船舶低壓同步發(fā)電機繼電保護裝置的設(shè)計

牛海春+劉曉玲

摘 要：發(fā)電機是船舶電站的核心，保護發(fā)電機免受損壞是確保船舶電站正常工作的前提。文章針對發(fā)電機在工作過程中可能會出現(xiàn)的外部短路、過載、欠壓及逆功率等異常狀況或故障，進行了合理的繼電保護設(shè)計。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機；繼電保護；船舶電站

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.132

1 前言

發(fā)電機在工作時可能會出現(xiàn)的不正常運行狀態(tài)主要有：輸出功率超過發(fā)電機額定功率而造成的過載；發(fā)電機外部短路、并車操作不當(dāng)或者有大負載起動等造成的過電流；負載投入或切除電網(wǎng)造成電壓和頻率的波動，偏離額定值；發(fā)電機并聯(lián)運行時，可能出現(xiàn)的逆功率等。針對不同情況，必須對發(fā)電機設(shè)置保護裝置。

2 船舶同步發(fā)電機的過載保護

在船舶電力系統(tǒng)的工作過程中，當(dāng)發(fā)電機的輸出功率低于負載的需求時，或并聯(lián)工作的發(fā)電機組間功率分配不均時，或并聯(lián)運行的機組中存在因故障停止供電的發(fā)機組時，這些情況都會使發(fā)電機過載，造成發(fā)電機功率超出額定值。發(fā)電機長時間在超出額定功率的狀態(tài)下運行，會使絕緣老化，甚至造成發(fā)電機損壞。

目前用于低壓同步發(fā)電機的過載保護方式是保護裝置與自動分級卸荷裝置相結(jié)合。當(dāng)發(fā)電機輸出功率超出額定值，即過載時，首先由自動分級卸荷裝置依次將不重要的用電設(shè)備切除，并且用聲光報警的形式提醒工作人員，但是若延時已到，過載還沒有消除，過載保護動作，開關(guān)跳閘發(fā)電機退出電網(wǎng)。船舶發(fā)電機過載保護裝置的動作值可以整定如下：

過載保護裝置的動作值Iop應(yīng)該大于正常工作時發(fā)電機的額定值IgN，介于過載保護裝置的動作值Iop和返回值Ire間或許會存在誤差，因此可靠性系數(shù)Krel>1，即：

對于過載保護， Krel一般取值1～1.3； Kre一般取值0.7～0.9。因此，過載保護設(shè)備的起動電流值一般為（1.25～1.5）IgN。本文設(shè)計的船舶低壓同步發(fā)電機過載保護用斷路器內(nèi)部的過流脫扣器完成。當(dāng)過載現(xiàn)象發(fā)生時，通過長延時后開關(guān)自動跳閘，發(fā)電機脫離電網(wǎng)。

3 船舶同步發(fā)電機的外部短路保護

發(fā)電機外部短路將使其輸出電流遠遠超過額定電流，對電網(wǎng)及負載有很大的影響，將導(dǎo)致電網(wǎng)電壓大幅度降低，負載不能正常工作，嚴(yán)重時會造成發(fā)電機主開關(guān)跳閘，船舶電網(wǎng)失電。本文設(shè)計的船舶低壓同步發(fā)電機外部短路保護用斷路器內(nèi)部的過流脫扣器來完成。當(dāng)發(fā)生短路故障時，在瞬時或短延時后，過電流脫扣瞬間動作，開關(guān)跳閘，發(fā)電機退出電網(wǎng)。發(fā)電機短路保護參數(shù)整定如下：

依據(jù)發(fā)電機短路保護裝置的動作電流要高于它的額定電流IgN，并且返回電流Ire要高于用電設(shè)備自啟動電流原則，Ire可寫成：

對于短路保護，可靠性系數(shù)Krel一般取值1.4～1.6；Kre一般取值0.5～0.9；自啟動系數(shù)Ks一般取值1.3～1.8。將各系數(shù)代入上式得起動電流Iop1為（2～5）IgN 。

4 發(fā)電機的欠壓保護

當(dāng)船舶發(fā)電機出現(xiàn)外部短路故障或嚴(yán)重過載等情況，會導(dǎo)致它的端電壓下降，嚴(yán)重時會致使用電設(shè)備無法安全工作，這對發(fā)電機和用電設(shè)備都是不利的。因此，船舶發(fā)電機應(yīng)設(shè)置欠壓保護。當(dāng)船舶電力系統(tǒng)中有大的負載啟動時，會導(dǎo)致發(fā)電機端電壓下降，但這是暫時的，欠壓保護裝置不應(yīng)動作。因此，船舶同步發(fā)電機的欠壓保護應(yīng)延時。

本文設(shè)計的船舶低壓同步發(fā)電機欠壓保護由斷路器中的失壓脫扣線圈來完成。當(dāng)線路電壓低于整定值時，失壓脫扣器瞬時動作，開關(guān)跳閘，發(fā)電機脫離電網(wǎng)。

規(guī)范要求：發(fā)電機欠壓保護裝置如果有延時功能，要求保護裝置動作整定值為發(fā)電機額定電壓值的75%～85%，延時時間為1.6～2.5s，發(fā)電機保護動作；如果沒有延時功能，要求發(fā)電機欠壓保護裝置的動作整定值為（35%～70%）UN， 發(fā)電機瞬時保護跳閘，脫離電網(wǎng)。

5 發(fā)電機的逆功率保護

發(fā)電機的逆功率不僅意味著有功功率不輸出，而且有功功率也被從電網(wǎng)中吸收。同步發(fā)電機并網(wǎng)操控失誤或者并聯(lián)工作的機組中有的機組發(fā)生故障等情況均可產(chǎn)生逆功率。此時，并聯(lián)運行的其他正常發(fā)電機可能由于過載而跳閘，從而導(dǎo)致整個船舶喪失功率的風(fēng)險。但是當(dāng)機組在非同步條件下進行并網(wǎng)操作時，在許可限制內(nèi)的短時間逆功率利于將機組并入電網(wǎng)，這時逆功率保護不應(yīng)動作。因此，要求逆功率保護具有一定的時限。規(guī)范要求：并聯(lián)運行機組必須設(shè)置3～8s延時動作的逆功率保護，保護裝置的設(shè)定值一般為發(fā)電機額定值的4%～11%。

本文設(shè)計的船舶低壓同步發(fā)電機逆功率保護是由逆功率繼電器和斷路器中的分勵脫扣器配合完成的。當(dāng)發(fā)電機向系統(tǒng)輸送功率時，繼電器不動作；當(dāng)發(fā)電機發(fā)生逆功率時，繼電器動作，接通自動空氣斷路器的分勵線圈，通過分勵脫扣器使發(fā)電機跳閘。

6 結(jié)論

本文結(jié)合船級社規(guī)范、國際公約和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，首先闡述了船舶發(fā)電機保護的必要性，然后針對船舶低壓同步發(fā)電機在工作過程中可能會出現(xiàn)的異常狀況或故障，進行了合理的繼電保護設(shè)計。本文的研究對于普通低壓同步發(fā)電機保護的設(shè)計具有一定的參考價值。

參考文獻：

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作者簡介：牛海春（1985-），女，碩士，講師，主要研究方向：船舶電氣控制。endprint