摘要：高原柴油發電機功率折損高海拔地來區空氣中的氧氣含量低，柴油機吸入同樣體積的空氣，有效助燃的氧氣體積就少，燃料的燃燒不充分，使內柴油的輸出功率減小，進而影響整機的容量和帶載能力，也就是柴油發電機達不到銘牌上標定的功率和容量，導致設備只能降容使用或功率修正。

一、降容原因和系數計算

      柴油發電機組廣泛地應用于我國高原地區礦區、交通、建筑、農田、水利等工程施工部門。目前我國生產的普通型柴油發電機組，只適用于海拔1000m以下。根據GB/T2820規定，在海拔1000m以上、3000m以下，采用功率修正的辦法。受高原特殊環境條件的影響，發電機組原動機功率下降，油耗增加，熱負荷上升，對發電機組功率及主要電氣參數產生較大影響；即使是強化增壓型發電機組，由于原動機受高原條件影響的實質并未改變，只是性能下降幅度有所減小，問題依然存在。發電機組油耗率、熱負荷升高和可靠性的下降給用戶和國家造成的經濟損失不可估量，嚴重影響高原地區的社會效益和*軍事裝備**的有效性；動力性的下降，致使發電機組在使用時應有的負荷能力下降，造成設備和電網因電力供應不足，無法達到應有的工作和生產能力。

1、設備使用環境條件

      根據國家標準GB/T 2820.1-2009 /ISO 8528-1:2005（E）的柴油發電機組基準條件為總大氣壓力100 kPa（海拔110m）；環境空氣溫度298 K（25℃）；相對濕度30%。如果發電機組現場運行條件不符合其標準可能就會出現降容現象，而引起發電機組額定輸出功率降低的主要因素就是溫度和高度兩個方面。

2、降容計算方法

      首先了解和核實現場情況，包括發電機組型號及功率需求、應用類型環境溫度、海拔高度、濕度、電壓和頻率等參數，然后根據相應參數來核算發電機組降容的幅度。發電機組降容主要包括發動機降容、發電機降容，同時應分開獨立計算，經過二者比較取其較小值的數據為較終降容參考指標。

（1）發動機降容計算公式

      發動機功率修正曲線如圖1所示，公式如下：

發動機降容后功率={（額定輸出總功率*降容%）-風扇功率}*發電機效率

康明斯發動機功率修正曲線圖

（2）發電機降容計算公式

      發電機降容曲線如圖2所示，公式如下：

發電機降容后電流=額定輸出電流*溫度降容系數*高度降容系數

斯坦福發電機輸出電流降容曲線圖

二、高度變化對性能的影響

       在高原地區由于環境因素的變化，導致柴油發電機組的實際使用條件與原設計條件產生了較大的差異，致使柴油發電機組的功率、性能及可靠性嚴重下降，給企業經濟建設和國防建設造成了持續不斷的損失。因此，加強柴油發電機組高原環境適應性技術的基礎研究工作，對發展高原型工程機電裝備是必不可少的。康明斯公司在本文從理論分析出發，結合柴發功率降容計算系數，來探討高原環境對柴油發電機組功率下降、性能的影響極其對策措施。

      發電機組12h標定輸出的發電功率與柴油機輸出功率間的關系為：

P=η₁η₂η₃N_b

=η_zN_b

=η_zM_fn_b

式中，P——發電機輸出額定電功率（KW）；

η₁——柴油機（軸輸出功率/額定功率）的輸出功率拆合系數，N_f/N_{b ；}

N_f——飛輪輸出功率，N_f=N_b-△N；

△N——輔件消耗功率（KW）；

η₂——傳動效率；

η₃——發電機效率；

η_z——發電機組總效率，η_z=η₁η₂η₃；

N_b——柴油機標定功率（KW）；

M_f——額定點飛輪輸出扭矩，M_f=N_f/n_b（N?m）；

n_b——標定功率的轉速（r/min)

