低压柴油机式电力应急电源车检测及缺陷分析

李 旭 卢嘉俊 潘 敏

低压柴油机式电力应急电源车检测及缺陷分析

李 旭1卢嘉俊2潘 敏2

（1. 广东产品质量监督检验研究院，广州 510670； 2. 国家智能电网输配电设备质量检验检测中心（广东），广东 东莞 523325）

作为保障供电的重要设备，低压柴油机式电力应急电源车的可靠性尤为重要。本文选取10辆现役应急电源车，根据所选电源车的特点设计检测方案并开展质量检测，对发现的质量缺陷进行分析，以期为电力应急电源车使用方、供应商及检测机构在设备采购、验收、使用、报废、鉴定及质量检测方面提供参考。

电源车；保供电；检测；缺陷分析

0 引言

低压柴油机式电力应急电源车由底盘车、柴油发电机组、输配电及操控箱、电缆绞盘等组成，对外输出三相/单相电，主要为重要场所、重大活动提供应急不间断供电保障，适用于市区、野外及抢险救灾等场所[1-2]。随着我国经济的发展，社会物质生活和文化生活质量不断提高，城市供电可靠性要求越来越高[3]，对应对各种意外事故的电力应急电源车的需求也越来越多，特别是近几年气候异常多变，雪灾地震时有发生，电力应急电源车的使用成为保证各级供电系统配电网可靠运行的重要手段[4]。因此，电力应急电源车的运行质量和可靠性极为重要。

电源车功率大、体积大，国内能开展电源车检测的实验室相对较少，因此使用方在验收时往往仅由供应商进行简单带载运行甚至只进行配置检查即完成验收，导致电源车质量无法得到保障；而对于使用多年的电源车，定期检测的重要性被严重忽略，通常只凭使用经验判断能否继续使用或直接降容使用，导致电源车在使用时的故障率高、可靠性低[5-7]；同时，电源车的配套电缆未做好定期检查管理和评估，存在线径不配套、绝缘破损和老化等现象[8]，均给保供电带来了不可预估的安全隐患。鉴于此，本文结合实际检测案例详细介绍电力应急电源车的检测全过程，并对发现的质量缺陷进行分析，以期为电力应急电源车使用方、供应商及检测机构在设备采购、验收、使用、报废、鉴定及质量检测方面提供参考。

1 检测方案总体设计

电力应急电源车的应用已有多年，使用方更加关注现役电源车的质量，故在设计检测方案时以涵盖多家制造商、多种额定容量、多种使用年限的电源车为原则，共选取10辆现役电源车，涵盖4家生产企业、3种额定容量和3个使用年限，检测样品信息如图1所示。

为了更加全面客观地掌握和分析电源车的质量数据，依据T/CSEE 0036—2017《低压电力应急电源车通用技术要求》和QC/T 911—2013《电源车》标准[9-10]，选取外观结构标识、安全、性能、功能及进出线单元五个方面共25个项目对电源车进行全面检测[11]。检测项目和要求见表1。

图1 检测样品信息

表1 检测项目和要求

（续表1）

2 智能检测系统设计

电力应急电源车属于大功率设备，输出电压为400V、输出电流在280A以上，一旦出现事故，可能会导致电源车、测试设备损坏，甚至危及检测人员生命安全。为此，自主设计一套智能检测系统，实现负载自馈式自动投切、数据实时监控及数据远程采集功能[12-13]，确保试验能够安全顺利开展。

智能检测系统由可调负载、电压电流传感器、稳态和瞬态数据采集仪、负载监控设备、发电机组监控设备、无线视频监控和主控台组成。智能检测系统原理如图2所示。

图2 智能检测系统原理

3 检测要求和方法

根据标准，可采用额定功率因数负载进行试验，也允许在功率因数为1.0的条件下进行，由制造商和用户商定，本次检测根据用户意见，统一在功率因数为1.0的条件下进行试验。

