引言：在高原環境下，對柴油發電機組影響較大的因素就是低電壓和低溫，尤其是大氣壓強降低，對柴油機的影響最大。柴油發電機組傳動裝置輸出功率降低，柴油機、機油油耗增高，熱負荷升高，對發電機組輸出功率和主要電氣設備主要參數影響很大。此外，高原環境高紫外線強度、干燥高塵事標準還對柴油發電機組正常運轉有一定的影響。

一、高原環境的特征



在我國現階段最高海拔高的地方非西藏高原當屬，青藏高原海拔在4000m之上，氣候條件極其嚴苛。隨著國家對西部地區的開發設計，青藏高原開發設計也在加速開展。因為西藏高原人跡稀少，地域遼闊，電力網不可以覆蓋全部地域，因而內燃機發電機設備在青藏高原運用日益普遍，但是傳統的內燃機發電機設備無法滿足高海拔的使用要求。

1、海拔高的地方區劃

按GB/T 19607-2004《特殊環境條件防護類型及代號》要求，高原地區安全防護種類按海拔高度區劃，各自用下列編號表明：

（1）G2 表明適用最大2000m的區域；

（2）G3 表明適用最大3000m的區域；

（3）G4 表明適用最大4000m的區域；

（5）G5 表明適用最大5000m的區域。

2、高原地區自然條件

不一樣海拔高度自然條件，按GB/T 14597-2010《電工產品不同海拔的氣候環境條件》的相關規定，高原環境標準主要參數如表1。

表1  高原環境條件參數表

注：為了便于較為，將標準大氣標準主要參數（0～100mm）納入表格中。在最少空氣的溫度、較大日溫度差、最大風速、10min降雨量等幾類中，可用列出標值之一。

（1）標準氣壓降低

伴隨著海拔高度的上升，大氣壓力降低，其減少狀況較為如表2。

表2  大氣壓力與海拔的關系

 由表2得知隨海拔高度的上升，大氣壓強下降明顯，基本在0～4000m范圍之內每提升1000m，大氣壓強降低10％之間。

（2）太陽輻射抗壓強度擴大

伴隨著海拔高度的上升，太陽輻射抗壓強度逐步增強，其提高狀況如表3。

表3  太陽輻射強度與海拔的關系

由表5得知，海拔高度高于1000m后，太陽輻射抗壓強度每上升1000m提高6％。

（3）相對濕度降低

年均相對濕度從0海拔高度的11g/m3到5000m時候的1.7g/m3，降低速度顯著，這就意味著隨海拔高度的上升，氣體愈來愈干躁。

（4）空氣中的最高溫和平均氣溫隨海拔高度的上升而減少

由表3中得知，海拔在1000m之上，每提升1000m空氣中的最高溫和平均氣溫均降低5℃。

（5）高海拔日溫度差增加

一般平原地帶日溫度差為10～15℃，高海拔日溫度差可以達到25～30℃。



二、高原環境對發電廠產生的影響



柴油發電機發電廠主要是由柴油機、發電機、供配電系統機械零部件等構成，對移動發電機也有走動裝置等，高原環境對這種設備都有一定的影響。

1、對柴油機產生的影響

高原的環境特征，尤其是大氣壓強降低，對柴油機的影響最大。隨海拔高度的上升，大氣壓強降低，空氣的密度降低，空氣中的氧氣含量減少，導致汽柴油不完全燃燒，暴發壓力下降，驅動功率降低。

（1）自吸式柴油機

一般自吸式柴油機隨海拔高度的上升，功率的降低速度很快，與標準工況對比，海拔高度每上升100m，功率下降約1％以內。

（2）增加型柴油機

增加型柴油機，一般在海拔1000m下列輸出功率并不作調整，康明斯柴油機在1525m下列功率并不作調整。在工作溫度不會改變前提下，康明斯柴油機要求海拔高度大于1525m時，每上升300m，輸出功率下降4％：全柴發動機柴油機，如BF913系列產品，海拔高度1000m之上，每上升1000m，輸出功率約降低7.5％。

（3）超低溫低電壓對啟動危害

在大海拔高度的極凍地域，柴油機一般運行極為困難，除開環境溫度非常低外，空氣密度低，柴油機打火很困難，海拔越高，運行越困難，尤其是增加型柴油機，在運行一瞬間，增壓機促使運行更加艱難。與此同時，高原地區、高氣壓、超低溫造成柴油機汽油泵的油閥能力差，吸進柴油機的柴油機壓力下降，柴油的粘度提升等，這所有的一切層面也將造成柴油機的啟動比較困難。

