簡述美軍發電機組產品系列的發展狀況

中國電器工業協會內燃發電設備分會 楊俊智 張洪戰

為了加強對軍用移動電站-發動機驅動的發電機組的管理，實現產品標準化，保證零部件的通用性、互換性、維修性，美國國防部發布4120.11號指令，授權美國海軍和陸軍分別制訂了MIL-STD-1332和MIL-STD-633兩項軍用發電機組產品系列標準。標準系列內的產品將得到最大限度的使用，從而減少后勤保障要求，以最少的型號和規格滿足部隊需求。美國國防部在4120.11號指令及相應的標準中規定，列于MIL-STD-633中的發電機組是唯一授權采購的產品。假如國防部各部門需求的發電機組不在標準系列之中，或有不同的維護要求，則應在形成采購文件之前向發電機組（PM-MEP）項目管理者提出建議并獲得同意。MIL-STD-1332B于1973年發布，2001年重新確認。該標準對劃分為戰術型和基本型，并再劃分為精密類和通用類的國防部標準系列發電機組的使用準則給出了定義。向用戶提供國防部標準系列發電機組運行特性概況，是MIL-STD-633等標準的參考和指導文件。MIL-STD-633E于1980年發布，1998年重新指定為手冊（MIL-HDBK-633）。MIL-STD-633E提供了經國防部批準的發電機組系列產品的機械、電氣特性和后勤資料的詳細信息。這兩項標準雖然發布時間較早，但其指導思想和技術內容仍有許多可借鑒之處。下面簡要介紹這兩項標準的主要內容，并結合我國有關標準進行必要的對比分析，供有關部門和人員參考。

1 功率序列及產品分類

1.1 功率序列

美軍發電機組的功率序列為：0.5，1.5，3，5，10，15，30，60，100，150，200，500，750kW。共計十三種。此外還有一種是總功率為93kW的交直流移動電站。功率種類雖然比我國軍用發電機組的少得多，但功率范圍卻更寬，具體數值也有差別。

1.2 產品分類

發電機組按型號、類別和制式分類如下。

1.2.1 型號

1.2.1.1 型號I——戰術型

設計的發電機組應有很好的機動性，直接支持軍事活動。在這種情況下，發電機組的輸出電壓是標準的、但并不是單一的，輸出電壓不需要變換或不需要笨重的配電系統而直接使用。相對于重量輕、體積小和機動性好而言，壽命特性是次要的。

型號I——基本型

設計的發電機組將在周期較長的半固定場所長期使用。相對于較長的壽命和可靠性而言，重量、體積和機動性是次要的。發電機組的輸出電壓通常較高，需要配電系統并變換成負載區域的市電電壓?；拘桶l電機組可以超出戰術型發電機組的最大重量。

1.2.2 類別

1.2.2.1 類別1——精密類

發電機組為緊急使用而設計，能對電壓和頻率性能進行精密控制。

1.2.2.2 類別2——通用類

發電機組為一般用途而設計。從與商業配電系統等效或兼容（類別2A）到要求對電壓和頻率控制最小的市電用途（類別2C）,交流通用類共分3級。

1.2.3 制式

（1）制式I。發電機組可在50Hz或60Hz下運行。

（2）制式II。發電機組在400Hz下運行。

（3）制式III。發電機組僅在60Hz下運行。

（4）制式IV。發電機組提供直流輸出。

我國軍用發電機組標準目前尚無類似的分類規定。

1.3 輸出電壓等級

交流發電機組的輸出電壓等級共有下列七種：120V、240V、120/240V、120/208V、240/416V、2400/4160V、2400V。直流輸出為28V。

輸出電壓等級與我國產品的也有差異。

產品種類

功率序列與型號、類別及制式組合，美軍發電機組共有下列41種產品。其中有5種已不再生產。

交流發電機組的輸出電壓與相應的功率見表1。

2 環境條件

美軍發電機組工作的環境溫度和海拔高度范圍見表2。

美軍發電機組工作的環境溫度較我國標準的規定苛刻，但海拔高度較低。

3 電氣性能指標

1.3.1 交流發電機組。

交流發電機組的電氣性能指標見表3。

2.是對三線機組的規定。對單相組，指標值應增加1%。

3.三相輸出的空載機組，任意兩線間施加25%額定電流的阻性負載。（不適用于單相機組）。

4.對制式II發電機組，上升整定電壓為＋10%額定電壓。對制式I發電機組，按50Hz運行時，上升整定電壓可限制在表2，注4所示的標稱電壓。

5.該數值是對15 kW及以上機組的規定。

1.3.2 直流發電機組。

直流發電機組的電氣性能指標見表4。

在考慮了美軍發電機組的電壓等級、頻率、性能參數的定義及試驗方法與我國標準的差異及直流機組的多樣性等因素后，大多數指標仍有一定的可比性。例如，美軍標的電壓（頻率）帶寬對應我國標準的電壓（頻率）波動率（指標值/2）、瞬態電壓上升（下降）對應瞬態電壓調整率等待?？傮w上看，美軍標規定的電氣性能指標與我國標準規定的先進性程度相當。

4 美軍產品的其他特點

4.1 高度重視安全性

美國電力法規要求，對地端電壓超過150V的發電

機組運行時，應當有對地最大電阻不超過25歐姆的接地體。并且有標準的接地棒及接地棒拆除器。要求發電機組的使用場所必須有完備的防火措施，如使用滅火器，火花俘獲器（30kW及以下幾組在森林及公園運行時）。強調噪聲的危害及防護。