3.1 外观结构、标识检查

主要是针对整车厢体、油漆、防锈处理、焊缝、铆钉铆接、门锁、底盘辅助支撑系统、铭牌、标识及安全标志等基本情况进行检查。

3.2 进出线单元检查

进出线单元包括电源接口、电力电缆、电缆接头三部分，主要针对其功能是否正常、配置是否与电源车容量相匹配进行检查，确保电源车使用过程中电力输出的可靠性和安全性。

3.3 绝缘和接地检查试验

绝缘和接地检查试验包含绝缘电阻试验、介电强度试验和接地检查三个项目，针对电源车的绝缘性能和接地可靠性进行测试，确保使用过程中不发生漏电、绝缘击穿等安全事故。在进行绝缘电阻试验和介电强度试验时，应拆除回路中与主回路连接的二次设备。

1）绝缘电阻试验

在环境温度为15～35℃，空气相对湿度为45%～75%，试验电压为DC 500V，试验时间不小于5s的条件下，测量电源车柴油发电机组输出回路对地的绝缘电阻，绝缘电阻值应符合表1中的要求。

2）介电强度试验

电源车柴油发电机组输出回路对地应能承受1.5kV的交流工频电压1min。试验时，应无内部或外部的绝缘闪络和击穿或任何破坏性放电现象的发生，但辉光放电是允许的。

3）接地检查

电源车需配有专用的车体接地装置，接地装置标有规定的符号或图形。接地装置包括长度不小于10m、截面积不小于25mm2的带绝缘护套接地线和长度不小于900mm、直径不小于16mm的接地棒。接地棒有效插入深度不小于600mm，接地线与接地棒的连接应可靠。

3.4 噪声试验

作业噪声测量示意图如图3所示，按照图3所指定的测量点A1、A2和A3，在电源车柴油发电机组输出额定负载情况下，距地面1.6m，距电源车1m处测量各个点的噪声，所测得的噪声值应符合表1中规定。试验过程中应确保各个测量点处的背景噪声值小于该点作业噪声允许值10dB(A)以下。

图3 作业噪声测量示意图

3.5 稳态输出性能

稳态输出性能主要测试稳态电压偏差、稳态频率带、输出电压不平衡度、输出电压谐波畸变率这4个参数，测试结果应符合表1中要求。

1）试验方法

电源车柴油发电机组输出端为空载，调整输出交流电压和频率为额定值。在空载状态下运行5min后，按照空载→25%额定负载→50%额定负载→75%额定负载→100%额定负载逐级加载运行，然后再按照100%额定负载→75%额定负载→50%额定负载→25%额定负载→空载逐级减载运行，在各个负载点稳定运行5min，期间按各参数要求记录相关数据。稳态试验加减载功率时序如图4所示。

图4 稳态试验加减载功率时序

2）稳态电压偏差

记录整个试验过程中的最高稳态电压和最低稳态电压，按照式（1）计算稳态电压偏差st。

式中：st,max为负载渐变后的最高稳态电压，对单相机组取各读数中的最大值，对三相机组取三相电压的平均值的最大值；st,min为负载渐变后的最低稳态电压，对单相机组取各读数中的最小值，对三相机组取三相电压的平均值的最小值；r为额定电压。

3）稳态频率带

分别记录0→25%→50%→75%→100%各级负载下频率波动的包络线宽度，按照式（2）计算稳态频率带f。

4）输出电压不平衡度

记录空载下的负序电压不平衡度和零序电压不平衡度，取两者中的较大值作为测量结果。

5）输出电压谐波畸变率

分别记录空载和额定负载下的输出电压谐波畸变率。

3.6 瞬态输出性能

瞬态输出性能主要测试瞬态电压偏差、瞬态电压恢复时间、瞬态频率偏差和瞬态频率恢复时间这4个参数，测试结果应符合表1中要求。

1）试验方法

电源车柴油发电机组输出端为空载，调整输出交流电压和频率为额定值。在空载状态下运行5min后，按照空载→50%额定负载→100%额定负载突加负载1次，然后再按照100%额定负载→50%额定负载→空载突减负载1次，并在各个负载点稳定运行5min，测量每次突变负载过程中的瞬态电压、瞬态电压恢复时间、瞬态频率和瞬态频率恢复时间。瞬态试验加减载功率时序如图5所示。

