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柴油发电机组保护功能的主要范围 |
摘要：柴油发电机组保护装置对保证供电设备的正常工作和电能质量以及安全运行起着决定性的作用，同时柴油发电机组也是企业购买成本较高的电气设备之一。保护装置分为柴油机机械保护系统和发电机电气保护系统，其中，发电机根据电压不同又分为高压发电机保护系统和低压发电机保护系统。为了降低人为因素因无法及时处理设备异常运行现象而产生安全事故，应该针对柴油发电机组组各种不同的故障和异常工作状态，装设性能完善的自动报警以及停机的保护装置。
一、低压发电机电气保护功能
保护系统可以对低压发电机的电气部件进行监测，比如发电机的绝缘状况、电压、电流等。当电气部件出现异常时，保护系统会通过断路器、熔断器等方式实现对电气设备的保护，避免电气故障引起柴油发电机组整机损坏。
1、过电压保护
当任意一相电压数值超过如图1所示的最大电压保护值时，保护系统应能切断柴油发电机组对用电负载的供电。
2、欠电压保护
当任意一相电压超过如图1所示最小电压保护值时，保护系统应能切断柴油发电机组对用电负载的供电。
3、过频率和欠频率保护
当柴油发电机组的输出频率超出51.5~52Hz范围时，保护系统应延时2～3s动作，切断柴油发电机组，停止向用电负载供电，当频率低于350Hz时，延时应小于0.2s，切断柴油发电机组对用电负载的供电。
4、过电流和短路保护
当负载特性超过表1中要求时，过电流保护系统应动作，切断柴油发电机组对用电负载的供电。过电流保护特性根据柴油发电机组产品技术文件的规定来确定。如果柴油发电机组内部及其配电系统发生短路，过电流保护应按照反时限特性动作，以保护柴油发电机组。柴油发电机组的所有输出支路，都应具有单独的过电流保护功能。柴油发电机组只能将出现过电流的支路断开。
表1 柴油发电机组交流负载能力
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功率因数（滞后）范围
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持续，相对于额定功率（额定值百分比）
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过载，相对于额定容量（额定容量百分比）
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5min
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10s
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2s
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0.8~1
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80%
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100%
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-
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-
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0.7~0.8
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100%
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-
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120%
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150%
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5、相序保护
三相之间的相序关系应符合如图2所示的规定，当不符合要求时，保护系统应能切断柴油发电机组对用电负载的供电。
6、中线开路保护
当检测到中性线开路时，保护系统应能切断柴油发电机组对用电负载的供电。
7、接地故障保护
交流柴油发电机组输出中线不接地时，应当持续监测中线与机壳（大地）间的电压差，在电压差的峰值超过50V前，保护系统应能切断柴油发电机组对用电负载的供电。
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图1 柴油发电机电压保护限值 |
图2 柴油发电机相序关系矢量图 |
二、高压发电机电气保护功能
以下是高压发电机的常见保护装置内容，除此之外还有温度保护、振动保护等。这些保护装置可以使高压发电机在异常情况下及时做出反应并切断电源，确保电力系统的安全稳定运行。
1、发电机差动保护
发电机差动保护是一种用于保护发电机内部故障的保护装置，原理如图3所示。它的主要功能是对发电机内部的故障进行保护，包括短路、接地、绝缘损坏等。如果发电机内部出现这些故障，差动保护装置会自动报警并切断发电机的电源，以保证发电机运行的安全和稳定。
2、发电机定子接地保护
保护由发电机机端零序电压和中性点侧三次谐波电压共同构成100%保护区的定子接地保护，基波跳闸，三次谐波发信号。设PT断线闭锁。区外故障时不误动。
3、发电机过电压保护
过电压保护动作电压取1.3倍额定电压，延时0.5秒动作于全停。
4、低频保护
低频保护反应系统频率的降低，保护由灵敏的频率继电器和计数器组成，并受出口断路器辅助接点闭锁。即发电机退出运行时低频保护自动退出运行。保护动作于发信号或全停。装置在运行时可实时监视定值，频率及累计时间的显示。两套保护之间宜有连续跟踪和数据累计功能。
5、失步保护