4.2 充分利用并聯技術

15kW-750kW發電機組既可以單機運行，也可以并聯運行。這是提高供電可靠性及減少品種規格的有效措施。

4.3 啟動電動機能力要求高

15到200kW的1類（精密型）柴油發電機組直接啟動電動機的能力為：每千瓦發電機組啟動每馬力發電機。15到200kW的2類（通用型）柴油發電機組直接啟動電動機的能力為：每1-1/2千瓦發電機組啟動每馬力發電機。電動機的額定啟動電流見NEMA規則F，電機上應有與其轉動慣量相同的飛輪。起動成功的定義是在安全裝置未動作的情況下電機加速到額定轉速。

4.4 防凍裝置（低溫啟動措施）先進

4.4.1 3、5和10kW汽油發電機組的防凍裝置可使機組在-25。F低溫下啟動運行。5到10kW柴油發電機組防凍裝置由帶有阻燃層的尼龍罩組成，包括使用時支撐尼龍罩的框架。預熱發動機和油底殼的熱量來自相互獨立的加熱器和蓄電池組。裝置包括燃油空氣加熱器、燃油箱、電池組以及裝置正確運行所需要的控制裝置。

表1 60Hz、50/60Hz 、400Hz發電機組標準電壓連接

表2 美軍發電機組工作環境條件

4.4.2 15-200kW柴油發電機組的防凍系統在-65。F的低溫環境下預熱冷卻液和潤滑油。在環境溫度低于-25。F時，必須使用外部直流電源來啟動發動機。此直流電源可以從輔助防凍設備或者其他輔助蓄電池組（車輛蓄電池組）來獲得。當電源可持續獲得時，電氣防凍設備更適合維持機組處于備用狀態。但是，燃油防凍設備可使冰冷環境下的機組快速達到運行溫度，因此無電時可以使用這種防凍設備。

當要求發電機組迅速啟動時，電氣防凍設備使用外部電源維持機組的冷卻液和潤滑油處于正常運行溫度下。安裝了防凍設備后，在-65。F到125。F的溫度范圍內，機組可以在啟動開始后20s內加速并帶75%額定負載，前提是假定啟動前機組的溫度已達到穩定。電氣防凍設備可以安裝在已有燃料防凍設備的機組上。電氣防凍設備運行所需電能可以從205到240V、50/60Hz或者400Hz、單相電源上獲得。對于15、30、60kW機組，這些防凍設備消耗大約3kW功率，100kW機組消耗2.5kW，200kW機組消耗4kW。

表3 交流發電機組電氣性能參數

表5 電氣性能參數(最大或最小限值，若適用),直流,通用類

燃油防凍設備通過燃燒發電機組燃油箱中的燃油來預熱機組的冷卻液和潤滑油。如果發電機組安裝了電氣防凍設備，那么在電氣防凍設備手冊上列出的額外的部件必須能夠適應于這兩種防凍設備。

當電源可持續獲得時，輔助電氣防凍設備用來給蓄電池提供可靠的外部電源，以便在-65。F的低溫環境下啟動發電機組。此套設備由絕緣容器、電加熱器、蓄電池組、蓄電池充電器、控制電路和附屬電纜組成。發電機組在-65。F運行5個小時后，加熱器將維持蓄電池電解液不低于32華氏度。蓄電池充電器將維持防凍設備蓄電池和發電機組蓄電池處于滿充狀態。設備運行的電源要求是205到240V、50到400Hz單相電源、1.2千瓦。

輔助燃油防凍設備用來給蓄電池提供可靠的外部電源，以便在-65。F的低溫環境下啟動發電機組。此套設備由絕緣容器、蓄電池組、熱空氣燃油加熱器、控制箱、蓄電池充電器、控制電路、附屬電纜和全套燃油系統構成。在-65。F運行1h后，熱空氣加熱器置將維持電池電解液不低于-25。F?？諝饧訜崞鞯娜加皖愋团c發電機組用油一致。油箱容量應能保證在-65。F環境下連續運行30h。內裝的蓄電池充電器可以從市電或者運行的機組上獲得電力來給機組蓄電池和防凍設備蓄電池充電。500kW、750kW也有相應的防凍系統。

4.5 預防機組低負荷運行措施

負載箱由平衡的三相、四線、風冷、阻性負載組成，與負載較輕的發電機一起使用。使用本裝置可使發電機組在接近50%的額定負載下運行，防止機組在不到40%額定負載下運行導致發動機燃燒室嚴重積碳。在輸出電壓為120/208V或者240/416V時,可按發電機組額定負載的12.5%來選擇該附加負載。為了防止機組過載，負載箱還具有自動卸載功能。自動卸載后需要手動復位。根據機組額定負載的大小，負載箱可安裝在發電機組的上部或者前部。

5 結束語

美軍發電機組標準系列功率序列少，功率范圍寬，標準化、通用化程度高。在滿足使用的前提下，并未追求過高的指標，而是根據產品的不同用途，綜合考慮體積、重量、機動性、可靠性及性能指標，以期達到最佳的綜合效益。美軍高度重視安全性，充分保證軍用發電機組的環境適應性和應急作戰能力，其指導思想和技術內容值得我們借鑒。