（4）對燃油消耗率產生的影響

一般情況下，柴油機按標準大氣情況整定值供油量。柴油機在運行時，供油量是隨負荷轉變自動調節供油量。在高原狀況下，相同的負荷轉變，因為供氧不夠導致轉動速度降低幅度會比平原地帶大，因而同樣一個負荷彈性系數，高海拔的供油量會比平原地帶大，就導致燃油消耗率提升。過多汽柴油和比較少的O2，必然造成燃燒不完全，排出特性下降，排出溫度上升，整個設備熱效降低。

2、對發電機產生的影響

高原環境對發電機產生的影響主要體現在溫度上。一般情況下，海拔在1000m以上時，每上升100m，最大工作溫度將下降0.5℃。與此同時，因為海拔高度上升、空氣的密度減少，散熱性能下降，導致發電機的溫度上升。一般規定海拔高度每上升100m，溫度將上升0.5℃。那樣容許溫升限值并不作調整，功率也不需調整。但對于有些客戶要求海拔高的地方最大工作溫度為40℃或不按照這一規定減少應用的環境溫度，那樣發電機功率就應當調整。

3、對低壓電氣產生的影響

高原環境對電焊工新產品的綜合影響主要體現在如下幾個方面：

（1）對開關電器磁吹產生的影響

一般開關電器的磁吹是運用氣體為滅弧介質，如交流接觸器、隔離開關等。因為海拔高度上升空氣的密度減少，導致磁吹時間變長，斷路器容易被燒蝕，使電源開關通斷能力降低，應用壽命縮短。

（2）對溫度危害

海拔高度上升，工作溫度低，可或全部賠償因海拔高度上升造成的商品溫度增長值，實際賠償標值需看商品的結構特點來定。

（3）對絕緣強度產生的影響

海拔高度上升，空氣的密度減少，物質絕緣強度減少，絕緣層表面及空氣隙中間穿透電位差減少。一般情況下，海拔高度每上升100m空氣絕緣強度下降1％，在商品電氣間隙和絕緣距離不會改變條件下，新產品的額定值絕緣層工作電壓、體積電阻率、較大額定電流或最大應用工作電壓都需減少。

（4）輻射的影響

高原地區的太陽輻射強度高，海拔在1000m以內的輻照度為1000W/㎡，但在5000m是1250W/㎡，第二種是前者1.25倍。另外還導致商品溫度提升，加快新產品的高溫老化。

紫外線隨海拔高度上升增長幅度迅速，海拔高度3000m的時候是平原地帶的2倍，其加快有機化學絕緣層材料老化速率，氣體便于水解而造成絕緣強度減少，使產品使用壽命減少，同時使商品鍍層劣變，表層易脫層、掉下來。

（4）靜電感應產生的影響

高海拔溫度低，室內空氣較烘干，干空氣有益于釋放靜電正電荷，靜電感應正電荷提高對電子產品影響很大。

三、高原地區環境條件下的應對策略





1、柴油機的整改措施

（1）柴油機選用恢復增壓技術

柴油機必須采用恢復增壓技術，這一技術的關鍵點實際是讓增壓機的額定值工作部位按高原環境整定值，使柴油機在海拔增高的與此同時，讓增壓機提升轉速比，提升供供氣量，但也不能使增壓機超速行駛造成損壞，從而改變柴油機在高海拔的運行狀況，使高海拔運行中燃油消耗率上升幅度，輸出功率減少率，排氣壓力上升狀況均較普通增加柴油機有較大程度的改進。

（2）靈活運用中冷技術性

盡量改進中冷器的冷卻效果，使進氣口根據增壓機功效，進氣壓力提升導致溫度上升的水平有所改善，進而在相同的工作壓力前提下，提升了進氣口的空氣的密度，從而改變汽油機的運行狀況。

（3）提升冷卻系統的預工作壓力

因為大氣壓強減少，這樣會讓冷卻系統暖氣片的壓力蓋的啟動壓力相應降低，進而影響冷卻系統正常運轉，提升壓力蓋的啟動壓力，使其填補，因為海拔高度上升所引起的大氣壓強減少，使冷卻系統啟動壓力與平原區非常。

