柴油發電機組電控測試儀器的設計制造

(渤海船舶職業學院,遼寧 葫蘆島 125000)

為了檢測柴油發電機組中發電能力的各項指標，根據溶液中離子導電原理，設計制造電解質溶液阻性負載發電機檢測設備。檢測設備由電解質溶液阻性負載和高精度多功能數顯檢測儀表兩部分組成。

1 電解質溶液阻性負載的工作機理

對發電機的檢測需要在了解電極在電解質溶液中工作原理[1]的情況下對不同負載做出連續檢測。

不同濃度電解質溶液的離子的摩爾電導率∧m不同，而摩爾電導率為單位長度的電極板間含有單位物質的量的電解質溶液的電導：

∧m=κ/C,S·m2·mol-1

(1)

式中:κ——電導率，為電阻率的倒數，即兩電極間單位面積距離為單位長度時的溶液的電導，

κ=1/ρ=K(1/A)·G,S·m-1。

其中:K(1/A)——電導池常數,K(1/A)=L/A,

A——電極面積;

L——電極間距；

G——電導。

∧m=κ/C=(K(1/A)·G)/C=

K(1/A)/(R·C)

(2)

R=K(1/A)/(∧m·C)=L/(A·∧m·C)

(3)

通過上式可以看出：電極之間的電阻值可以通過連續調整電極的間距、電極的面積實現連續變化。

如果把電極設計成為可在電解液中調節電極面積或電極距離的結構形式,便可以解決電阻的連續變化的問題。

由于開發發電機組的功率為不同系列產品，需要根據電極之間的不同阻值測試0～100 kW之間不同功率，測試時應隨著電極在電解質中的動態變化，同相應的電解質導電能力配合，完成100 kW跨度的功率測試，電解質的導電能力是必須考慮的主要問題。

圖1為電導率與物質的量濃度的關系圖，由圖1可知：電解質中所有物質的濃度在一定值的范圍內時，隨著物質濃度的升高，電導率呈上升趨勢。可以通過調整電解質的濃度來調節電極在溶液中面積一定時兩電極之間的阻值。

圖1 電導率與物質的量濃度的關系

Na Cl=Na++Cl-

(4)

根據水溶液和鹽水溶液的導電性，研制設計利用水和鹽水電解質溶液作為發電機組檢測用負載的檢測設備。

2 可調純阻性負載的設計制造

為測量出發電機在帶動不同負載時所發出電的相電壓、線電壓、相電流、頻率、視在功率、有功功率、無功功率等參數[2-3]，選用水溶液和鹽水溶液作為電阻，采用20號鋼管(GB/T3091—2000)作為電極，通過調整電極在電解質溶液中的深度來調節負載的阻值，測試發電機組在不同功率下的各項參數值、在額定功率及過載運行狀態下的各項參數值。

在前面介紹過，電極之間的電阻值可以通過連續調整電極的間距、電極的面積實現連續變化。但由于調整電極的間距在機械設計方面不易實現，在設計時，采用調整電極面積的方式實現負載阻值的連續性變化，見圖2。

圖2 可調水阻性負載工作示意

通過旋轉手輪，利用鋼絲繩拉動可升降支架調整電極深入電解質溶液的深度L，來調整電極在電解質中的面積。

為保證電解質容器表面的電位在安全范圍內，在制作電極時盡可能保證各電極之間角度一致(三相平衡)。為測試三相平衡情況及任兩極之間的電阻值，選用電阻測試儀器與負載連接，測試電極在深入電解質溶液不同深度時的阻值，見圖3。

圖3 兩電極之電阻測試原理示意

不同水深的一組電阻數據見表1。

表1 電極深入電解質不同深度兩極之間的電阻值 Ω

由表1可見，所制作的電極之間阻值分布情況良好，能基本保證平衡要求。

3 電控測試儀器的制造和選配

根據發電機組試驗檢測GB2820.6—1997中對檢測裝置精度的要求，滿足如下電氣準確度指標，電流：1.5%；電壓：1.5%；有功功率：1.5%；無功功率：1.5%；功率印數3%；頻率：0.5%。設計立式雙開門控制柜，面板內嵌三項電壓、電流、有功功率、功率因數、頻率共9塊指針式儀表。設計電感無級調速電路，設置相應指示裝置，便于同時監視三相線電壓、三相相電流的不平衡度。同時電感與電阻回路單獨設計，便于功率因數從1.0到0.8之間的轉換，便于投切電感和電阻兩種負載，全面檢測發電機組帶負載能力[4-5]，電路見圖4。

圖4 測試部分電路簡示意

為了克服水負載動態不穩定、電氣參數突變的現象，同時選配便攜式DZFC-1型電能綜合分析測試儀，此儀表通過國家能源部科技司鑒定和國家技術監督局科技司認定，可以直接檢測出機組的各項參數并打印，也可以與電控柜儀表數值相比對，增加測量可靠性。通過測試機組在加載發電過程中頻率(f)、有功功率(P)、視在功率(S)、無功功率(Q)、相電壓(UAB、UAC、UBC)、電流(I)等各項參數性能指標，可通過液晶顯示屏直接顯示出發電機組在不同加載狀況下各項參數，同時通過設定打印機打印出發電設備在不同瞬間的各項參數值，從而避免采用普通檢測儀器、儀表不能在同一瞬間測試出各項參數的缺陷，也可以避免連續性試驗中記錄不及時準確的缺點。

4 檢測設備的檢測與分析

為檢驗發電機檢測設備的精確性、穩定性，對設備進行市電檢測，結果見表2。

表2 2009-10-13市電檢測試驗結果

由表2可見，在不同功率下，各項電壓、電流數值比較平穩，頻率基本保持在50 Hz左右，表明：此檢測設備性能穩定、檢測數據精確，完全可以用于發電機組各項參數指標的檢測。

5 結論

電極之間的電阻值可以通過連續調整電極的間距、電極的面積實現連續的變化，據此設計制造可調純阻性負載，應用于電控測試儀器。從實驗結果可知，采用本文設計制造的電控測試儀器，具有成本低、精度高、使用方便、實用等特點。在此基礎上可以通過實驗，對電解質溶液中摩爾電導率與各種離子間關系作進一步研究，可望設計出性能更加穩定、精確的電控測試儀器設備，對檢測設備的發展具有重要意義。

[1] 傅獻彩.物理化學[M].下冊.5版.北京：高等教育出版社，2005.

[2] 閆 霞,益 斌.柴油發電機組監控與動態數據采集系統的設計[J].柴油機，2009,31(2)：17-18.

[3] 田慕玲，楊潔明.自動化柴油發電機組的智能化控制與監測[J].煤礦機電，2005,26(5):62-64.

[4] 侯 輝.柴油發電機組“自動頻載調節、解列”失靈的檢修[J].中國修船，2005(1)：29-31.

[5] 袁 春，張壽珍.柴油發電機組[M].北京:人民郵電出版社，2003.