低壓柴油機式電力應急電源車檢測及缺陷分析

李 旭 盧嘉俊 潘 敏

低壓柴油機式電力應急電源車檢測及缺陷分析

李 旭1盧嘉俊2潘 敏2

（1. 廣東產品質量監督檢驗研究院，廣州 510670； 2. 國家智能電網輸配電設備質量檢驗檢測中心（廣東），廣東 東莞 523325）

作為保障供電的重要設備，低壓柴油機式電力應急電源車的可靠性尤為重要。本文選取10輛現役應急電源車，根據所選電源車的特點設計檢測方案并開展質量檢測，對發現的質量缺陷進行分析，以期為電力應急電源車使用方、供應商及檢測機構在設備采購、驗收、使用、報廢、鑒定及質量檢測方面提供參考。

電源車；保供電；檢測；缺陷分析

0 引言

低壓柴油機式電力應急電源車由底盤車、柴油發電機組、輸配電及操控箱、電纜絞盤等組成，對外輸出三相/單相電，主要為重要場所、重大活動提供應急不間斷供電保障，適用于市區、野外及搶險救災等場所[1-2]。隨著我國經濟的發展，社會物質生活和文化生活質量不斷提高，城市供電可靠性要求越來越高[3]，對應對各種意外事故的電力應急電源車的需求也越來越多，特別是近幾年氣候異常多變，雪災地震時有發生，電力應急電源車的使用成為保證各級供電系統配電網可靠運行的重要手段[4]。因此，電力應急電源車的運行質量和可靠性極為重要。

電源車功率大、體積大，國內能開展電源車檢測的實驗室相對較少，因此使用方在驗收時往往僅由供應商進行簡單帶載運行甚至只進行配置檢查即完成驗收，導致電源車質量無法得到保障；而對于使用多年的電源車，定期檢測的重要性被嚴重忽略，通常只憑使用經驗判斷能否繼續使用或直接降容使用，導致電源車在使用時的故障率高、可靠性低[5-7]；同時，電源車的配套電纜未做好定期檢查管理和評估，存在線徑不配套、絕緣破損和老化等現象[8]，均給保供電帶來了不可預估的安全隱患。鑒于此，本文結合實際檢測案例詳細介紹電力應急電源車的檢測全過程，并對發現的質量缺陷進行分析，以期為電力應急電源車使用方、供應商及檢測機構在設備采購、驗收、使用、報廢、鑒定及質量檢測方面提供參考。

1 檢測方案總體設計

電力應急電源車的應用已有多年，使用方更加關注現役電源車的質量，故在設計檢測方案時以涵蓋多家制造商、多種額定容量、多種使用年限的電源車為原則，共選取10輛現役電源車，涵蓋4家生產企業、3種額定容量和3個使用年限，檢測樣品信息如圖1所示。

為了更加全面客觀地掌握和分析電源車的質量數據，依據T/CSEE 0036—2017《低壓電力應急電源車通用技術要求》和QC/T 911—2013《電源車》標準[9-10]，選取外觀結構標識、安全、性能、功能及進出線單元五個方面共25個項目對電源車進行全面檢測[11]。檢測項目和要求見表1。

圖1 檢測樣品信息

表1 檢測項目和要求

（續表1）

2 智能檢測系統設計

電力應急電源車屬于大功率設備，輸出電壓為400V、輸出電流在280A以上，一旦出現事故，可能會導致電源車、測試設備損壞，甚至危及檢測人員生命安全。為此，自主設計一套智能檢測系統，實現負載自饋式自動投切、數據實時監控及數據遠程采集功能[12-13]，確保試驗能夠安全順利開展。

智能檢測系統由可調負載、電壓電流傳感器、穩態和瞬態數據采集儀、負載監控設備、發電機組監控設備、無線視頻監控和主控臺組成。智能檢測系統原理如圖2所示。

圖2 智能檢測系統原理

3 檢測要求和方法

根據標準，可采用額定功率因數負載進行試驗，也允許在功率因數為1.0的條件下進行，由制造商和用戶商定，本次檢測根據用戶意見，統一在功率因數為1.0的條件下進行試驗。

3.1 外觀結構、標識檢查

主要是針對整車廂體、油漆、防銹處理、焊縫、鉚釘鉚接、門鎖、底盤輔助支撐系統、銘牌、標識及安全標志等基本情況進行檢查。

3.2 進出線單元檢查

進出線單元包括電源接口、電力電纜、電纜接頭三部分，主要針對其功能是否正常、配置是否與電源車容量相匹配進行檢查，確保電源車使用過程中電力輸出的可靠性和安全性。

3.3 絕緣和接地檢查試驗

絕緣和接地檢查試驗包含絕緣電阻試驗、介電強度試驗和接地檢查三個項目，針對電源車的絕緣性能和接地可靠性進行測試，確保使用過程中不發生漏電、絕緣擊穿等安全事故。在進行絕緣電阻試驗和介電強度試驗時，應拆除回路中與主回路連接的二次設備。

