簡(jiǎn)述美軍發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品系列的發(fā)展?fàn)顩r

中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)內(nèi)燃發(fā)電設(shè)備分會(huì) 楊俊智 張洪戰(zhàn)

為了加強(qiáng)對(duì)軍用移動(dòng)電站-發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)組的管理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化，保證零部件的通用性、互換性、維修性，美國(guó)國(guó)防部發(fā)布4120.11號(hào)指令，授權(quán)美國(guó)海軍和陸軍分別制訂了MIL-STD-1332和MIL-STD-633兩項(xiàng)軍用發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品系列標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)系列內(nèi)的產(chǎn)品將得到最大限度的使用，從而減少后勤保障要求，以最少的型號(hào)和規(guī)格滿足部隊(duì)需求。美國(guó)國(guó)防部在4120.11號(hào)指令及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，列于MIL-STD-633中的發(fā)電機(jī)組是唯一授權(quán)采購(gòu)的產(chǎn)品。假如國(guó)防部各部門需求的發(fā)電機(jī)組不在標(biāo)準(zhǔn)系列之中，或有不同的維護(hù)要求，則應(yīng)在形成采購(gòu)文件之前向發(fā)電機(jī)組（PM-MEP）項(xiàng)目管理者提出建議并獲得同意。MIL-STD-1332B于1973年發(fā)布，2001年重新確認(rèn)。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)劃分為戰(zhàn)術(shù)型和基本型，并再劃分為精密類和通用類的國(guó)防部標(biāo)準(zhǔn)系列發(fā)電機(jī)組的使用準(zhǔn)則給出了定義。向用戶提供國(guó)防部標(biāo)準(zhǔn)系列發(fā)電機(jī)組運(yùn)行特性概況，是MIL-STD-633等標(biāo)準(zhǔn)的參考和指導(dǎo)文件。MIL-STD-633E于1980年發(fā)布，1998年重新指定為手冊(cè)（MIL-HDBK-633）。MIL-STD-633E提供了經(jīng)國(guó)防部批準(zhǔn)的發(fā)電機(jī)組系列產(chǎn)品的機(jī)械、電氣特性和后勤資料的詳細(xì)信息。這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)雖然發(fā)布時(shí)間較早，但其指導(dǎo)思想和技術(shù)內(nèi)容仍有許多可借鑒之處。下面簡(jiǎn)要介紹這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容，并結(jié)合我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行必要的對(duì)比分析，供有關(guān)部門和人員參考。

1 功率序列及產(chǎn)品分類

1.1 功率序列

美軍發(fā)電機(jī)組的功率序列為：0.5，1.5，3，5，10，15，30，60，100，150，200，500，750kW。共計(jì)十三種。此外還有一種是總功率為93kW的交直流移動(dòng)電站。功率種類雖然比我國(guó)軍用發(fā)電機(jī)組的少得多，但功率范圍卻更寬，具體數(shù)值也有差別。

1.2 產(chǎn)品分類

發(fā)電機(jī)組按型號(hào)、類別和制式分類如下。

1.2.1 型號(hào)

1.2.1.1 型號(hào)I——戰(zhàn)術(shù)型

設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)組應(yīng)有很好的機(jī)動(dòng)性，直接支持軍事活動(dòng)。在這種情況下，發(fā)電機(jī)組的輸出電壓是標(biāo)準(zhǔn)的、但并不是單一的，輸出電壓不需要變換或不需要笨重的配電系統(tǒng)而直接使用。相對(duì)于重量輕、體積小和機(jī)動(dòng)性好而言，壽命特性是次要的。

型號(hào)I——基本型

設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)組將在周期較長(zhǎng)的半固定場(chǎng)所長(zhǎng)期使用。相對(duì)于較長(zhǎng)的壽命和可靠性而言，重量、體積和機(jī)動(dòng)性是次要的。發(fā)電機(jī)組的輸出電壓通常較高，需要配電系統(tǒng)并變換成負(fù)載區(qū)域的市電電壓。基本型發(fā)電機(jī)組可以超出戰(zhàn)術(shù)型發(fā)電機(jī)組的最大重量。

1.2.2 類別

1.2.2.1 類別1——精密類

發(fā)電機(jī)組為緊急使用而設(shè)計(jì)，能對(duì)電壓和頻率性能進(jìn)行精密控制。

1.2.2.2 類別2——通用類

發(fā)電機(jī)組為一般用途而設(shè)計(jì)。從與商業(yè)配電系統(tǒng)等效或兼容（類別2A）到要求對(duì)電壓和頻率控制最小的市電用途（類別2C）,交流通用類共分3級(jí)。

1.2.3 制式

（1）制式I。發(fā)電機(jī)組可在50Hz或60Hz下運(yùn)行。

（2）制式II。發(fā)電機(jī)組在400Hz下運(yùn)行。

（3）制式III。發(fā)電機(jī)組僅在60Hz下運(yùn)行。

（4）制式IV。發(fā)電機(jī)組提供直流輸出。

我國(guó)軍用發(fā)電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)目前尚無類似的分類規(guī)定。

1.3 輸出電壓等級(jí)