2）瞬态电压偏差

图5 瞬态试验加减载功率时序

式中：dyn,min为负载突加时下降的最低瞬时电压，对三相机组，取三相线电压的平均值；dyn,max为负载突减时上升的最高瞬时电压，对三相机组，取三相线电压的平均值。

3）瞬态电压恢复时间

电源车柴油发电机组在负载突加和突减时的瞬态电压特性如图6所示，在负载突加和突减瞬间电压开始波动，从负载变化瞬间开始至电压恢复并保持在规定稳态电压容差带（D=8V）内瞬间为止的间隔时间即瞬态电压恢复时间，u,in为负载突加后的瞬态电压恢复时间，u,de为负载突减后的瞬态电压恢复时间。

图6 瞬态电压特性

4）瞬态频率偏差

式中：d,min为最小瞬时下降（或下冲）频率；d,max为最大瞬时上升（或上冲）频率。

5）瞬态频率恢复时间

电源车柴油发电机组在负载突加和突减时的瞬态频率特性如图7所示，在负载突加和突减瞬间频率开始波动，从频率离开稳态频率带开始至其永久地重新进入规定的稳态容差带（Δ=1Hz）为止的间隔时间即瞬态频率恢复时间，f,in为负载突加后的瞬态频率恢复时间，f,de为负载突减后的瞬态频率恢复时间。

图7 瞬态频率特性

3.7 带载运行试验

带载运行是电源车最基本的功能，带载运行试验中，电源车柴油发电机组应能在100%额定载荷下保持正常运行60min，且不应出现漏油、漏水、漏气现象。

考虑到部分电源车使用时间已久，可按委托方指定的负载降容进行试验。

3.8 相对的电压整定范围

相对的电压整定范围包括下降范围和上升范围，电源车发电机组按照空载→25%额定负载→50%额定负载→75%额定负载→100%额定负载逐级加载运行，在各级负载下，分别调节电压整定装置到两个极限位置，记录两个极限位置的稳定电压值，分别按照式（7）和式（8）计算相对的电压整定下降范围Us,do和电压整定上升范围Us,up。

式中：s,do为下降调节电压；s,up为上升调节电压。

3.9 功能试验

1）检查常温起动和带载

电源车柴油发电机组在常温（非增压机组不低于5℃、增压机组不低于10℃）下经3次起动应能成功，两次起动的时间间隔应不小于20s。起动成功后应能在3min内带额定负载运行。

2）急停功能

电源车应在明显且便于操作的位置设置急停按钮，能够在紧急情况下使柴油发电机组停机。

3）过电压保护、欠电压保护、过载保护

为了避免电源车在试验过程中受损，保护功能均通过改变保护定值进行模拟检测，即将保护动作阈值调整至低于额定值，使电源车在额定状态下就能验证保护功能是否能正确及时启动。

4）监测功能

在电源车空载和带载运行过程中，检查电源车监控模块监测的各种参数和状态是否正确。

4 综合检测结果

本次检测样本共有10辆电源车，发现质量缺陷的电源车为10辆，质量缺陷发现率为100%，质量缺陷项目9项。低压柴油机式电源车质量缺陷项目统计见表2。

表2 低压柴油机式电源车质量缺陷项目统计

5 质量缺陷分析

经检测，本文选取的10辆现役电力应急电源车共发现9个质量缺陷，经过梳理归纳为8类。

5.1 外观结构和标识检查质量缺陷

因所选样本为使用6年以上的电源车，故外观结构和标识检查质量缺陷发现率达到100%，主要包括由于长期恶劣环境下使用导致的车身油漆漆膜脱落、操作不当导致的门板液压杆无法支撑的缺陷，由于设计缺陷导致的电源车底盘辅助支撑系统的每个支撑件不能单独调节的问题，以及对铭牌标识重要性认识不足造成的电路图标牌缺失、铭牌标识内容不完整等现象。