1）絕緣電阻試驗

在環境溫度為15～35℃，空氣相對濕度為45%～75%，試驗電壓為DC 500V，試驗時間不小于5s的條件下，測量電源車柴油發電機組輸出回路對地的絕緣電阻，絕緣電阻值應符合表1中的要求。

2）介電強度試驗

電源車柴油發電機組輸出回路對地應能承受1.5kV的交流工頻電壓1min。試驗時，應無內部或外部的絕緣閃絡和擊穿或任何破壞性放電現象的發生，但輝光放電是允許的。

3）接地檢查

電源車需配有專用的車體接地裝置，接地裝置標有規定的符號或圖形。接地裝置包括長度不小于10m、截面積不小于25mm2的帶絕緣護套接地線和長度不小于900mm、直徑不小于16mm的接地棒。接地棒有效插入深度不小于600mm，接地線與接地棒的連接應可靠。

3.4 噪聲試驗

作業噪聲測量示意圖如圖3所示，按照圖3所指定的測量點A1、A2和A3，在電源車柴油發電機組輸出額定負載情況下，距地面1.6m，距電源車1m處測量各個點的噪聲，所測得的噪聲值應符合表1中規定。試驗過程中應確保各個測量點處的背景噪聲值小于該點作業噪聲允許值10dB(A)以下。

圖3 作業噪聲測量示意圖

3.5 穩態輸出性能

穩態輸出性能主要測試穩態電壓偏差、穩態頻率帶、輸出電壓不平衡度、輸出電壓諧波畸變率這4個參數，測試結果應符合表1中要求。

1）試驗方法

電源車柴油發電機組輸出端為空載，調整輸出交流電壓和頻率為額定值。在空載狀態下運行5min后，按照空載→25%額定負載→50%額定負載→75%額定負載→100%額定負載逐級加載運行，然后再按照100%額定負載→75%額定負載→50%額定負載→25%額定負載→空載逐級減載運行，在各個負載點穩定運行5min，期間按各參數要求記錄相關數據。穩態試驗加減載功率時序如圖4所示。

圖4 穩態試驗加減載功率時序

2）穩態電壓偏差

記錄整個試驗過程中的最高穩態電壓和最低穩態電壓，按照式（1）計算穩態電壓偏差st。

式中：st,max為負載漸變后的最高穩態電壓，對單相機組取各讀數中的最大值，對三相機組取三相電壓的平均值的最大值；st,min為負載漸變后的最低穩態電壓，對單相機組取各讀數中的最小值，對三相機組取三相電壓的平均值的最小值；r為額定電壓。

3）穩態頻率帶

分別記錄0→25%→50%→75%→100%各級負載下頻率波動的包絡線寬度，按照式（2）計算穩態頻率帶f。

4）輸出電壓不平衡度

記錄空載下的負序電壓不平衡度和零序電壓不平衡度，取兩者中的較大值作為測量結果。

5）輸出電壓諧波畸變率

分別記錄空載和額定負載下的輸出電壓諧波畸變率。

3.6 瞬態輸出性能

瞬態輸出性能主要測試瞬態電壓偏差、瞬態電壓恢復時間、瞬態頻率偏差和瞬態頻率恢復時間這4個參數，測試結果應符合表1中要求。

1）試驗方法

電源車柴油發電機組輸出端為空載，調整輸出交流電壓和頻率為額定值。在空載狀態下運行5min后，按照空載→50%額定負載→100%額定負載突加負載1次，然后再按照100%額定負載→50%額定負載→空載突減負載1次，并在各個負載點穩定運行5min，測量每次突變負載過程中的瞬態電壓、瞬態電壓恢復時間、瞬態頻率和瞬態頻率恢復時間。瞬態試驗加減載功率時序如圖5所示。

2）瞬態電壓偏差

圖5 瞬態試驗加減載功率時序

式中：dyn,min為負載突加時下降的最低瞬時電壓，對三相機組，取三相線電壓的平均值；dyn,max為負載突減時上升的最高瞬時電壓，對三相機組，取三相線電壓的平均值。