（4）改進冷卻液的散熱性能

盡可能降低冷卻液的環境溫度，減少缸蓋、氣缸蓋環境溫度，以達到減少排氣溫度的效果，使空氣的密度提升，提升進氣口的供含氧量，改進運行狀況。

（5）改進空氣濾清器構造，融入高原地區干躁多塵自然環境

柴油機增加時供供氣量將會增加，尤其針對高原地區風沙高的特點，規定空氣濾清器應盡量具有效率高、阻力小、流量多、使用壽命長、體型小、重量較輕、成本費用低和容易維護保養等優點。可選擇加一級空氣濾清器，或者用荒漠型空氣濾清器，要確保柴油機正常運轉，空氣濾清器維護保養間隔為50～100h。

（6）解決極凍地域柴油機超低溫怠速不穩

可以采取汽車機油加溫、氣缸套水沸騰、進氣口加溫等常規超低溫預加熱裝置使柴油機比較容易運行。與此同時，采用與工作溫度相匹配的超低溫柴油機、冷凍液、低溫潤滑油與有充裕電力工程的低溫蓄電池。一般超低溫柴油機、低溫潤滑油、冷卻液的型號起碼要比溫度低5℃左右。這一套綜合性對策將更快處理柴油機超低溫運行難的問題。

2、輸出功率調整

發電機的選用首先要考慮輸出功率調整。對于在高原地區環境條件下工作溫度仍然以40℃標準的商品則一般應按照海拔高度1000m之上。每上升100m容許輸出功率降低1％進行計算。

3、低壓電氣的挑選

（1）較大工作標準電壓的挑選

海拔高度上升，低壓電氣較大工作標準電壓也會隨之減少。一般講，低壓電氣的電氣間隙和走電之間的距離擊穿場強隨海拔高度提高而減少，其遞減率一般為每100m降低0.5％～1％，最高值不得超過1％。對于此事，可以選擇按提升工作額定電壓的方法去采用低壓電氣，如額定電流400V的軟件，在4000m使用中，宜選用低壓電氣工作電流值為

400V×(100+30)%=400V×130%=520V

      即采用額定值使用場景在1000m及以下工作標準電壓（額定工作電壓）超過520V的低壓電氣就可以。

（2）額定值工作電壓調整

低壓電氣在高海拔，因為排熱艱難，工作中條件不好，會導致溫度提升，大多情況下，溫度的提高會因為海拔高度上升工作溫度降低獲得賠償，但有的產品由于賠償不夠，而引起容許工作中溫度太高，這樣的情況下，一般可按每超出1℃容積降低1％給予調整。尤其在海拔高的地方工作溫度為40℃規定工作中的商品，一定要調整輸出功率，按海拔高度1000m之上，一公升100m允許使用輸出功率降低1％測算來選用合適的商品。

（3）改進靜電感應產生的影響

主要是通過防靜電設計方案來改變靜電感應產生的影響，應用抗靜電材料，也可采用屏蔽掉，改進屏蔽層接地效果。

（4）電氣間隙的調整

在電氣間隙不會改變前提下，其抗壓水準隨平均海拔一公升100m，減少1％，因此一般可以按照海拔高度每上升100m，電氣間隙和擊穿電壓擴大1％來調整。按GB／T20626.1-2006《特殊環境條件高原電工電子產品通用技術要求》所提供的調整系數如表4。

表4  電氣間隙修正系數 

（5）工頻耐壓試驗調整

一般以考評內絕緣品質為主體的例行試驗，按有關商品標準的規定，實驗工作電壓取海拔高度1000m或2000m時新產品的耐壓值，未作調整。一般情況下設備的使用海拔高度與實驗海拔高度不一致時應按照GB/T 20626-2006《特殊環境條件高原電工電子產品通用技術要求》所提供的調整系數調整，如表5。

表5  海拔修正系數K

4、防紫外線

（1）應用抗紫外線的涂料，如果采用耐紫外線聚氨酯材料丙烯酸漆等。

（2）電纜線可以選用耐紫外線和太陽輻射商品。

（3）塑料和橡膠產品采用抗紫外線的商品，以避免老化、霉變。

（4）輸電線、電纜線、塑膠、橡膠產品產品；關鍵要選擇與工作溫度相匹配的商品，確保溫度下不開裂、老化等，如QxRF電線電纜、QxRFP變頻電纜、FvN高壓聚乙烯尼龍護套線等。

（5）儀表盤要選擇c組，即融入超低溫組別的儀表盤。

 四、應用解決方案



根據北極寒冷氣候條件及運輸工具等優點規定，技術規范選用一體式箱體設計，箱體內合理布局為殼體內部設有機油箱間、發電機組操作間和工具間等。

（1）柴油發電機組常用汽車發動機采用水冷方法，風冷式方法汽車發動機具備暖機快，運行性價比高，僅需5～6min就可達到操作溫度，可直接進入帶負荷運行狀態，并且由于風冷發動機所需要的氣量比水冷發動機約少1/3，具備因此進排風系統張口小容易實現封閉式等特點。