交流發(fā)電機(jī)組的輸出電壓等級(jí)共有下列七種：120V、240V、120/240V、120/208V、240/416V、2400/4160V、2400V。直流輸出為28V。

輸出電壓等級(jí)與我國(guó)產(chǎn)品的也有差異。

產(chǎn)品種類

功率序列與型號(hào)、類別及制式組合，美軍發(fā)電機(jī)組共有下列41種產(chǎn)品。其中有5種已不再生產(chǎn)。

交流發(fā)電機(jī)組的輸出電壓與相應(yīng)的功率見表1。

2 環(huán)境條件

美軍發(fā)電機(jī)組工作的環(huán)境溫度和海拔高度范圍見表2。

美軍發(fā)電機(jī)組工作的環(huán)境溫度較我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定苛刻，但海拔高度較低。

3 電氣性能指標(biāo)

1.3.1 交流發(fā)電機(jī)組。

交流發(fā)電機(jī)組的電氣性能指標(biāo)見表3。

2.是對(duì)三線機(jī)組的規(guī)定。對(duì)單相組，指標(biāo)值應(yīng)增加1%。

3.三相輸出的空載機(jī)組，任意兩線間施加25%額定電流的阻性負(fù)載。（不適用于單相機(jī)組）。

4.對(duì)制式II發(fā)電機(jī)組，上升整定電壓為＋10%額定電壓。對(duì)制式I發(fā)電機(jī)組，按50Hz運(yùn)行時(shí)，上升整定電壓可限制在表2，注4所示的標(biāo)稱電壓。

5.該數(shù)值是對(duì)15 kW及以上機(jī)組的規(guī)定。

1.3.2 直流發(fā)電機(jī)組。

直流發(fā)電機(jī)組的電氣性能指標(biāo)見表4。

在考慮了美軍發(fā)電機(jī)組的電壓等級(jí)、頻率、性能參數(shù)的定義及試驗(yàn)方法與我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的差異及直流機(jī)組的多樣性等因素后，大多數(shù)指標(biāo)仍有一定的可比性。例如，美軍標(biāo)的電壓（頻率）帶寬對(duì)應(yīng)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的電壓（頻率）波動(dòng)率（指標(biāo)值/2）、瞬態(tài)電壓上升（下降）對(duì)應(yīng)瞬態(tài)電壓調(diào)整率等待。總體上看，美軍標(biāo)規(guī)定的電氣性能指標(biāo)與我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的先進(jìn)性程度相當(dāng)。

4 美軍產(chǎn)品的其他特點(diǎn)

4.1 高度重視安全性

美國(guó)電力法規(guī)要求，對(duì)地端電壓超過150V的發(fā)電

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，應(yīng)當(dāng)有對(duì)地最大電阻不超過25歐姆的接地體。并且有標(biāo)準(zhǔn)的接地棒及接地棒拆除器。要求發(fā)電機(jī)組的使用場(chǎng)所必須有完備的防火措施，如使用滅火器，火花俘獲器（30kW及以下幾組在森林及公園運(yùn)行時(shí)）。強(qiáng)調(diào)噪聲的危害及防護(hù)。

4.2 充分利用并聯(lián)技術(shù)

15kW-750kW發(fā)電機(jī)組既可以單機(jī)運(yùn)行，也可以并聯(lián)運(yùn)行。這是提高供電可靠性及減少品種規(guī)格的有效措施。

4.3 啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)能力要求高

15到200kW的1類（精密型）柴油發(fā)電機(jī)組直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的能力為：每千瓦發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)每馬力發(fā)電機(jī)。15到200kW的2類（通用型）柴油發(fā)電機(jī)組直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的能力為：每1-1/2千瓦發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)每馬力發(fā)電機(jī)。電動(dòng)機(jī)的額定啟動(dòng)電流見NEMA規(guī)則F，電機(jī)上應(yīng)有與其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相同的飛輪。起動(dòng)成功的定義是在安全裝置未動(dòng)作的情況下電機(jī)加速到額定轉(zhuǎn)速。

4.4 防凍裝置（低溫啟動(dòng)措施）先進(jìn)

4.4.1 3、5和10kW汽油發(fā)電機(jī)組的防凍裝置可使機(jī)組在-25。F低溫下啟動(dòng)運(yùn)行。5到10kW柴油發(fā)電機(jī)組防凍裝置由帶有阻燃層的尼龍罩組成，包括使用時(shí)支撐尼龍罩的框架。預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)和油底殼的熱量來自相互獨(dú)立的加熱器和蓄電池組。裝置包括燃油空氣加熱器、燃油箱、電池組以及裝置正確運(yùn)行所需要的控制裝置。

表1 60Hz、50/60Hz 、400Hz發(fā)電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)電壓連接

