淺析船用柴油發(fā)電機(jī)的保護(hù)措施,淺析,柴油,發(fā)電機(jī),保護(hù)措施 淺析船用柴油發(fā)電機(jī)的保護(hù)措施 Protection measure of ship diesel generator 摘要 船用柴油發(fā)電機(jī)零件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大摘要：本篇文章主要針對船用柴油發(fā)電機(jī)在技術(shù)上的特點(diǎn)，進(jìn)一步的分析研究了柴油機(jī)發(fā)生故障的原因，為了進(jìn)一步的減少船用柴油發(fā)電機(jī)機(jī)械故障的發(fā)生提出了一些建議。柴油發(fā)電機(jī)作為船舶航行時(shí)的主要?jiǎng)恿碓?，在船舶設(shè)備中已經(jīng)占據(jù)了重要的位置，船舶航行時(shí)柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)直接影響到船舶航行的安全。 關(guān)鍵詞：船用柴油發(fā)電機(jī)；輔機(jī)；故障分析 Abstract Marine diesel generator parts, complex structure, large volume Abstract: Thisarticle mainly for marine diesel generator in technology, further analysis of thecauses of diesel engine faults, in order to put forward some suggestions to further reduce the marine machinery fault occurrence of diesel generator. Diesel generator is the main power source when sailing ships, ship equipment hasoccupied an important position, ship diesel generator running state directly affects the safety of navigation. Keywords: marine diesel generator engine; fault analysis 船用發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障的報(bào)告與措施 一：故障報(bào)告 假如柴油機(jī)發(fā)生故障，不能及時(shí)的進(jìn)行維護(hù)和維修，就會延誤船舶航行時(shí)間，嚴(yán)重的還會造成船舶在航行過程中由于動(dòng)力失能而發(fā)生沉船事故。隨著我國船用柴油發(fā)電機(jī)不斷向著自動(dòng)化、大型化和多元化的方向發(fā)展，針對船用柴油發(fā)電機(jī)故障的診斷和維修能力也在不斷提高。原先船用的柴油機(jī)診斷主要依靠的是船上技術(shù)人員進(jìn)行故障排查和監(jiān)測的方法，但是這樣的方法并不能滿足實(shí)際航行時(shí)的需要。所以，我們要定期對柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行故障診斷，確保船舶能在規(guī)定的航期內(nèi)安全航行。一、船用柴油發(fā)電機(jī)的典型故障分析 在2004年上半年，晶瑩海號船上的多臺船用柴油發(fā)電機(jī)不斷出現(xiàn)連桿軸承抱瓦燒軸故障，后來經(jīng)過了維修，但是數(shù)據(jù)報(bào)告仍顯示損壞曲柄銷的橢圓度比較大，每一個(gè)缸的連桿上瓦露銅都比較嚴(yán)重。在船用柴油發(fā)電機(jī)中，有連桿抱瓦的現(xiàn)象出現(xiàn)，就要進(jìn)行全面整修，并且要在船舶開航之前完成整修和試車工作。該船由于船期原因，3號柴油發(fā)電機(jī)的故障只能維持現(xiàn)狀，在短時(shí)期內(nèi)采用的是100h換連桿軸瓦的辦法，在返航靠港之后再對該柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行全面系統(tǒng)的維護(hù)和整修。 　　在對1號柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行維修過程中，由于透平工況不好，拆解后發(fā)現(xiàn)透平渦輪端雜質(zhì)很多，噴嘴環(huán)存在著不同程度的燒蝕，通過清潔處理之后效果有明顯的改變，排煙溫度也大大降低。