（2）發電機組配備可以實現無人化智能化自動控制系統。

（3）有的地區最低溫可去-40℃，箱里必須加溫和保溫，選用雙層鋁板焊接核心添充100mm厚保溫隔熱材料，總體用螺栓固定在經特殊設計的柴油發電機組安裝底架子上。鋁制外殼和同用支撐架計劃方案大幅降低了總重，殼體門套常用橡膠條抗低溫，密封可靠。支撐架四角按要求集裝箱的尺寸電焊焊接集裝箱角件，部位規格嚴格按照GB/T 1413-2008《集裝箱分類、尺寸和額定質量》要求規格，達到雪地車及內陸地區調查專用型冰橇所需要的集裝箱設計運輸工具的尺寸要求。為避免吊裝時鍍鋅鋼絲繩擠壓鋁質隔熱保溫外殼，支撐架四角加設吊裝立桿，并且在立柱上組裝腳踩以便于工作人員穿持繩子為進一步提高抗壓強度在立桿頂端配有方形架構聯接，該架構規格超過鋁制隔熱保溫外殼，還可以在雪橇車冰天雪地翻覆時架構碰地承受力避免鋁制隔熱保溫外殼擠壓成型毀壞。組裝底架子上室內空間添充保溫隔熱材料（聚氨酯保溫板）并上下邊鋪裝載重抗壓強度充足的冷軋鋼板，確保工作人員可以進入內部結構工作中。之上計劃方案大幅緩解了機器設備總重，同時符合標準集裝箱車載式運輸工具和直升飛機上空吊裝方法。

（4）機油箱隔斷選用耐火極限分隔；并且在隔斷墻上事先鋪裝進、泵油輸油管溝和進、小組出線鍍鋅鋼管。機油箱間選用金屬波紋管合理布置內部結構布線。機油箱間墻面設立透氣窗。機油箱間油箱漏油盤側墻上組裝二氧化碳滅火器。

（5）發電機組操作間內部結構安裝有燃油加熱器加溫隔熱保溫。發電機組操作間門上固定不動擺放二氧化碳滅火器。依據發電機組凈重有效組裝海運集裝箱底端糟鋼，并確保發電機組地腳螺絲孔下方有承重梁提升，發電機組固定螺母電焊焊接于承重梁下邊。發電機組操作間布線選用線糟、波浪紋防水套管等有效走線，并把交、直流電布線分離，電源線和電源單獨。發電機組操作間整體保溫隔熱材料。依據室內空間區域設置有有效規格的工具間。

（6）殼體外部兩邊開了維修門、視窗和通風孔。全部門套四邊結構加固，避免門套變型。門銷有效、強度大、不易損壞、電源開關便捷。橡膠條密封可靠（防風雪交加和隔音降噪），抗低溫。殼體每道門后安裝風鉤，門開了后能掛所的意思上裝，避免因為風誤關擠傷相關工作人員。配有維修門，門邊組裝橡膠條，確保密封性以便維修門合上時能夠完全防風雪交加，維修門開啟角度為180°。

（7）配有觀察門便于發電機組工作的時候能隨時觀察到發電機隊的控制裝置，了解發電機組內部結構運行狀況；觀查門邊配有兩層中空鋼化玻璃視窗，視窗對應著發電機組操作面板。觀查門口安裝有急停按鈕。殼體兩邊有效區域設置進排氣口張口。保溫隔熱材料選用聚氨酯保溫板，厚度100mm，建筑鋼材采用高耐低溫合金結構鋼Q345GNHL，鋁型材采用6063，可以滿足北極條件對隔熱保溫、對設備低溫強度、焊接性等規定。

（8）為了保證發電機組穩定性及減少維護保養任務量，安裝有汽柴油過濾裝置，發電機組配套了確保汽柴油清油氣分離器，能夠減少發電機組在工作中汽柴油輸油管堵塞概率。組裝機油過濾器，確保潤滑脂路汽柴油品質。設定溫度過低-40℃到-5℃的啟動附屬設備，配置智能溫控全面的燃油加熱器可以對殼體內部結構總體加熱。

（9）排風系統為避免風雪交加從送風口進到及逆風翻盤危害，送風口選用水準管箍中間圍繞電焊焊接豎直管方式，送風口分置殼體兩邊并凹陷組裝，確保送風口安裝完畢規格不超出殼體規格。