表2 美軍發(fā)電機(jī)組工作環(huán)境條件

4.4.2 15-200kW柴油發(fā)電機(jī)組的防凍系統(tǒng)在-65。F的低溫環(huán)境下預(yù)熱冷卻液和潤(rùn)滑油。在環(huán)境溫度低于-25。F時(shí)，必須使用外部直流電源來啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。此直流電源可以從輔助防凍設(shè)備或者其他輔助蓄電池組（車輛蓄電池組）來獲得。當(dāng)電源可持續(xù)獲得時(shí)，電氣防凍設(shè)備更適合維持機(jī)組處于備用狀態(tài)。但是，燃油防凍設(shè)備可使冰冷環(huán)境下的機(jī)組快速達(dá)到運(yùn)行溫度，因此無電時(shí)可以使用這種防凍設(shè)備。

當(dāng)要求發(fā)電機(jī)組迅速啟動(dòng)時(shí)，電氣防凍設(shè)備使用外部電源維持機(jī)組的冷卻液和潤(rùn)滑油處于正常運(yùn)行溫度下。安裝了防凍設(shè)備后，在-65。F到125。F的溫度范圍內(nèi)，機(jī)組可以在啟動(dòng)開始后20s內(nèi)加速并帶75%額定負(fù)載，前提是假定啟動(dòng)前機(jī)組的溫度已達(dá)到穩(wěn)定。電氣防凍設(shè)備可以安裝在已有燃料防凍設(shè)備的機(jī)組上。電氣防凍設(shè)備運(yùn)行所需電能可以從205到240V、50/60Hz或者400Hz、單相電源上獲得。對(duì)于15、30、60kW機(jī)組，這些防凍設(shè)備消耗大約3kW功率，100kW機(jī)組消耗2.5kW，200kW機(jī)組消耗4kW。

表3 交流發(fā)電機(jī)組電氣性能參數(shù)

表5 電氣性能參數(shù)(最大或最小限值，若適用),直流,通用類

燃油防凍設(shè)備通過燃燒發(fā)電機(jī)組燃油箱中的燃油來預(yù)熱機(jī)組的冷卻液和潤(rùn)滑油。如果發(fā)電機(jī)組安裝了電氣防凍設(shè)備，那么在電氣防凍設(shè)備手冊(cè)上列出的額外的部件必須能夠適應(yīng)于這兩種防凍設(shè)備。

當(dāng)電源可持續(xù)獲得時(shí)，輔助電氣防凍設(shè)備用來給蓄電池提供可靠的外部電源，以便在-65。F的低溫環(huán)境下啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組。此套設(shè)備由絕緣容器、電加熱器、蓄電池組、蓄電池充電器、控制電路和附屬電纜組成。發(fā)電機(jī)組在-65。F運(yùn)行5個(gè)小時(shí)后，加熱器將維持蓄電池電解液不低于32華氏度。蓄電池充電器將維持防凍設(shè)備蓄電池和發(fā)電機(jī)組蓄電池處于滿充狀態(tài)。設(shè)備運(yùn)行的電源要求是205到240V、50到400Hz單相電源、1.2千瓦。

輔助燃油防凍設(shè)備用來給蓄電池提供可靠的外部電源，以便在-65。F的低溫環(huán)境下啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組。此套設(shè)備由絕緣容器、蓄電池組、熱空氣燃油加熱器、控制箱、蓄電池充電器、控制電路、附屬電纜和全套燃油系統(tǒng)構(gòu)成。在-65。F運(yùn)行1h后，熱空氣加熱器置將維持電池電解液不低于-25。F。空氣加熱器的燃油類型與發(fā)電機(jī)組用油一致。油箱容量應(yīng)能保證在-65。F環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行30h。內(nèi)裝的蓄電池充電器可以從市電或者運(yùn)行的機(jī)組上獲得電力來給機(jī)組蓄電池和防凍設(shè)備蓄電池充電。500kW、750kW也有相應(yīng)的防凍系統(tǒng)。

4.5 預(yù)防機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行措施

負(fù)載箱由平衡的三相、四線、風(fēng)冷、阻性負(fù)載組成，與負(fù)載較輕的發(fā)電機(jī)一起使用。使用本裝置可使發(fā)電機(jī)組在接近50%的額定負(fù)載下運(yùn)行，防止機(jī)組在不到40%額定負(fù)載下運(yùn)行導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室嚴(yán)重積碳。在輸出電壓為120/208V或者240/416V時(shí),可按發(fā)電機(jī)組額定負(fù)載的12.5%來選擇該附加負(fù)載。為了防止機(jī)組過載，負(fù)載箱還具有自動(dòng)卸載功能。自動(dòng)卸載后需要手動(dòng)復(fù)位。根據(jù)機(jī)組額定負(fù)載的大小，負(fù)載箱可安裝在發(fā)電機(jī)組的上部或者前部。

5 結(jié)束語(yǔ)

美軍發(fā)電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)系列功率序列少，功率范圍寬，標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度高。在滿足使用的前提下，并未追求過高的指標(biāo)，而是根據(jù)產(chǎn)品的不同用途，綜合考慮體積、重量、機(jī)動(dòng)性、可靠性及性能指標(biāo)，以期達(dá)到最佳的綜合效益。美軍高度重視安全性，充分保證軍用發(fā)電機(jī)組的環(huán)境適應(yīng)性和應(yīng)急作戰(zhàn)能力，其指導(dǎo)思想和技術(shù)內(nèi)容值得我們借鑒。