為了進(jìn)一步的找到該船用柴油發(fā)電機(jī)機(jī)械故障的原因，我們將會對航行中船舶的柴油發(fā)電機(jī)更換使用重油，按照說明書當(dāng)中30%負(fù)荷下應(yīng)換用輕油，而且要盡可能的減少柴油發(fā)電機(jī)在低負(fù)荷工況下運(yùn)行。通過實(shí)際操作我們可以了解到柴油發(fā)電機(jī)在70%負(fù)荷工況下燃燒重油也沒有異?，F(xiàn)象發(fā)生，按照說明書當(dāng)中的規(guī)定要在停車前轉(zhuǎn)換至輕油并要運(yùn)行30分鐘。在對連桿軸瓦進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)也無露銅現(xiàn)象，但在再一次的啟動(dòng)發(fā)電機(jī)之后，產(chǎn)生了游車現(xiàn)象，這時(shí)柴油發(fā)電機(jī)使用的還是輕油，在啟車過程中有個(gè)別的缸有爆燃現(xiàn)象，發(fā)出異響，但隨著負(fù)荷的增加該游車現(xiàn)象慢慢的消減了。初步判斷柴油機(jī)燃燒室內(nèi)燃油霧化效果不好，有個(gè)別缸不發(fā)火或者是間歇性發(fā)火，造成柴油機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，冒黑煙。就是在這樣的情況下，爆燃導(dǎo)致曲柄銷受到強(qiáng)力的沖擊。曲軸瓦失去彈性，導(dǎo)致有漏銅現(xiàn)象發(fā)生。但是在船上實(shí)際采取的保護(hù)措施通常都是換曲軸瓦，但是長時(shí)間一來就會造成曲柄銷的橢圓度不好。 在2003年下半年，泰谷海號輪船經(jīng)常出現(xiàn)柴油機(jī)連桿主軸承發(fā)生損害的事故。其中一臺柴油發(fā)電機(jī)第四道主軸承出現(xiàn)了上瓦蓋開裂的現(xiàn)象，軸承瓦被燒蝕，另一臺柴油發(fā)電機(jī)第四道主軸承有抱瓦的現(xiàn)象，并且軸頸部被燒損。柴油機(jī)廠家工程技術(shù)人員到達(dá)船上后，機(jī)座和曲軸得到了及時(shí)的修理。該型號船用柴油發(fā)電機(jī)第四道主軸承的這種現(xiàn)象在別的地方也經(jīng)常發(fā)生，專業(yè)工程師介紹了機(jī)座軸承孔的具體加工工藝，在設(shè)計(jì)工藝上上瓦蓋安裝在機(jī)座上是沒有齒形定位的。所以，瓦蓋的安裝是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在對機(jī)座和上瓦蓋之間的間隙進(jìn)行測量的時(shí)候，左右間隙采用3絲為最佳的效果，不能大于5絲，但是在實(shí)際操作的過程中是難以控制這個(gè)數(shù)值的。機(jī)油在上瓦蓋進(jìn)入，對主軸承進(jìn)行潤滑。通過參考大量的實(shí)例，對這種類型的柴油發(fā)電機(jī)有了不同的看法和認(rèn)識。DAIHATSU 6DSD—22轉(zhuǎn)速是900rpm，發(fā)火的順序是1—2—4—6—5—3—1，單缸平衡。通過柴油機(jī)曲軸連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理可以知道，這當(dāng)中的發(fā)火順序本身就存在著一些不足和缺陷。在柴油機(jī)曲軸連桿機(jī)構(gòu)中的不平衡力和力矩是引起柴油機(jī)振動(dòng)的主要原因。 　 針對于多缸柴油機(jī)而言，柴油機(jī)中的離心力和1~2次往復(fù)慣性力矩不平衡。DAIHATSU 6DSD—22 使用的是多缸平衡的方法來平衡每一個(gè)曲柄的離心力，但是由于曲柄排列方式和發(fā)火順序的設(shè)計(jì)缺陷造成處于中間位置的第四道主軸承工作環(huán)境惡劣，振動(dòng)交替變換，撓曲變形，在長時(shí)間的運(yùn)行過程中就會產(chǎn)生疲勞，軸承瓦失去彈性的現(xiàn)象就比較嚴(yán)重，倘若遇到負(fù)荷突變的情況，主軸承瓦油膜將會受到嚴(yán)重的破壞，造成干磨現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重的時(shí)候還會發(fā)生燒瓦抱軸，在高速運(yùn)動(dòng)的過程中，摩擦和振動(dòng)之后產(chǎn)生的大量熱量將會導(dǎo)致機(jī)座和曲軸遭到破壞。船舶監(jiān)控使用的手段畢竟是有限的，要盡最大的努力控制好船舶上使用的機(jī)油的質(zhì)量，定期進(jìn)行檢查，及時(shí)的處理柴油發(fā)電機(jī)出現(xiàn)的前期機(jī)械故障問題。 電機(jī)的內(nèi)部故障是電機(jī)中常見的破壞性很強(qiáng)的故障。