(渤海船舶職業(yè)學院,遼寧 葫蘆島 125000)

為了檢測柴油發(fā)電機組中發(fā)電能力的各項指標，根據(jù)溶液中離子導電原理，設(shè)計制造電解質(zhì)溶液阻性負載發(fā)電機檢測設(shè)備。檢測設(shè)備由電解質(zhì)溶液阻性負載和高精度多功能數(shù)顯檢測儀表兩部分組成。

1 電解質(zhì)溶液阻性負載的工作機理

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

不同濃度電解質(zhì)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(zhì)的量的電解質(zhì)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(shù)，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(shù),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(xù)調(diào)整電極的間距、電極的面積實現(xiàn)連續(xù)變化。

如果把電極設(shè)計成為可在電解液中調(diào)節(jié)電極面積或電極距離的結(jié)構(gòu)形式,便可以解決電阻的連續(xù)變化的問題。

由于開發(fā)發(fā)電機組的功率為不同系列產(chǎn)品，需要根據(jù)電極之間的不同阻值測試0～100 kW之間不同功率，測試時應(yīng)隨著電極在電解質(zhì)中的動態(tài)變化，同相應(yīng)的電解質(zhì)導電能力配合，完成100 kW跨度的功率測試，電解質(zhì)的導電能力是必須考慮的主要問題。

圖1為電導率與物質(zhì)的量濃度的關(guān)系圖，由圖1可知：電解質(zhì)中所有物質(zhì)的濃度在一定值的范圍內(nèi)時，隨著物質(zhì)濃度的升高，電導率呈上升趨勢?？梢酝ㄟ^調(diào)整電解質(zhì)的濃度來調(diào)節(jié)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(zhì)的量濃度的關(guān)系

Na Cl=Na++Cl-

(4)

根據(jù)水溶液和鹽水溶液的導電性，研制設(shè)計利用水和鹽水電解質(zhì)溶液作為發(fā)電機組檢測用負載的檢測設(shè)備。

2 可調(diào)純阻性負載的設(shè)計制造

為測量出發(fā)電機在帶動不同負載時所發(fā)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(shù)[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(diào)整電極在電解質(zhì)溶液中的深度來調(diào)節(jié)負載的阻值，測試發(fā)電機組在不同功率下的各項參數(shù)值、在額定功率及過載運行狀態(tài)下的各項參數(shù)值。

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

圖2 可調(diào)水阻性負載工作示意

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

為保證電解質(zhì)容器表面的電位在安全范圍內(nèi)，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(zhì)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(shù)據(jù)見表1。

表1 電極深入電解質(zhì)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(jù)發(fā)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(shù)3%；頻率：0.5%。設(shè)計立式雙開門控制柜，面板內(nèi)嵌三項電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)、頻率共9塊指針式儀表。設(shè)計電感無級調(diào)速電路，設(shè)置相應(yīng)指示裝置，便于同時監(jiān)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(shè)計，便于功率因數(shù)從1.0到0.8之間的轉(zhuǎn)換，便于投切電感和電阻兩種負載，全面檢測發(fā)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(tài)不穩(wěn)定、電氣參數(shù)突變的現(xiàn)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(shù)監(jiān)督局科技司認定，可以直接檢測出機組的各項參數(shù)并打印，也可以與電控柜儀表數(shù)值相比對，增加測量可靠性。通過測試機組在加載發(fā)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(shù)性能指標，可通過液晶顯示屏直接顯示出發(fā)電機組在不同加載狀況下各項參數(shù)，同時通過設(shè)定打印機打印出發(fā)電設(shè)備在不同瞬間的各項參數(shù)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(shù)的缺陷，也可以避免連續(xù)性試驗中記錄不及時準確的缺點。

4 檢測設(shè)備的檢測與分析

為檢驗發(fā)電機檢測設(shè)備的精確性、穩(wěn)定性，對設(shè)備進行市電檢測，結(jié)果見表2。

表2 2009-10-13市電檢測試驗結(jié)果

由表2可見，在不同功率下，各項電壓、電流數(shù)值比較平穩(wěn)，頻率基本保持在50 Hz左右，表明：此檢測設(shè)備性能穩(wěn)定、檢測數(shù)據(jù)精確，完全可以用于發(fā)電機組各項參數(shù)指標的檢測。

5 結(jié)論

電極之間的電阻值可以通過連續(xù)調(diào)整電極的間距、電極的面積實現(xiàn)連續(xù)的變化，據(jù)此設(shè)計制造可調(diào)純阻性負載，應(yīng)用于電控測試儀器。從實驗結(jié)果可知，采用本文設(shè)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(chǔ)上可以通過實驗，對電解質(zhì)溶液中摩爾電導率與各種離子間關(guān)系作進一步研究，可望設(shè)計出性能更加穩(wěn)定、精確的電控測試儀器設(shè)備，對檢測設(shè)備的發(fā)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(fā)電機組監(jiān)控與動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計[J].柴油機，2009,31(2)：17-18.

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

[4] 侯 輝.柴油發(fā)電機組“自動頻載調(diào)節(jié)、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(fā)電機組[M].北京:人民郵電出版社，2003.