      根據功率公式：

P=IUcosφ

式中，I——發電機電流（A）；

U——發電機額定電壓（V）；

cosφ——功率因素

      所以電站輸出電流：

I=M_fn_bη_z/Ucosφ

      由于n_b、η_z作為固有特性，屬于與海拔高度無關的參數，電壓U可通過電壓自動調節裝置保持常數，功率因素cos小只與負載有關，負載相同的情況下，cos小為常數。因此，發電機組的輸出電流是以柴油機輸出功率（或扭矩）為自變量的函數，并且基本上呈線性關系I=f（M_f）=aM_f。而功率（或扭矩）又是以海拔高度為自變量的函數，即：I=f（H），其中H為海拔高度變化參數。由此可見，發電機組的輸出電流將隨海拔高的的變化為變化。海拔升高，發電機組的功率即輸出電流下降、油耗率上升，這種影響還不同程度地要波及到電氣性能指標。

 三、柴發機組的功率修正方法

1、環境溫度的功率修正
      當環境溫度過高時，空氣密度降低，柴油機燃燒時氧氣量減少，燃燒效率降低，因而會降低柴油發電機的機械輸出功率;同時發電機工作時需要冷空氣對繞組進行冷卻，在環境溫度過高時，冷卻效果降低，發電機繞組內部溫度升高，為保證發電機的繞組溫度在允許范圍內也要降低發電機的輸出功率。
      各品牌柴油機和發電機的輸出功率受環境溫度影響的功率修正，由于設計的不同，其修正的參數也不一致;同一品牌，不同型號、不同調速系統，其修正的參數也有區別。一般要以原柴油機生產廠家的修正參數為準，通常可按照環境溫度超過40℃時每升高5℃，輸出功率下降3%～4%來進行功率損失的計算。但要注意的是有些廠家的機組標稱功率是基于環境溫度
25℃時的輸出功率。
2、海拔高度的功率修正
      當海拔高度升高時空氣密度也會降低，同樣影響柴油機和發電機的輸出功率。不同品牌的柴油發電機組要參考廠家的功率修正曲線來計算降容后的實際功率，通常可按照海拔高度超過1000m時每升高500m輸出功率下降4%～5%來進行功率損失的計算，但要注意的是有些廠家的機組標稱功率是基于海拔高度300m時的輸出功率。
      電子噴油柴油機采用了電子噴油控制技術，通過對安裝在柴油機上一系列的傳感器檢測到的柴油機各種數據來精確地控制每個噴油器的噴油正時和噴油量。由于電子控制單元通過對進氣岐管的進氣壓力、燃油溫度的精密測量，并以此來控制噴油正時和噴油量，使得電子噴油柴油機在高海拔地區和高溫度環境下有更低的功率下降。所以在高海拔地區和高溫度環境下選用電子噴油的機組能獲得更大的輸出功率和經濟性。
3、非線性負載的功率修正
      非線性負載含有感性、容性等元器件的負載均為非線性負載，如機房空調、不間斷電源UPS、燈具調光系統和整流濾波器設備等。這種負載通常在通信、網絡數據中心、數據交換中心、金融結算中心、機場跑道的照明調光和重要系統調度中心等關鍵部門的應用極為廣泛。
      非線性負載會向柴油發電機組反射大量的高次諧波，其中以5次和7次諧波危害嚴重，尤其是非線性負載較大而發電機組容量又較小時這種危害就更明顯，其后果將出現機組的諧振、穩定時間延長和負載設備誤動作，嚴重時會損壞AVR和負載設備。這一問題在機組的選型過程中經常未引起足夠的重視(由于在用市電供電時影響不大)，較終待到運行時才發現無法正常工作，造成無法挽回的損失。
直接啟動的機房空調因感應電動機直接起動時起動電流為正常電流的6～7倍，而且功率因數很低，電動機起動瞬間發電機的端電壓會下降到低于正常值80%以下，從而影響其他負載的供電。

總結：

      根據上文所述，要解決因高原環境引起的柴油發電機組電功率下降問題，首先要解決發動機的功率下降問題。通過功率恢復型增壓中冷等一系列高原適應性成套技術措施，有效地恢復發電機組原動柴油機的動力性、經濟性、熱平衡性及低溫起動性能，從而使發電機組電氣性能恢復到原有水平，并將在較寬海拔高度范圍內具有很強的環境適應能力。