3）瞬態電壓恢復時間

電源車柴油發電機組在負載突加和突減時的瞬態電壓特性如圖6所示，在負載突加和突減瞬間電壓開始波動，從負載變化瞬間開始至電壓恢復并保持在規定穩態電壓容差帶（D=8V）內瞬間為止的間隔時間即瞬態電壓恢復時間，u,in為負載突加后的瞬態電壓恢復時間，u,de為負載突減后的瞬態電壓恢復時間。

圖6 瞬態電壓特性

4）瞬態頻率偏差

式中：d,min為最小瞬時下降（或下沖）頻率；d,max為最大瞬時上升（或上沖）頻率。

5）瞬態頻率恢復時間

電源車柴油發電機組在負載突加和突減時的瞬態頻率特性如圖7所示，在負載突加和突減瞬間頻率開始波動，從頻率離開穩態頻率帶開始至其永久地重新進入規定的穩態容差帶（Δ=1Hz）為止的間隔時間即瞬態頻率恢復時間，f,in為負載突加后的瞬態頻率恢復時間，f,de為負載突減后的瞬態頻率恢復時間。

圖7 瞬態頻率特性

3.7 帶載運行試驗

帶載運行是電源車最基本的功能，帶載運行試驗中，電源車柴油發電機組應能在100%額定載荷下保持正常運行60min，且不應出現漏油、漏水、漏氣現象。

考慮到部分電源車使用時間已久，可按委托方指定的負載降容進行試驗。

3.8 相對的電壓整定范圍

相對的電壓整定范圍包括下降范圍和上升范圍，電源車發電機組按照空載→25%額定負載→50%額定負載→75%額定負載→100%額定負載逐級加載運行，在各級負載下，分別調節電壓整定裝置到兩個極限位置，記錄兩個極限位置的穩定電壓值，分別按照式（7）和式（8）計算相對的電壓整定下降范圍Us,do和電壓整定上升范圍Us,up。

式中：s,do為下降調節電壓；s,up為上升調節電壓。

3.9 功能試驗

1）檢查常溫起動和帶載

電源車柴油發電機組在常溫（非增壓機組不低于5℃、增壓機組不低于10℃）下經3次起動應能成功，兩次起動的時間間隔應不小于20s。起動成功后應能在3min內帶額定負載運行。

2）急停功能

電源車應在明顯且便于操作的位置設置急停按鈕，能夠在緊急情況下使柴油發電機組停機。

3）過電壓保護、欠電壓保護、過載保護

為了避免電源車在試驗過程中受損，保護功能均通過改變保護定值進行模擬檢測，即將保護動作閾值調整至低于額定值，使電源車在額定狀態下就能驗證保護功能是否能正確及時啟動。

4）監測功能

在電源車空載和帶載運行過程中，檢查電源車監控模塊監測的各種參數和狀態是否正確。

4 綜合檢測結果

本次檢測樣本共有10輛電源車，發現質量缺陷的電源車為10輛，質量缺陷發現率為100%，質量缺陷項目9項。低壓柴油機式電源車質量缺陷項目統計見表2。

表2 低壓柴油機式電源車質量缺陷項目統計

5 質量缺陷分析

經檢測，本文選取的10輛現役電力應急電源車共發現9個質量缺陷，經過梳理歸納為8類。

5.1 外觀結構和標識檢查質量缺陷

因所選樣本為使用6年以上的電源車，故外觀結構和標識檢查質量缺陷發現率達到100%，主要包括由于長期惡劣環境下使用導致的車身油漆漆膜脫落、操作不當導致的門板液壓桿無法支撐的缺陷，由于設計缺陷導致的電源車底盤輔助支撐系統的每個支撐件不能單獨調節的問題，以及對銘牌標識重要性認識不足造成的電路圖標牌缺失、銘牌標識內容不完整等現象。

支撐件不能單獨調節的缺陷可能使電源車在地面不平整的現場運行時無法保持平穩，進而導致機組振動加劇，引起供電不穩定甚至損壞發電機組。銘牌標識缺陷可能導致電源車使用不規范甚至超范圍使用，從而引發安全事故。

5.2 絕緣電阻試驗質量缺陷

本次送檢車輛中，有3輛電源車的輸出回路對地冷態絕緣電阻不到1MW，不滿足安全運行要求，質量缺陷發現率為30%。經分析發現，存在上述質量缺陷的電源車均已使用10年以上，說明達到一定使用時間后，電源車內部線路開始出現老化現象，絕緣性能下降，因此應定期檢測，確保使用安全。