支撑件不能单独调节的缺陷可能使电源车在地面不平整的现场运行时无法保持平稳，进而导致机组振动加剧，引起供电不稳定甚至损坏发电机组。铭牌标识缺陷可能导致电源车使用不规范甚至超范围使用，从而引发安全事故。

5.2 绝缘电阻试验质量缺陷

本次送检车辆中，有3辆电源车的输出回路对地冷态绝缘电阻不到1MW，不满足安全运行要求，质量缺陷发现率为30%。经分析发现，存在上述质量缺陷的电源车均已使用10年以上，说明达到一定使用时间后，电源车内部线路开始出现老化现象，绝缘性能下降，因此应定期检测，确保使用安全。

5.3 接地检查质量缺陷

接地检查质量缺陷发现率高达到70%，接地检查检测结果见表3。

表3 接地检查检测结果

缺陷主要是接地棒长度小于900mm，直径小于16mm或没有配备接地棒，如图8和图9所示。造成这一缺陷的原因众多，比如制造商未配置接地棒或配置的接地棒不符合要求，或者使用单位疏于保管而丢失，或者是由于损坏或丢失后自行更换的接地棒不符合要求。但无论哪种原因，均说明制造商或使用单位对接地棒的重要性认识不足，接地棒的重要性在于确保接地的可靠性，只有接地可靠，才能确保电源车运行安全，不发生漏电触电事故。

图8 接地棒长度小于900mm

图9 接地棒直径小于16mm

5.4 噪声质量缺陷

噪声质量缺陷发现率高达80%，噪声检测结果见表4。

表4 噪声检测结果

电源车噪声主要来源于发电机组，发电机组的噪声成分比较复杂，主要噪声源由以下几部分组成：发动机本体机械噪声、燃烧噪声、进排风噪声、冷却风扇噪声及发电机电磁噪声[14]。

针对发电机组噪声源分布及声学特性，为高效控制噪声，应采取在声源处减弱、在传播过程中减弱两种方法实现降噪，即：合理设计减振结构，采取吸音、隔音、消音等方法对发电机组各部分的噪声进行处理[15]。因此，噪声质量缺陷主要是由于设计缺陷或降噪措施老化导致。

5.5 稳态输出性能质量缺陷

稳态输出性能质量缺陷发现率为20%，稳态输出性能检测结果见表5。

表5 稳态输出性能检测结果

由表5可知，有2辆电源车的输出电压谐波畸变率不符合要求，主要表现在输出额定负载时，输出电压谐波畸变率均超过5%的限值，这2辆电源车在试验过程中的输出电压谐波畸变率变化趋势分别如图10和图11所示，可以看到谐波畸变率和负载容量成正比，随着负载逐级增加，输出电压谐波畸变率也随之变大。经分析，这2辆电源车装载了同一型号的柴油发电机组，可能是由于该型号机组的磁极制造工艺存在缺陷或磁路饱和导致气隙磁场畸变，从而导致谐波含量较高[16]。

在发电机组正常运行时，谐波的存在会增加发电机组的损耗，加剧电气设备的热应力现象，造成发电机组额定出力降低，损耗有磁滞损耗和涡流损耗，会直接导致铁心温度升高和发电机效率降低，从而阻碍发电机额定出力的上升，而且在谐波影响下，发电机绕组会过热[17]，还会使测量仪表和保护装置产生测量误差，可能导致保护误动作[18]。

图10 1号电源车输出电压谐波畸变率变化趋势

图11 2号电源车输出电压谐波畸变率变化趋势

另外，有1辆（7号）电源车在试验加载过程中报欠频和低油压而自动停机，仅完成输出电压不平衡度项目的测量。经分析，该电源车发电机组在75%额定负载加至100%额定负载时，由于加载功率达到满载，为满足满载输出会加大供油量，当油路存在老化或堵塞的情况时，会出现燃油供应不足而导致转速降低，引起输出频率下降超限，触发欠频保护停机。同时，发动机内部温度过高会导致机油黏度变低，造成油压降低超限，触发低油压保护停机。

