牛海春+劉曉玲

摘 要：發(fā)電機(jī)是船舶電站的核心，保護(hù)發(fā)電機(jī)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(jī)在工作過程中可能會(huì)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(jìn)行了合理的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；繼電保護(hù)；船舶電站

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

1 前言

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

2 船舶同步發(fā)電機(jī)的過載保護(hù)

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

目前用于低壓同步發(fā)電機(jī)的過載保護(hù)方式是保護(hù)裝置與自動(dòng)分級卸荷裝置相結(jié)合。當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率超出額定值，即過載時(shí)，首先由自動(dòng)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(bào)警的形式提醒工作人員，但是若延時(shí)已到，過載還沒有消除，過載保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)跳閘發(fā)電機(jī)退出電網(wǎng)。船舶發(fā)電機(jī)過載保護(hù)裝置的動(dòng)作值可以整定如下：

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

對于過載保護(hù)， Krel一般取值1～1.3； Kre一般取值0.7～0.9。因此，過載保護(hù)設(shè)備的起動(dòng)電流值一般為（1.25～1.5）IgN。本文設(shè)計(jì)的船舶低壓同步發(fā)電機(jī)過載保護(hù)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(shí)，通過長延時(shí)后開關(guān)自動(dòng)跳閘，發(fā)電機(jī)脫離電網(wǎng)。

3 船舶同步發(fā)電機(jī)的外部短路保護(hù)

發(fā)電機(jī)外部短路將使其輸出電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過額定電流，對電網(wǎng)及負(fù)載有很大的影響，將導(dǎo)致電網(wǎng)電壓大幅度降低，負(fù)載不能正常工作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘，船舶電網(wǎng)失電。本文設(shè)計(jì)的船舶低壓同步發(fā)電機(jī)外部短路保護(hù)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(shí)，在瞬時(shí)或短延時(shí)后，過電流脫扣瞬間動(dòng)作，開關(guān)跳閘，發(fā)電機(jī)退出電網(wǎng)。發(fā)電機(jī)短路保護(hù)參數(shù)整定如下：

依據(jù)發(fā)電機(jī)短路保護(hù)裝置的動(dòng)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(dòng)電流原則，Ire可寫成：

對于短路保護(hù)，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(dòng)系數(shù)Ks一般取值1.3～1.8。將各系數(shù)代入上式得起動(dòng)電流Iop1為（2～5）IgN 。

4 發(fā)電機(jī)的欠壓保護(hù)

當(dāng)船舶發(fā)電機(jī)出現(xiàn)外部短路故障或嚴(yán)重過載等情況，會(huì)導(dǎo)致它的端電壓下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)致使用電設(shè)備無法安全工作，這對發(fā)電機(jī)和用電設(shè)備都是不利的。因此，船舶發(fā)電機(jī)應(yīng)設(shè)置欠壓保護(hù)。當(dāng)船舶電力系統(tǒng)中有大的負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)端電壓下降，但這是暫時(shí)的，欠壓保護(hù)裝置不應(yīng)動(dòng)作。因此，船舶同步發(fā)電機(jī)的欠壓保護(hù)應(yīng)延時(shí)。

本文設(shè)計(jì)的船舶低壓同步發(fā)電機(jī)欠壓保護(hù)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(shí)，失壓脫扣器瞬時(shí)動(dòng)作，開關(guān)跳閘，發(fā)電機(jī)脫離電網(wǎng)。

規(guī)范要求：發(fā)電機(jī)欠壓保護(hù)裝置如果有延時(shí)功能，要求保護(hù)裝置動(dòng)作整定值為發(fā)電機(jī)額定電壓值的75%～85%，延時(shí)時(shí)間為1.6～2.5s，發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作；如果沒有延時(shí)功能，要求發(fā)電機(jī)欠壓保護(hù)裝置的動(dòng)作整定值為（35%～70%）UN， 發(fā)電機(jī)瞬時(shí)保護(hù)跳閘，脫離電網(wǎng)。

5 發(fā)電機(jī)的逆功率保護(hù)

發(fā)電機(jī)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(jī)并網(wǎng)操控失誤或者并聯(lián)工作的機(jī)組中有的機(jī)組發(fā)生故障等情況均可產(chǎn)生逆功率。此時(shí)，并聯(lián)運(yùn)行的其他正常發(fā)電機(jī)可能由于過載而跳閘，從而導(dǎo)致整個(gè)船舶喪失功率的風(fēng)險(xiǎn)。但是當(dāng)機(jī)組在非同步條件下進(jìn)行并網(wǎng)操作時(shí)，在許可限制內(nèi)的短時(shí)間逆功率利于將機(jī)組并入電網(wǎng)，這時(shí)逆功率保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。因此，要求逆功率保護(hù)具有一定的時(shí)限。規(guī)范要求：并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組必須設(shè)置3～8s延時(shí)動(dòng)作的逆功率保護(hù)，保護(hù)裝置的設(shè)定值一般為發(fā)電機(jī)額定值的4%～11%。

本文設(shè)計(jì)的船舶低壓同步發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)是由逆功率繼電器和斷路器中的分勵(lì)脫扣器配合完成的。當(dāng)發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)輸送功率時(shí)，繼電器不動(dòng)作；當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生逆功率時(shí)，繼電器動(dòng)作，接通自動(dòng)空氣斷路器的分勵(lì)線圈，通過分勵(lì)脫扣器使發(fā)電機(jī)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(jī)保護(hù)的必要性，然后針對船舶低壓同步發(fā)電機(jī)在工作過程中可能會(huì)出現(xiàn)的異常狀況或故障，進(jìn)行了合理的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)。本文的研究對于普通低壓同步發(fā)電機(jī)保護(hù)的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱麗娟.船舶電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡介[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（18）：128-129.

[2]孫武.船舶短路電流計(jì)算方法的研究及其應(yīng)用[J].船電技術(shù)，2000（05）：12-17.

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