （1）式中，互7诏为在试验进行时的大气压力下冷却液沸腾时周围空气的温度，℃；乙为散热器盖上的蒸汽阀在额定开启压力下，冷却液的沸腾温度，℃；不，为发动机出水凵处稳定水温，℃；乙为水温达到稳定时，机组进气口的空气温度（也就是环境空气温度），℃。表1给出了常用散热器盖蒸汽阀工作压力和水的沸腾温度的对应值。

表1散热器盖蒸汽阀工作压力和水的沸腾温度的对应值

项目 参数

散热器盖蒸汽阀工作压力/kl)a 50 90

1．3低温启动性能

为了满足机组在一40 ℃环境温度下的应急备用能力，对发动机采用缸套水预热的方式，在备用期间用220 v/380 v的市电通过预热装置对缸套水进行加热。通过机组的控制模块设定预热装置的工作温度范围为36、50 ℃，水温低于36 ℃时，启动加热；水温高于50 ℃时，加热停止，使发动机水套的温度始终保持在36、50 ℃左右，发动机处于热备用状态。机油、柴油采用满足一40 ℃环境温度使用条件的油品，从而保证发动机在巧s内能顺利实现启动。

2试验结果和结果分析

2 · 1调速性能试验

调速性能实验数据见表2。

表2性能实验数据表

功率比转速”/ 扭矩0功率比油耗be/转速波动例／％(r · min (N · m) P/kW (g · kW-l · Il-I) /0、min

由表2中试验数据通过计算可以得到：

频率降： ' × 1開％=0，”为标定空载转速，为标定满载转速。

稳态频率带： × 100％=0·2％，取稳态下最大的转速波动值。

100％突减功率时：转速瞬时转速”1为1 578 r/min,恢复时间3 s ,由公式计算：

60％突加功率时：转速瞬时转速”2为1 436 r/min,恢复时间4 s ,由公式计算如用0％：一4，3％（按照2820·5中负载接受曲线查询，佐：1.8 MPa时，首次加载45％左右，根据我公司发动机情况，此处可以实现60％突加功率）。从以上试验数据可以看出，调速性能完全满足G2级电站调速要求。

2 · 2高温性能试验数据

高温性能试验在机组满载的状态下进行试验，实验数据见表3。

表3高温性能实验数据

在高温性能试验中，由于发动机的散热器蒸汽阀工作压力为70 kPa,此时水的沸点在1巧℃ 左右，受发动机所能承受的热负荷限制，发动机仅能在短时间内能承受110 ℃的冷却水温，考虑到机组需要持续工作，发动机需要稳定运转，所以设定丆：100 ℃。从试验数据中得出，：85 ·2 ℃，乙：36·5 ℃，由公式互B：乙一+计算：工B：

5L3 ℃冫50 ℃，完全满足要求。

2 · 3低温启动性能试验

2 ·4性能曲线启动在规定的环境温度下进行，连续启动3 次，每次间隔5 min,试验数据。

发动机的性能试验曲线见图2，通过分析以上试验数据及下面的特性曲线图可以得出以下结论： a.采用以上配置的柴油机能够实现G2级电站的调速要求，能够满足环境温度50 ℃时的正常使用要求，在一40 ℃下能够实现顺利启动。

b.柴油机运转稳定，并具有良好的经济性，非常适合于公用电力类备用应急机组的使用要求。

3应用情况

发电机组用柴油机经过严格的出厂试验及现场调试，已经在雅柯斯电力设备（中国）有限公司成功实现批量化配套应用，产品已经出口销售到中东、俄罗斯等地区，并在国内其他多家发电机组公司得到应用。以低温启动可靠，运转稳定，在高温下可靠工作，得到用户的青睐。此应用研究和方案的成功实施，可为类似用途柴油机的方案设计提供参考。