為了預(yù)測故障的破壞程度、設(shè)計(jì)機(jī)組的內(nèi)部短路保護(hù)方案以減輕故障損害，都需要對繞組故障時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)做詳細(xì)的分析。 二、解決措施 運(yùn)用多回路方法，已經(jīng)基本解決了同步電機(jī)內(nèi)部故障的穩(wěn)態(tài)分析問題，但對故障的暫態(tài)研究，以前還僅限于單機(jī)空載的情況。本文改進(jìn)了原來的多回路數(shù)學(xué)模型中對定子回路的選擇，不僅可對發(fā)電機(jī)機(jī)端各種外部短路故障和單機(jī)空載下的各種定子內(nèi)部故障進(jìn)行暫態(tài)過程的仿真，還實(shí)現(xiàn)了負(fù)載時(shí)內(nèi)部各種故障的暫態(tài)仿真。本文以矢量磁位和回路電流為求解變量，把電機(jī)的電磁場方程與反映繞組聯(lián)接情況的電路方程聯(lián)立起來同時(shí)求解，提出了發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部故障的瞬態(tài)電磁場與多回路耦合的數(shù)學(xué)模型。該模型不僅能考慮繞組的分布與聯(lián)接方式、故障的空間位置、氣隙磁場的空間諧波，還能細(xì)致地考慮磁極形狀、鐵芯的飽和和渦流等因素。本文對一臺4極、12kW凸極同步發(fā)電機(jī)，在單機(jī)空載和機(jī)端帶電阻負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)下，進(jìn)行了機(jī)端外部短路和多種典型內(nèi)部故障的實(shí)驗(yàn)，并用兩種數(shù)學(xué)模型做了相應(yīng)的仿真計(jì)算。結(jié)果表明，多回路數(shù)學(xué)模型在電機(jī)飽和不嚴(yán)重的情況下，暫態(tài)仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果大致吻合，雖然有時(shí)非故障分支電流與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異比較大，但基波分量還比較準(zhǔn)確，基本可以滿足保護(hù)方案的靈敏度校驗(yàn)等工程需要。而場路耦合數(shù)學(xué)模型對于正常運(yùn)行及各種故障，定子所有支路電試驗(yàn)電機(jī)的電子繞組連接圖 流及勵(lì)磁電流的仿真結(jié)果都與實(shí)驗(yàn)吻合得更好，尤其是在飽和情況下能得到比較準(zhǔn)確的仿真結(jié)果。本文用場路耦合數(shù)學(xué)模型，計(jì)算了不同極數(shù)的同步發(fā)電機(jī)在聯(lián)網(wǎng)負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下的單支路開焊故障。仿真表明，一對極、每相2分支的隱極同步發(fā)電機(jī)發(fā)生單支路開焊故障時(shí)，定子繞組內(nèi)部會產(chǎn)生很大的環(huán)流，可能使繞組燒毀。對這種汽輪發(fā)電機(jī)特有的現(xiàn)象，本文給出了物理解釋。隨著電機(jī)容量的增大，對發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障保護(hù)提出了更高的要求。本文摒棄了以往憑概念、經(jīng)驗(yàn)和傳統(tǒng)習(xí)慣的做法，在對發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算和保護(hù)方案靈敏度校驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以惡灘水電站150MW發(fā)電機(jī)為例，按照“優(yōu)勢互補(bǔ)、綜合利用”的原則，用新的設(shè)計(jì)思路確定了發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障主保護(hù)的配置方案，對可能發(fā)生的發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障實(shí)現(xiàn)了最大范圍的保護(hù)。 1、對機(jī)油過濾器及時(shí)的進(jìn)行清理，假如有異物出現(xiàn)，例如脫鉛等，要立即停止并進(jìn)行詳細(xì)檢查，盡最大的努力將柴油發(fā)電機(jī)發(fā)生機(jī)械故障的幾率降到最低； 2、定期進(jìn)行檢查，并隨時(shí)對柴油發(fā)電機(jī)的機(jī)油量進(jìn)行檢查，及時(shí)更換機(jī)油，確保機(jī)油過濾器的正常運(yùn)行； 3、定期對柴油機(jī)的拐檔差進(jìn)行檢查測量和分析研究，并且形成一種連續(xù)和不間斷性的數(shù)據(jù)信息化檢查的方法； 4、用塞尺對機(jī)座和瓦蓋之間的縫隙進(jìn)行測量，看是否達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。 