5.3 接地檢查質量缺陷

接地檢查質量缺陷發現率高達到70%，接地檢查檢測結果見表3。

表3 接地檢查檢測結果

缺陷主要是接地棒長度小于900mm，直徑小于16mm或沒有配備接地棒，如圖8和圖9所示。造成這一缺陷的原因眾多，比如制造商未配置接地棒或配置的接地棒不符合要求，或者使用單位疏于保管而丟失，或者是由于損壞或丟失后自行更換的接地棒不符合要求。但無論哪種原因，均說明制造商或使用單位對接地棒的重要性認識不足，接地棒的重要性在于確保接地的可靠性，只有接地可靠，才能確保電源車運行安全，不發生漏電觸電事故。

圖8 接地棒長度小于900mm

圖9 接地棒直徑小于16mm

5.4 噪聲質量缺陷

噪聲質量缺陷發現率高達80%，噪聲檢測結果見表4。

表4 噪聲檢測結果

電源車噪聲主要來源于發電機組，發電機組的噪聲成分比較復雜，主要噪聲源由以下幾部分組成：發動機本體機械噪聲、燃燒噪聲、進排風噪聲、冷卻風扇噪聲及發電機電磁噪聲[14]。

針對發電機組噪聲源分布及聲學特性，為高效控制噪聲，應采取在聲源處減弱、在傳播過程中減弱兩種方法實現降噪，即：合理設計減振結構，采取吸音、隔音、消音等方法對發電機組各部分的噪聲進行處理[15]。因此，噪聲質量缺陷主要是由于設計缺陷或降噪措施老化導致。

5.5 穩態輸出性能質量缺陷

穩態輸出性能質量缺陷發現率為20%，穩態輸出性能檢測結果見表5。

表5 穩態輸出性能檢測結果

由表5可知，有2輛電源車的輸出電壓諧波畸變率不符合要求，主要表現在輸出額定負載時，輸出電壓諧波畸變率均超過5%的限值，這2輛電源車在試驗過程中的輸出電壓諧波畸變率變化趨勢分別如圖10和圖11所示，可以看到諧波畸變率和負載容量成正比，隨著負載逐級增加，輸出電壓諧波畸變率也隨之變大。經分析，這2輛電源車裝載了同一型號的柴油發電機組，可能是由于該型號機組的磁極制造工藝存在缺陷或磁路飽和導致氣隙磁場畸變，從而導致諧波含量較高[16]。

在發電機組正常運行時，諧波的存在會增加發電機組的損耗，加劇電氣設備的熱應力現象，造成發電機組額定出力降低，損耗有磁滯損耗和渦流損耗，會直接導致鐵心溫度升高和發電機效率降低，從而阻礙發電機額定出力的上升，而且在諧波影響下，發電機繞組會過熱[17]，還會使測量儀表和保護裝置產生測量誤差，可能導致保護誤動作[18]。

圖10 1號電源車輸出電壓諧波畸變率變化趨勢

圖11 2號電源車輸出電壓諧波畸變率變化趨勢

另外，有1輛（7號）電源車在試驗加載過程中報欠頻和低油壓而自動停機，僅完成輸出電壓不平衡度項目的測量。經分析，該電源車發電機組在75%額定負載加至100%額定負載時，由于加載功率達到滿載，為滿足滿載輸出會加大供油量，當油路存在老化或堵塞的情況時，會出現燃油供應不足而導致轉速降低，引起輸出頻率下降超限，觸發欠頻保護停機。同時，發動機內部溫度過高會導致機油黏度變低，造成油壓降低超限，觸發低油壓保護停機。

其余7輛電源車的穩態輸出性能均未發現質量缺陷，說明穩態性能參數反映的是電源車最基本的性能，制造商比較重視，且制造商基本具備測試條件，能較好地保障穩態性能指標。

5.6 瞬態輸出性能質量缺陷

瞬態輸出性能質量缺陷發現率為20%，瞬態輸出性能檢測結果見表6。

由表6可知，有2輛電源車的瞬態頻率偏差不符合要求，均表現為在50%額定負載加至100%額定負載的過程中偏差超過-7%的限值，這2輛電源車的瞬態頻率變化趨勢分別如圖12和圖13所示。

表6 瞬態輸出性能檢測結果

圖12 2號電源車瞬態頻率變化趨勢

圖13 10號電源車瞬態頻率變化趨勢

在突加負載時，大功率負載的突然接入，給發電機組造成很大沖擊，機組的阻力矩增加導致轉速降低，引起輸出頻率下降[19]。發電機組應通過及時調速逐漸提高輸出頻率，使瞬態頻率偏差不超過-7%，并使輸出頻率在3s內恢復到額定頻率。

經分析，導致瞬態頻率偏差超過限值的原因有多種：一是燃油油路受阻，造成燃油供給不足、噴油量減少，從而導致輸出功率達不到預期；二是油門執行器、轉速傳感器或控制器參數失效導致調速達不到預期[20]；三是長時間使用導致發電機組老化。