保护由三阻抗元件或测量振荡中心电压及变化率等原理构成，在短路故障、系统稳定振荡、电压回路断线等情况下，保护不误动作。能检测加速和减速失步。保护通常动作于信号，当振荡中心在发电机变压器内部，失步动作时间超过整定值或电流振荡次数超过规定值时，保护动作于全停。并装设电流闭锁装置，以保证断路器断开时的电流不超过断路器额定失步开断电流。
6、失磁保护
保护由发电机端测量阻抗判据、变压器高压侧低电压判据、定子过电流判据组成，原理如图4所示。设PT断线闭锁。闭锁元件动作，阻抗元件动作发出失磁信号经延时t1动作减出力。闭锁元件动作，阻抗元件动作延时t2切换厂用电源。闭锁元件动作，系统电压低于动作允许值时经延时t3动作于全停或程序跳闸。
7、发电机逆功率保护
（1）通过测量发电机有功功率的大小和方向，当发电机有功功率小于设定值时，逆功率保护动作，跳开发电机断路器，防止发电机长时间运行在逆功率状态。
（2）通过测量发电机电流和电压的大小、相位，当发电机电压或电流出现异常时，逆功率保护动作，跳开发电机断路器，防止发电机受到损坏。
8、发电机过激磁保护
过激磁是以V/HZ的比值为动作原理，设有两段定值。定时限带时限动作于信号和降低励磁电流，反时限部分动作全停或程序跳闸。
9、发电机对称过负荷保护
保护由定时限和反时限组成，定时限部分带时限动作于信号和自动减负荷。反时限部分保护反应电流变化时发电机定子绕组的热积累过程。动作特性按发电机定子绕组的过负荷能力确定，动作于全停或程序跳闸。
10、发电机不对称过负荷保护
保护由定时限和反时限组成，定时限动作于信号，动作电流按躲过发电机长期允许的负序电流值和按躲过最大负荷下负序电流滤过器的不平衡电流值整定。反时限保护反应发电机转子热积累过程。动作特性按发电机承受负序电流的能力确定，动作于全停或程序跳闸。
11、发电机定子匝间短路保护
发电机定子绕组匝间短路通常是由于过载、过电压、异物进入机内、接线松动等原因导致。当发电机运行过程中出现这些情况，电流会在绕组中形成高温区域，导致绕组绝缘击穿并最终形成匝间短路故障。短路保护继电器是一种常见的发电机保护设备，可用于检测和保护发电机内部的绕组短路故障。当发电机内部发生故障时，保护继电器会立即发送信号给控制系统，保护瞬时动作于全停。
12、PT断线闭锁
PT断线闭锁是一种保护功能，旨在防止电压回路因故障失压后，导致距离元件、功率方向元件等保护装置误动作。当电压互感器（PT）的一次侧断线时，如U相熔丝熔断，断线闭锁继电器会发挥作用，暂时退出这些保护装置的运行。在三相电压恢复正常后，经过一定的延时，这些保护装置会全部恢复正常运行。断线闭锁继电器就是用于实现这一功能的设备，它可以在PT一次侧断线时防止保护装置误动作。
13、励磁绕组过负荷保护
保护由定时限和反时限两部分组成。定时限部分动作电流按正常励磁电流下能可靠返回的条件整定，带时限动作于信号，并动作于降低励磁电流；反时限部分动作特性按发电机励磁绕组的过负荷能力确定，并动作于解列灭磁。保护能反应电流变化时励磁绕组的热积累过程。
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图3 发电机励磁系统整流桥差动保护系统 |
图4 发电机失磁保护装置原理图 |
三、柴油机机械保护功能
保护系统能够对柴油机的机械部件进行监测，如冷却系统、润滑系统、启动系统等。当检测到机械部件出现异常，比如过热、过载、油压低、水位低等，保护系统就会自动采取停机报警措施。 柴油发电机组应设有下列机械保护装置，各项保护值应符合配套的原动机产品技术条件规定。
1、机油压力过低保护
润滑油油压过低，将导致润滑油膜破坏，不但要损坏柴油发电机的轴瓦，而且能造成动静之间摩擦等恶性事故。装设低油压保护装置一般具备以下任务：润滑油压低于正常要求数值时，首先发出信号，提醒运行人员注意并及时采取措施。若机油油压持续下降至≤0.2mpa时，立即发出声光报警，蜂鸣器报警，同时柴油机降速并立即停机。
2、冷却介质温度过高保护
当散热器水温超过柴油发电机组控制系统预设的上限时，会发出警告，能够自动对水温进行调节，同时该装置能够对水温进行实时显示，该能够快速将水箱内部的水排出，防止换水的时候使用者进行等待。
3、发动机超速保护
柴油机在运行过程中，若出现转速≥1750rpm(10%额定转速)故障时，立即发出声光报警，同时柴油机降速并立即停机。超速保护装置要求反应灵敏，可靠性高，具有超速自动停机和手动紧急停机的双重保护功能，能有效的避免发动机因超速而造成发动机损坏。
4、过载保护装置
当用电量过大，使发动机负载过大，超过了规定极限，感应器会将发动机关闭，避免零部件损坏。
5、燃油泄漏保护装置
当燃油系统出现泄漏时，感应器会发出警报并停机以避免火灾发生。
6、低油位保护装置
当燃油箱油量降低到一定的程度时，感应器会发出声音或者警示灯亮起，提示操作员及时添加柴油。10分钟后如油位未恢复，蜂鸣器立即报警，报警灯闪烁。同时柴油机降速，延时3分钟后停机。
7、启动保护
若柴油机三次启动不成功，输出启动失败信号并闭锁自动工作系统。蜂鸣器报警，报警灯闪烁，按消音按钮消音，声报警消失，报警指示灯转为平光指示。
8、电瓶电压低保护
在柴油机处于集控状态待命时，当电瓶电压低于22v（或10v）时蜂鸣器立即报警，报警灯闪烁，按消音按钮消音，声报警消失，报警指示灯转为平光指示，且一直保持到电压恢复正常为止。
9、低水位保护
在柴油机处于集控状态待命或运行时，散热水箱的液位低于规定高度时，蜂鸣器立即报警，报警灯闪烁，按消音按钮消音，声报警消失，报警指示灯转为平光指示，同时柴油机降速，延时3分钟后停机。
总结：
柴油发电机组保护系统的作用在于保护设备、延长使用寿命、提高设备的可靠性和稳定性。如果没有保护系统的保护，很可能会因为一旦有异常发生而导致设备的损坏或停机，给生产带来不必要的损失。因此，保护系统不仅是柴油发电机组的一个重要组成部分，也是保证设备正常运行和安全的重要保障措施。综上所述，以上内容对柴油发电机组保护系统的作用进行了介绍，强调了保护系统对设备的保护作用以及保障设备正常运行和安全的重要性。
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