總結(jié)： 　　 綜上所述，為了確保船用柴油發(fā)電機(jī)故障的及時(shí)排除，我們要結(jié)合不同型號的輔機(jī)之間的性能，確保柴油發(fā)電機(jī)故障不會傷到曲軸，以免為維修帶來不必要的難度和高額的費(fèi)用，我們要正確的進(jìn)行維護(hù)和管理，只有這樣做才可以在一定程度上有效的減少柴油發(fā)電機(jī)機(jī)械故障的產(chǎn)生。 船用發(fā)電機(jī)接地故障的保護(hù)措施 船用發(fā)電機(jī)接地保護(hù)是我國在建、改建的配電系統(tǒng)亟待解決的重要課題。但由于故障殘流小、故障電弧及干擾影響等原因,現(xiàn)有方法在實(shí)際運(yùn)行中選線正確率很低。Powerformer是一種高壓發(fā)電機(jī),其中性點(diǎn)廣泛采用經(jīng)高電阻接地方式或經(jīng)消弧線圈接地方式,也屬于非有效接地電網(wǎng)。Powerformer的內(nèi)部故障機(jī)理及選擇性定子單相接地保護(hù)研究,是目前鮮有報(bào)道的保護(hù)領(lǐng)域最新研究方向,需要深入研究。船用發(fā)電機(jī)接地保護(hù)中,各種故障保護(hù)方法所獲取的信息或多或少地受到系統(tǒng)參數(shù)變化、干擾等因素的影響,具有一定的模糊性。為建立樣本對于類別的模糊描述,更客觀地反映樣本數(shù)據(jù)的模糊特征,論文第三章提出了一種基于模糊聚類分析的饋線接地保護(hù)方法。首先,采用模糊C均值聚類分析方法,采用不同屬性的故障特征量,以4種基于穩(wěn)態(tài)的保護(hù)方法和3種基于暫態(tài)的保護(hù)方法提取出的多源信息為指標(biāo),將歷史數(shù)據(jù)分成故障類和非故障類；然后,根據(jù)各聚類中心與待測樣本的空間相對距離識別出待測樣本的故障類別,從而實(shí)現(xiàn)感知到認(rèn)知的過程,完成保護(hù)判斷。仿真分析驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性,同時(shí)表明干擾、系統(tǒng)運(yùn)行方式和過渡電阻等因素對該方案影響很小。為提高船用發(fā)電機(jī)接地保護(hù)方法的魯棒性和精度,選取5個(gè)故障特征量作為故障選線的判別因子,建立距離判別分析模型,并利用回代估計(jì)法對距離判別分析模型進(jìn)行檢驗(yàn)。通過配電網(wǎng)單一保護(hù)單元內(nèi)部不同選線方法在不同歷史時(shí)段所呈現(xiàn)出的特性不同,構(gòu)建面向單一保護(hù)單元的選線方法,實(shí)現(xiàn)感知到認(rèn)知的過程,完成選線判斷。研究結(jié)果表明,經(jīng)過訓(xùn)練后的判別分析模型誤判率較低。利用該模型對待測樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行測試,測試結(jié)果與實(shí)際情況吻合,驗(yàn)證了該接地故障選線方法的高效性和實(shí)用性。高壓發(fā)電機(jī)在系統(tǒng)中處于重要地位,其定子繞組單相接地故障保護(hù)需可靠靈敏以及具有100%的保護(hù)范圍,對于并列運(yùn)行的多臺高壓發(fā)電機(jī),需具備選擇性。定子單相接地故障前后Powerformer機(jī)端零序電流基波分量和三次諧波故障分量的變化特征。通過比較各高壓發(fā)電機(jī)零序電流的大小和能量判斷單相接地點(diǎn)是否在本發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部。給出了不同接地點(diǎn)和不同過渡電阻情況下的仿真結(jié)果,仿真分析結(jié)果表明：該保護(hù)方案可實(shí)現(xiàn)100%定子接地保護(hù),能可靠地識別出發(fā)電機(jī)內(nèi)部、外部的定子接地故障,判斷故障發(fā)電機(jī)。該方案構(gòu)成原理較簡單,具有魯棒性強(qiáng),精度高等特點(diǎn)。對于一個(gè)具有若干臺機(jī)組的大型電廠,所用發(fā)電機(jī)組會通過廠內(nèi)的公共母線進(jìn)行功率匯集,再向系統(tǒng)統(tǒng)一供電。