其余7辆电源车的稳态输出性能均未发现质量缺陷，说明稳态性能参数反映的是电源车最基本的性能，制造商比较重视，且制造商基本具备测试条件，能较好地保障稳态性能指标。

5.6 瞬态输出性能质量缺陷

瞬态输出性能质量缺陷发现率为20%，瞬态输出性能检测结果见表6。

由表6可知，有2辆电源车的瞬态频率偏差不符合要求，均表现为在50%额定负载加至100%额定负载的过程中偏差超过-7%的限值，这2辆电源车的瞬态频率变化趋势分别如图12和图13所示。

表6 瞬态输出性能检测结果

图12 2号电源车瞬态频率变化趋势

图13 10号电源车瞬态频率变化趋势

在突加负载时，大功率负载的突然接入，给发电机组造成很大冲击，机组的阻力矩增加导致转速降低，引起输出频率下降[19]。发电机组应通过及时调速逐渐提高输出频率，使瞬态频率偏差不超过-7%，并使输出频率在3s内恢复到额定频率。

经分析，导致瞬态频率偏差超过限值的原因有多种：一是燃油油路受阻，造成燃油供给不足、喷油量减少，从而导致输出功率达不到预期；二是油门执行器、转速传感器或控制器参数失效导致调速达不到预期[20]；三是长时间使用导致发电机组老化。

另外，同稳态输出性能试验一样，7号电源车在试验加载过程中报欠频和低油压而自动停机，其瞬态输出性能指标未能进行验证。停机是在50%额定负载加至100%额定负载时发生，具体原因与稳态输出性能试验基本相同。

5.7 带载运行试验质量缺陷

带载运行试验质量缺陷发现率为20%，带载运行试验检测结果见表7。

表7 带载运行试验检测结果

由表7可知，有2辆电源车未能完成带载运行试验，分别是因欠电压保护停机和冷却液位低保护停机导致试验无法完成，通过试后对电源车的检查确认告警是由传感器故障引发，并非机组本身的问题。

另外，有4辆电源车因长期使用出现老化，无法按铭牌额定容量带载，故按委托方要求降容进行试验。其中，有3辆额定功率均为200kW，分别降低到180kW、170kW、160kW进行试验，有1辆额定功率为500kW，降低到400kW进行试验。这说明机组使用达到一定时间后，在维护保养方面需多注意冷却系统、油路、机组内各类传感器的情况，且老化后应降容使用更安全，使用方应及时对电源车进行测试，确定降容系数，保障可靠运行。

5.8 常温起动和带载质量缺陷

只有1辆（7号）电源车发现常温起动和带载质量缺陷，主要表现在发电机组能正常起动，但起动后在加载过程中报欠频和低油压而自动停机，多次尝试也未能加载达到额定容量，具体原因与稳态输出性能试验基本相同。

6 结论

本文选取了10辆现役电力应急电源车，从外观结构标识、安全、性能、功能及进出线单元五个方面进行了共25项检测，发现了9个质量缺陷，从质量缺陷分析可得出以下结论和建议：

1）外观结构、铭牌标识、接地和噪声质量缺陷发现率较高，由于在电源车实际使用过程中，这些质量缺陷的影响不太明显，因而容易被忽视。供应商和使用方均应提高质量和安全意识，使用方还可通过严格验收和加强日常维护保养的方式来降低上述质量缺陷的发生率。

2）带载运行试验质量缺陷发现率虽然只有20%，但实际上还有4辆是降容测试，说明共有6辆电源车无法满载运行，且测试电源车均已使用6年以上，因此建议电源车使用满5年时，应进行稳态输出性能、瞬态输出性能和带载运行试验以确定能否满载运行，并根据检测结果确定能否降容使用及降容使用的容量，确保电源车使用安全可靠，延长电源车使用寿命。

3）稳态和瞬态输出性能是电源车可靠供电的基本性能，也是发电机组综合能力的体现，通过这两项性能测试能全面深入地发现发电机组存在的质量缺陷，以便及时分析和排查故障，确保供电质量和可靠性。