另外，同穩態輸出性能試驗一樣，7號電源車在試驗加載過程中報欠頻和低油壓而自動停機，其瞬態輸出性能指標未能進行驗證。停機是在50%額定負載加至100%額定負載時發生，具體原因與穩態輸出性能試驗基本相同。

5.7 帶載運行試驗質量缺陷

帶載運行試驗質量缺陷發現率為20%，帶載運行試驗檢測結果見表7。

表7 帶載運行試驗檢測結果

由表7可知，有2輛電源車未能完成帶載運行試驗，分別是因欠電壓保護停機和冷卻液位低保護停機導致試驗無法完成，通過試后對電源車的檢查確認告警是由傳感器故障引發，并非機組本身的問題。

另外，有4輛電源車因長期使用出現老化，無法按銘牌額定容量帶載，故按委托方要求降容進行試驗。其中，有3輛額定功率均為200kW，分別降低到180kW、170kW、160kW進行試驗，有1輛額定功率為500kW，降低到400kW進行試驗。這說明機組使用達到一定時間后，在維護保養方面需多注意冷卻系統、油路、機組內各類傳感器的情況，且老化后應降容使用更安全，使用方應及時對電源車進行測試，確定降容系數，保障可靠運行。

5.8 常溫起動和帶載質量缺陷

只有1輛（7號）電源車發現常溫起動和帶載質量缺陷，主要表現在發電機組能正常起動，但起動后在加載過程中報欠頻和低油壓而自動停機，多次嘗試也未能加載達到額定容量，具體原因與穩態輸出性能試驗基本相同。

6 結論

本文選取了10輛現役電力應急電源車，從外觀結構標識、安全、性能、功能及進出線單元五個方面進行了共25項檢測，發現了9個質量缺陷，從質量缺陷分析可得出以下結論和建議：

1）外觀結構、銘牌標識、接地和噪聲質量缺陷發現率較高，由于在電源車實際使用過程中，這些質量缺陷的影響不太明顯，因而容易被忽視。供應商和使用方均應提高質量和安全意識，使用方還可通過嚴格驗收和加強日常維護保養的方式來降低上述質量缺陷的發生率。

2）帶載運行試驗質量缺陷發現率雖然只有20%，但實際上還有4輛是降容測試，說明共有6輛電源車無法滿載運行，且測試電源車均已使用6年以上，因此建議電源車使用滿5年時，應進行穩態輸出性能、瞬態輸出性能和帶載運行試驗以確定能否滿載運行，并根據檢測結果確定能否降容使用及降容使用的容量，確保電源車使用安全可靠，延長電源車使用壽命。

3）穩態和瞬態輸出性能是電源車可靠供電的基本性能，也是發電機組綜合能力的體現，通過這兩項性能測試能全面深入地發現發電機組存在的質量缺陷，以便及時分析和排查故障，確保供電質量和可靠性。

4）使用一定時間后的電源車或多或少存在質量缺陷，但某些質量缺陷并不影響電源車的正常使用，或者可根據質量缺陷和實際使用需求降容使用，但現行相關標準均為針對新電源車的技術要求和判定準則，不宜直接作為使用一定時間的電源車合格與否的評價標準，建議使用方可根據自身實際使用情況建立現役電源車評價體系，根據電源車不同使用年限和使用條件提出相應的技術要求、測試方法和判定準則，以便更科學準確地評估現役電源車質量。

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Test and defect analysis of low-voltage diesel generator emergency power supply vehicle

LI Xu1LU Jiajun2PAN Min2

(1. Guangdong Testing Institute of Product Quality Supervision, Guangzhou 510670; 2. China National Quality Testing and Inspection Center for Smart Grid Transmission and Distribution Equipment (Guangdong), Dongguan, Guangdong 523325)

As an important equipment to guarantee power supply, the reliability of low-voltage diesel generator emergency power supply vehicles is particularly important. For this reason, 10 active emergency power supply vehicles are selected in this paper. According to the characteristics of the selected power supply vehicles, testing schemes are designed and quality testing is carried out. The quality defects found are analyzed. It is expected to give some reference to the users, suppliers and testing institutions of emergency power supply vehicles in the procurement, acceptance check, use, scrap, identification and quality testing of the equipment.

power supply vehicle; guarantee power supply; test; defect analysis

2023-10-12

2023-12-09

李 旭（1979—），男，廣東省揭陽市人，碩士，高級工程師，主要從事高低壓輸配電設備檢測認證工作。