简述美军发电机组产品系列的发展状况
2010-06-21中国电器工业协会内燃发电设备分会杨俊智张洪战
中国电器工业协会内燃发电设备分会 杨俊智 张洪战
为了加强对军用移动电站-发动机驱动的发电机组的管理，实现产品标准化，保证零部件的通用性、互换性、维修性，美国国防部发布4120.11号指令，授权美国海军和陆军分别制订了MIL-STD-1332和MIL-STD-633两项军用发电机组产品系列标准。标准系列内的产品将得到最大限度的使用，从而减少后勤保障要求，以最少的型号和规格满足部队需求。美国国防部在4120.11号指令及相应的标准中规定，列于MIL-STD-633中的发电机组是唯一授权采购的产品。假如国防部各部门需求的发电机组不在标准系列之中，或有不同的维护要求，则应在形成采购文件之前向发电机组（PM-MEP）项目管理者提出建议并获得同意。MIL-STD-1332B于1973年发布，2001年重新确认。该标准对划分为战术型和基本型，并再划分为精密类和通用类的国防部标准系列发电机组的使用准则给出了定义。向用户提供国防部标准系列发电机组运行特性概况，是MIL-STD-633等标准的参考和指导文件。MIL-STD-633E于1980年发布，1998年重新指定为手册（MIL-HDBK-633）。MIL-STD-633E提供了经国防部批准的发电机组系列产品的机械、电气特性和后勤资料的详细信息。这两项标准虽然发布时间较早，但其指导思想和技术内容仍有许多可借鉴之处。下面简要介绍这两项标准的主要内容，并结合我国有关标准进行必要的对比分析，供有关部门和人员参考。
1 功率序列及产品分类
1.1 功率序列
美军发电机组的功率序列为：0.5，1.5，3，5，10，15，30，60，100，150，200，500，750kW。共计十三种。此外还有一种是总功率为93kW的交直流移动电站。功率种类虽然比我国军用发电机组的少得多，但功率范围却更宽，具体数值也有差别。
1.2 产品分类
发电机组按型号、类别和制式分类如下。
1.2.1 型号
1.2.1.1 型号I——战术型
设计的发电机组应有很好的机动性，直接支持军事活动。在这种情况下，发电机组的输出电压是标准的、但并不是单一的，输出电压不需要变换或不需要笨重的配电系统而直接使用。相对于重量轻、体积小和机动性好而言，寿命特性是次要的。
型号I——基本型
设计的发电机组将在周期较长的半固定场所长期使用。相对于较长的寿命和可靠性而言，重量、体积和机动性是次要的。发电机组的输出电压通常较高，需要配电系统并变换成负载区域的市电电压。基本型发电机组可以超出战术型发电机组的最大重量。
1.2.2 类别
1.2.2.1 类别1——精密类
发电机组为紧急使用而设计，能对电压和频率性能进行精密控制。
1.2.2.2 类别2——通用类
发电机组为一般用途而设计。从与商业配电系统等效或兼容（类别2A）到要求对电压和频率控制最小的市电用途（类别2C）,交流通用类共分3级。
1.2.3 制式
（1）制式I。发电机组可在50Hz或60Hz下运行。
（2）制式II。发电机组在400Hz下运行。
（3）制式III。发电机组仅在60Hz下运行。
（4）制式IV。发电机组提供直流输出。
我国军用发电机组标准目前尚无类似的分类规定。
1.3 输出电压等级
交流发电机组的输出电压等级共有下列七种：120V、240V、120/240V、120/208V、240/416V、2400/4160V、2400V。直流输出为28V。
输出电压等级与我国产品的也有差异。
产品种类
功率序列与型号、类别及制式组合，美军发电机组共有下列41种产品。其中有5种已不再生产。
交流发电机组的输出电压与相应的功率见表1。
2 环境条件
美军发电机组工作的环境温度和海拔高度范围见表2。
美军发电机组工作的环境温度较我国标准的规定苛刻，但海拔高度较低。
3 电气性能指标
1.3.1 交流发电机组。
交流发电机组的电气性能指标见表3。
2.是对三线机组的规定。对单相组，指标值应增加1%。
3.三相输出的空载机组，任意两线间施加25%额定电流的阻性负载。（不适用于单相机组）。
4.对制式II发电机组，上升整定电压为＋10%额定电压。对制式I发电机组，按50Hz运行时，上升整定电压可限制在表2，注4所示的标称电压。
5.该数值是对15 kW及以上机组的规定。
1.3.2 直流发电机组。
直流发电机组的电气性能指标见表4。
在考虑了美军发电机组的电压等级、频率、性能参数的定义及试验方法与我国标准的差异及直流机组的多样性等因素后，大多数指标仍有一定的可比性。例如，美军标的电压（频率）带宽对应我国标准的电压（频率）波动率（指标值/2）、瞬态电压上升（下降）对应瞬态电压调整率等待。总体上看，美军标规定的电气性能指标与我国标准规定的先进性程度相当。
