柴油发电机组电控测试仪器的设计制造

(渤海船舶职业学院,辽宁 葫芦岛 125000)

为了检测柴油发电机组中发电能力的各项指标，根据溶液中离子导电原理，设计制造电解质溶液阻性负载发电机检测设备。检测设备由电解质溶液阻性负载和高精度多功能数显检测仪表两部分组成。

1 电解质溶液阻性负载的工作机理

对发电机的检测需要在了解电极在电解质溶液中工作原理[1]的情况下对不同负载做出连续检测。

不同浓度电解质溶液的离子的摩尔电导率∧m不同，而摩尔电导率为单位长度的电极板间含有单位物质的量的电解质溶液的电导：

∧m=κ/C,S·m2·mol-1

(1)

式中:κ——电导率，为电阻率的倒数，即两电极间单位面积距离为单位长度时的溶液的电导，

κ=1/ρ=K(1/A)·G,S·m-1。

其中:K(1/A)——电导池常数,K(1/A)=L/A,

A——电极面积;

L——电极间距；

G——电导。

∧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)

通过上式可以看出：电极之间的电阻值可以通过连续调整电极的间距、电极的面积实现连续变化。

如果把电极设计成为可在电解液中调节电极面积或电极距离的结构形式,便可以解决电阻的连续变化的问题。

由于开发发电机组的功率为不同系列产品，需要根据电极之间的不同阻值测试0～100 kW之间不同功率，测试时应随着电极在电解质中的动态变化，同相应的电解质导电能力配合，完成100 kW跨度的功率测试，电解质的导电能力是必须考虑的主要问题。

图1为电导率与物质的量浓度的关系图，由图1可知：电解质中所有物质的浓度在一定值的范围内时，随着物质浓度的升高，电导率呈上升趋势。可以通过调整电解质的浓度来调节电极在溶液中面积一定时两电极之间的阻值。

图1 电导率与物质的量浓度的关系

Na Cl=Na++Cl-

(4)

根据水溶液和盐水溶液的导电性，研制设计利用水和盐水电解质溶液作为发电机组检测用负载的检测设备。

2 可调纯阻性负载的设计制造

为测量出发电机在带动不同负载时所发出电的相电压、线电压、相电流、频率、视在功率、有功功率、无功功率等参数[2-3]，选用水溶液和盐水溶液作为电阻，采用20号钢管(GB/T3091—2000)作为电极，通过调整电极在电解质溶液中的深度来调节负载的阻值，测试发电机组在不同功率下的各项参数值、在额定功率及过载运行状态下的各项参数值。

在前面介绍过，电极之间的电阻值可以通过连续调整电极的间距、电极的面积实现连续变化。但由于调整电极的间距在机械设计方面不易实现，在设计时，采用调整电极面积的方式实现负载阻值的连续性变化，见图2。

图2 可调水阻性负载工作示意

通过旋转手轮，利用钢丝绳拉动可升降支架调整电极深入电解质溶液的深度L，来调整电极在电解质中的面积。

为保证电解质容器表面的电位在安全范围内，在制作电极时尽可能保证各电极之间角度一致(三相平衡)。为测试三相平衡情况及任两极之间的电阻值，选用电阻测试仪器与负载连接，测试电极在深入电解质溶液不同深度时的阻值，见图3。

图3 两电极之电阻测试原理示意

不同水深的一组电阻数据见表1。

表1 电极深入电解质不同深度两极之间的电阻值 Ω

由表1可见，所制作的电极之间阻值分布情况良好，能基本保证平衡要求。

3 电控测试仪器的制造和选配

根据发电机组试验检测GB2820.6—1997中对检测装置精度的要求，满足如下电气准确度指标，电流：1.5%；电压：1.5%；有功功率：1.5%；无功功率：1.5%；功率印数3%；频率：0.5%。设计立式双开门控制柜，面板内嵌三项电压、电流、有功功率、功率因数、频率共9块指针式仪表。设计电感无级调速电路，设置相应指示装置，便于同时监视三相线电压、三相相电流的不平衡度。同时电感与电阻回路单独设计，便于功率因数从1.0到0.8之间的转换，便于投切电感和电阻两种负载，全面检测发电机组带负载能力[4-5]，电路见图4。

图4 测试部分电路简示意

为了克服水负载动态不稳定、电气参数突变的现象，同时选配便携式DZFC-1型电能综合分析测试仪，此仪表通过国家能源部科技司鉴定和国家技术监督局科技司认定，可以直接检测出机组的各项参数并打印，也可以与电控柜仪表数值相比对，增加测量可靠性。通过测试机组在加载发电过程中频率(f)、有功功率(P)、视在功率(S)、无功功率(Q)、相电压(UAB、UAC、UBC)、电流(I)等各项参数性能指标，可通过液晶显示屏直接显示出发电机组在不同加载状况下各项参数，同时通过设定打印机打印出发电设备在不同瞬间的各项参数值，从而避免采用普通检测仪器、仪表不能在同一瞬间测试出各项参数的缺陷，也可以避免连续性试验中记录不及时准确的缺点。

4 检测设备的检测与分析

为检验发电机检测设备的精确性、稳定性，对设备进行市电检测，结果见表2。

表2 2009-10-13市电检测试验结果

由表2可见，在不同功率下，各项电压、电流数值比较平稳，频率基本保持在50 Hz左右，表明：此检测设备性能稳定、检测数据精确，完全可以用于发电机组各项参数指标的检测。

5 结论

电极之间的电阻值可以通过连续调整电极的间距、电极的面积实现连续的变化，据此设计制造可调纯阻性负载，应用于电控测试仪器。从实验结果可知，采用本文设计制造的电控测试仪器，具有成本低、精度高、使用方便、实用等特点。在此基础上可以通过实验，对电解质溶液中摩尔电导率与各种离子间关系作进一步研究，可望设计出性能更加稳定、精确的电控测试仪器设备，对检测设备的发展具有重要意义。

[1] 傅献彩.物理化学[M].下册.5版.北京：高等教育出版社，2005.

[2] 闫 霞,益 斌.柴油发电机组监控与动态数据采集系统的设计[J].柴油机，2009,31(2)：17-18.

[3] 田慕玲，杨洁明.自动化柴油发电机组的智能化控制与监测[J].煤矿机电，2005,26(5):62-64.

[4] 侯 辉.柴油发电机组“自动频载调节、解列”失灵的检修[J].中国修船，2005(1)：29-31.

[5] 袁 春，张寿珍.柴油发电机组[M].北京:人民邮电出版社，2003.