針對并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)組的選擇性定子繞組單相接地保護(hù)問題,高壓發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障仿真模型,分析了高壓發(fā)電機(jī)發(fā)生定子繞組單相接地故障時(shí)的電氣特性,利用故障發(fā)電機(jī)與非故障發(fā)電機(jī)零序功率方向不同的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)有選擇性的保護(hù)。利用零序功率的基波分量和三次諧波故障分量共同判斷單相接地點(diǎn)是否在本發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部,實(shí)現(xiàn)100%定子接地保護(hù)。給出三種運(yùn)行狀態(tài)(正常運(yùn)行、外部故障、內(nèi)部故障)的仿真結(jié)果。理論分析和仿真結(jié)果表明,該保護(hù)原理不僅能有效檢測接地故障,還可較好地區(qū)分故障發(fā)電機(jī)與非故障發(fā)電機(jī)。 根據(jù)安全的要求發(fā)電機(jī)的外殼都是接地的，因此，定子繞組因絕緣破壞而引起的單相接地故障比較普遍。當(dāng)接地電流比較大，能在故障點(diǎn)引起電弧時(shí)，將使繞組的絕緣和定子鐵心燒壞，并且也容易發(fā)展成相間故障，造成更大的危害。我國規(guī)定，當(dāng)接地電容電流等于或大于5A時(shí)，應(yīng)裝設(shè)動(dòng)作于跳閘的接地保護(hù)，當(dāng)接地電容電流小于5A時(shí)，一般裝設(shè)作用于信號的接地保護(hù)。 一、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地的特點(diǎn) 現(xiàn)代的發(fā)電機(jī)，其中性點(diǎn)都是不接地或經(jīng)消弧線圈接地的，因此，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí)，流經(jīng)接地點(diǎn)的電流仍為發(fā)電機(jī)所在電壓網(wǎng)絡(luò)（即與發(fā)電機(jī)有直接電聯(lián)系的各元件）對地電容電流之總和，而不同之處在于故障點(diǎn)的零序電壓將隨發(fā)電機(jī)內(nèi)部接地點(diǎn)的位置而改變。 UA UB UC 3I0 U0 圖1發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障電壓電流分布 如圖1：假設(shè)A相接地發(fā)生在定子繞組距中心點(diǎn)處，表示由中心點(diǎn)到故障點(diǎn)的繞組占全部繞組匝數(shù)的百分?jǐn)?shù)，則故障點(diǎn)各相電勢為而各相對地電壓分別為： 因此，故障點(diǎn)的零序電壓為 上式表明，故障點(diǎn)的零序電壓等于故障相的電勢，再反一個(gè)方向，但是前面要乘一個(gè)，說明發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地時(shí)，故障點(diǎn)的零序電壓將隨著故障點(diǎn)位置的不同而改變。同樣我們也可以求出發(fā)電機(jī)的零序電容電流和網(wǎng)絡(luò)的零序電容電流分別為 則故障點(diǎn)總的接地電流即為 當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí)，實(shí)際上無法直接獲得故障點(diǎn)的零序電壓，而只能借助于機(jī)端的電壓互感器來進(jìn)行測量。機(jī)端各相的對地電壓分別為 由此可求得機(jī)端的零序電壓為 由于取得了零序電流和零序電壓，因此我們可以利用零序電流構(gòu)成定子接地保護(hù)，也可以利用零序電壓構(gòu)成定子接地保護(hù)。但是無論是零序電流和零序電壓的接地保護(hù)，對定子繞組都不能達(dá)到100%的保護(hù)范圍。這對于大容量的機(jī)組而言，由于振動(dòng)較大而產(chǎn)生的機(jī)械損傷或發(fā)生漏水等原因，都可能使靠近中性點(diǎn)附近的繞組發(fā)生接地故障。如果這種故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)或消除，則一種可能是進(jìn)一步發(fā)展成匝間或相間短路；另一種可能是如果又在其它地點(diǎn)發(fā)生接地，則形成兩點(diǎn)接地短路。這兩種結(jié)果都會造成發(fā)電機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞，因此，對大型發(fā)電機(jī)組，特別是定子繞組用水內(nèi)冷的機(jī)組，應(yīng)裝設(shè)能反應(yīng)100%定子繞組的接地保護(hù)，100%定子接地保護(hù)裝置一般由兩部分組成，即是利用三次諧波電壓和基波零序電壓配合工作。