4 美军产品的其他特点
4.1 高度重视安全性
美国电力法规要求，对地端电压超过150V的发电
机组运行时，应当有对地最大电阻不超过25欧姆的接地体。并且有标准的接地棒及接地棒拆除器。要求发电机组的使用场所必须有完备的防火措施，如使用灭火器，火花俘获器（30kW及以下几组在森林及公园运行时）。强调噪声的危害及防护。
4.2 充分利用并联技术
15kW-750kW发电机组既可以单机运行，也可以并联运行。这是提高供电可靠性及减少品种规格的有效措施。
4.3 启动电动机能力要求高
15到200kW的1类（精密型）柴油发电机组直接启动电动机的能力为：每千瓦发电机组启动每马力发电机。15到200kW的2类（通用型）柴油发电机组直接启动电动机的能力为：每1-1/2千瓦发电机组启动每马力发电机。电动机的额定启动电流见NEMA规则F，电机上应有与其转动惯量相同的飞轮。起动成功的定义是在安全装置未动作的情况下电机加速到额定转速。
4.4 防冻装置（低温启动措施）先进
4.4.1 3、5和10kW汽油发电机组的防冻装置可使机组在-25。F低温下启动运行。5到10kW柴油发电机组防冻装置由带有阻燃层的尼龙罩组成，包括使用时支撑尼龙罩的框架。预热发动机和油底壳的热量来自相互独立的加热器和蓄电池组。装置包括燃油空气加热器、燃油箱、电池组以及装置正确运行所需要的控制装置。
表1 60Hz、50/60Hz 、400Hz发电机组标准电压连接
表2 美军发电机组工作环境条件
4.4.2 15-200kW柴油发电机组的防冻系统在-65。F的低温环境下预热冷却液和润滑油。在环境温度低于-25。F时，必须使用外部直流电源来启动发动机。此直流电源可以从辅助防冻设备或者其他辅助蓄电池组（车辆蓄电池组）来获得。当电源可持续获得时，电气防冻设备更适合维持机组处于备用状态。但是，燃油防冻设备可使冰冷环境下的机组快速达到运行温度，因此无电时可以使用这种防冻设备。
当要求发电机组迅速启动时，电气防冻设备使用外部电源维持机组的冷却液和润滑油处于正常运行温度下。安装了防冻设备后，在-65。F到125。F的温度范围内，机组可以在启动开始后20s内加速并带75%额定负载，前提是假定启动前机组的温度已达到稳定。电气防冻设备可以安装在已有燃料防冻设备的机组上。电气防冻设备运行所需电能可以从205到240V、50/60Hz或者400Hz、单相电源上获得。对于15、30、60kW机组，这些防冻设备消耗大约3kW功率，100kW机组消耗2.5kW，200kW机组消耗4kW。
表3 交流发电机组电气性能参数
表5 电气性能参数(最大或最小限值，若适用),直流,通用类
燃油防冻设备通过燃烧发电机组燃油箱中的燃油来预热机组的冷却液和润滑油。如果发电机组安装了电气防冻设备，那么在电气防冻设备手册上列出的额外的部件必须能够适应于这两种防冻设备。
当电源可持续获得时，辅助电气防冻设备用来给蓄电池提供可靠的外部电源，以便在-65。F的低温环境下启动发电机组。此套设备由绝缘容器、电加热器、蓄电池组、蓄电池充电器、控制电路和附属电缆组成。发电机组在-65。F运行5个小时后，加热器将维持蓄电池电解液不低于32华氏度。蓄电池充电器将维持防冻设备蓄电池和发电机组蓄电池处于满充状态。设备运行的电源要求是205到240V、50到400Hz单相电源、1.2千瓦。
辅助燃油防冻设备用来给蓄电池提供可靠的外部电源，以便在-65。F的低温环境下启动发电机组。此套设备由绝缘容器、蓄电池组、热空气燃油加热器、控制箱、蓄电池充电器、控制电路、附属电缆和全套燃油系统构成。在-65。F运行1h后，热空气加热器置将维持电池电解液不低于-25。F。空气加热器的燃油类型与发电机组用油一致。油箱容量应能保证在-65。F环境下连续运行30h。内装的蓄电池充电器可以从市电或者运行的机组上获得电力来给机组蓄电池和防冻设备蓄电池充电。500kW、750kW也有相应的防冻系统。
4.5 预防机组低负荷运行措施
负载箱由平衡的三相、四线、风冷、阻性负载组成，与负载较轻的发电机一起使用。使用本装置可使发电机组在接近50%的额定负载下运行，防止机组在不到40%额定负载下运行导致发动机燃烧室严重积碳。在输出电压为120/208V或者240/416V时,可按发电机组额定负载的12.5%来选择该附加负载。为了防止机组过载，负载箱还具有自动卸载功能。自动卸载后需要手动复位。根据机组额定负载的大小，负载箱可安装在发电机组的上部或者前部。
5 结束语
美军发电机组标准系列功率序列少，功率范围宽，标准化、通用化程度高。在满足使用的前提下，并未追求过高的指标，而是根据产品的不同用途，综合考虑体积、重量、机动性、可靠性及性能指标，以期达到最佳的综合效益。美军高度重视安全性，充分保证军用发电机组的环境适应性和应急作战能力，其指导思想和技术内容值得我们借鉴。