4）使用一定时间后的电源车或多或少存在质量缺陷，但某些质量缺陷并不影响电源车的正常使用，或者可根据质量缺陷和实际使用需求降容使用，但现行相关标准均为针对新电源车的技术要求和判定准则，不宜直接作为使用一定时间的电源车合格与否的评价标准，建议使用方可根据自身实际使用情况建立现役电源车评价体系，根据电源车不同使用年限和使用条件提出相应的技术要求、测试方法和判定准则，以便更科学准确地评估现役电源车质量。

[1] 吴亚盆, 穆宜, 郭子强. 基于0.4kV移动式并机并网装置的应急电源车应用新方式[J]. 电气技术, 2021, 22(12): 73-77.

[2] 董志文, 姜晖, 钱忠. 电力应急电源车的现场应用[J]. 电工技术, 2022(4): 122-124, 128.

[3] 李霞, 周霞, 陈旦, 等. 我国2021年度供电可靠性的现状分析与展望[J]. 供用电, 2022, 39(8): 85-92.

[4] 陶宇航, 李鹤, 张熹. 10kV配电网不停电作业方式分析[J]. 电气技术, 2022, 23(12): 89-94, 99.

[5] 高剑, 刘溪. 移动式发电车使用中遇到的问题和维护措施[J]. 电世界, 2014, 55(2): 9-11.

[6] 龙剑, 吴炳卫, 贾连华, 等. 云南高海拔地区工频柴油发电机组带载试验及案例分析[J]. 电气技术, 2020, 21(4): 97-100.

[7] 陶宇航, 朱辉, 何岩岩. 柴油应急发电车低温起动失效分析及改进方法[J]. 电气技术, 2020, 21(9): 99-102, 107.

[8] 董章, 李思尧, 陈雅旎, 等. 基于组合赋权的电缆风险评估可视化[J]. 电气技术, 2023, 24(6): 57-63.

[9] 低压电力应急电源车通用技术要求: T/CSEE 0036—2017[S]. 北京: 中国电力出版社, 2018.

[10] 电源车: QC/T 911—2013[S]. 北京: 中国计划出版社, 2013.

[11] 蔡亚勤. 大型应急柴油发电机组检修及维护保养措施分析[J]. 机电信息, 2019(21): 71-72.

[12] 高建彩, 任晓军, 杨树柏, 等. 550kW可移动式电站测试系统的应用[J]. 移动电源与车辆, 2023, 54(1): 60-63.

[13] 王录, 刘彦强, 陈朋, 等. 交直流电量高速同步监测系统研究与应用[J]. 电气技术, 2023, 24(7): 64-72.

[14] 严天雄, 杨林, 刘进伟, 等. 40 kW柴油发电机组噪声源识别与降噪研究[J]. 噪声与振动控制, 2021, 41(4): 276-281.

[15] 杨培斌. 柴油发电机组噪声分析和降噪方案设计[J]. 农业装备与车辆工程, 2020, 58(2): 99-104.

[16] 赵浩然, 王东, 胡鹏飞, 等. 弓形磁极永磁电机正弦削极修正模型[J]. 电工技术学报, 2023, 38(14): 3667-3677.

[17] 陈浈斐, 邢宁, 马宏忠, 等. 分数槽永磁电机永磁体谐波涡流损耗建模与分析[J]. 电工技术学报, 2022, 37(14): 3514-3527.

[18] 陈和洋, 吴文宣, 郑文迪, 等. 电力系统谐波检测方法综述[J]. 电气技术, 2019, 20(9): 1-6.

[19] 赵志魁, 徐晔, 黄克峰, 等. 脉冲负载下模糊PID调速器控制柴油发电机的研究[J]. 电气技术, 2021, 22(9): 1-6.

[20] 刘江. 某型电源车负荷突降故障分析及改进措施[J]. 航空维修与工程, 2019(2): 88-89.

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，广东省揭阳市人，硕士，高级工程师，主要从事高低压输配电设备检测认证工作。