其中三次諧波電壓構(gòu)成的接地保護(hù)可以反應(yīng)發(fā)電機(jī)繞組中＜50%范圍以內(nèi)的單相接地故障，且當(dāng)故障點(diǎn)接近于中性點(diǎn)時(shí)，保護(hù)的靈敏性越高；而利用基波零序電壓構(gòu)成的接地保護(hù)，則可以反應(yīng)＞15%以上范圍的單相接地故障，且當(dāng)故障點(diǎn)越接近于發(fā)電機(jī)出線端時(shí)，保護(hù)的靈敏性越高。因此，利用三次諧波電壓比值和基波零序電壓的組合，構(gòu)成了100%的定子接地保護(hù)。定子接地保護(hù)邏輯框圖 邏輯框圖見圖2。 圖2定子接地保護(hù)邏輯框圖 二、基波零序電壓原理的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù) 保護(hù)反應(yīng)發(fā)生單相接地故障的零序電壓分量。對微機(jī)保護(hù)來說，主要是采取措施擴(kuò)大它的保護(hù)范圍。為此，采取的措施是用高壓側(cè)零序電壓閉鎖和加強(qiáng)三次諧波的濾波效果。保護(hù)的構(gòu)成方案如圖3所示。 Un0 Us0 Ut0 三次諧波濾過器 三次諧波濾過器 與門 與門 或門 延時(shí) 跳閘或 發(fā)信 圖3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)原理圖 圖3中，為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓互感器的零序電壓；為機(jī)端電壓互感器的零序電壓；為主變高壓側(cè)電壓互感器零序電壓。在軟件中，每一個(gè)零序電壓分量是否投入使用，均由控制字選擇。當(dāng)系統(tǒng)中有中性點(diǎn)PT時(shí)，可將與構(gòu)成與門關(guān)系。這樣可防止機(jī)端電壓互感器一次側(cè)發(fā)生斷線時(shí)造成的保護(hù)誤動(dòng)。在不具備中性點(diǎn)PT時(shí)，可退出此功能，機(jī)端零序電壓和中性點(diǎn)零序電壓均可單獨(dú)出口。為提高保護(hù)的靈敏度，采用高壓側(cè)零序電壓閉鎖。 三、反映三次諧波的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù) 保護(hù)（反應(yīng)機(jī)端與中性點(diǎn)三次諧波電壓比的保護(hù)）的動(dòng)作判據(jù)為： 理論分析表明，發(fā)電機(jī)正常與系統(tǒng)并列運(yùn)行時(shí)，無論發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)是否接有消弧線圈，總有機(jī)端三次諧波電壓小于中性點(diǎn)的三次諧波電壓，而當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組靠近中性點(diǎn)的50%范圍內(nèi)發(fā)生金屬性接地故障時(shí)，機(jī)端三次諧波電壓大于于中性點(diǎn)的三次諧波電壓，判椐滿足。但在實(shí)際上，由于多種因素的影響，例如機(jī)端電壓互感器飽和的影響、發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷的影響、升壓變壓器高壓繞組三次諧波電勢的影響等，造成正常運(yùn)行時(shí)就是的關(guān)系。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波電壓的比值最大達(dá)到1.95倍。因此，采用這種方案構(gòu)成保護(hù)時(shí)，必須提高定值門檻。這就勢比影響保護(hù)的靈敏度和保護(hù)范圍。 四、100%的定子接地保護(hù) 1、基波零序過電壓保護(hù)的整定 該保護(hù)的動(dòng)作電壓Uop應(yīng)按躲過正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)單相電壓互感器或機(jī)端三相電壓互感器開口三角繞組的最大不平衡電壓Uunb.max整定，即 Uop＝KrelUunb.max 式中： Krel——可靠系數(shù)，取1.2～1.3。 Uunb.max 為實(shí)測不平衡電壓，其中含有大量三次諧波。為了減小Uop，可以增設(shè)三次諧波阻波環(huán)節(jié)，使Uunb.max主要是很小的基波零序電壓，大大提高靈敏度，此時(shí)Uop≥5V，保護(hù)死區(qū)≥5%。 應(yīng)校核系統(tǒng)高壓側(cè)接地短路時(shí)，通過升壓變壓器高低壓繞組間的每相耦合電容CM傳遞到發(fā)電機(jī)側(cè)的零序電壓Ug0大小，傳遞電壓計(jì)算用近似簡化電路，見圖4。 圖4傳遞電壓計(jì)算用近似簡化電路 圖4中，E0為系統(tǒng)側(cè)接地短路時(shí)產(chǎn)生的基波零序電動(dòng)勢，由系統(tǒng)實(shí)際情況確定，一般可取 ，UHn為系統(tǒng)額定線電壓。CgΣ為發(fā)電機(jī)及機(jī)端外接元件每相對地總電容。CM為主變壓器高低壓繞組間的每相耦合電容。Zn為3倍發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)對地基波阻抗。 Ug0可能引起基波零序過電壓保護(hù)誤動(dòng)作。因此，應(yīng)從動(dòng)作電壓整定值及延時(shí)兩方面與系統(tǒng)接地保護(hù)配合。 2、三次諧波電壓單相接地保護(hù)的整定 對于100MW及以上的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)無動(dòng)作死區(qū)(100%動(dòng)作區(qū))單相接地保護(hù)。一種保護(hù)方案是基波零序過電壓保護(hù)與三次諧波電壓保護(hù)共同組成100%單相接地保護(hù)。 電壓互感器變比為： 機(jī)端 TV ； 中性點(diǎn)TV ； 如發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈或配電變壓器接地，保護(hù)裝置應(yīng)具有調(diào)平衡功能，否則應(yīng)增設(shè)中間電壓互感器。 設(shè)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波電壓各為 和 ，三次諧波電壓單相接地保護(hù)可采用以下兩種原理： 實(shí)測發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的最大三次諧波電壓比值設(shè)為a0，則取閾值a＝(1.05～1.15)a0。根據(jù)發(fā)電機(jī)定子繞組對地電容和中性點(diǎn)對地三次諧波阻抗的大小，見圖5，可計(jì)算a0。a0可能小于或大于1.0。 E3—發(fā)電機(jī)三次諧波相電動(dòng)勢；EH3—系統(tǒng)高壓側(cè)三次諧波相電動(dòng)勢；Zn—發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)對地三次諧波感抗或電阻的三倍；C1—發(fā)電機(jī)每相對地電容之半；C2—機(jī)端外接元件每相對地總電容；CM—主變壓器高低壓繞組間每相耦合電容 圖5發(fā)電機(jī)三次諧波電壓分析計(jì)算用等值電路 五、發(fā)電機(jī)的單相接地保護(hù)整定實(shí)例 已知條件：保護(hù)采用 ，發(fā)電機(jī)額定容量為135MW，額定功率因數(shù)0.85，額定電壓13.8KV。 主變高壓側(cè)開口角電壓變比: 220:√3/0.1:√3/0.1:√3/0.1 KV； 機(jī)端開口三角零序電壓TV變比: 13.8:√3/0.1:√3/0.1:3 KV； 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓TV變比: 13.8:√3/0.1 KV。 1、基波零序過電壓保護(hù) 基波零序電壓保護(hù)發(fā)電機(jī)85%～90%的定子繞組單相接地.由于中性點(diǎn)單相電壓互感器不接熔斷器,而機(jī)端三相電壓互感器必須接熔斷器,所以基波零序過電壓保護(hù)靈敏段取中性點(diǎn)零序電壓,Uop應(yīng)按躲過正常運(yùn)行方式下中性點(diǎn)單相電壓互感器的最大不平衡電壓Uunb.max整定靈敏段： Uop=Krel·Uunb.max 式中Krel可靠系數(shù)取1.3； Uunb.max為中性點(diǎn)實(shí)測不平衡基波零序電壓。 廠家建議Uop=20～30V ； 高端值取Uop=30V ，保護(hù)時(shí)限取top=1s； 低端值取Uop=10V ， 保護(hù)時(shí)限取top=5s。 2、三次諧波電壓比率接地保護(hù) 三次諧波電壓比率判據(jù)只保護(hù)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)25%左右的定子接地. 2.1暫時(shí)整定值: a=Krel×3×/=1.5×3×79.67/239 =1.5。 實(shí)測發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前最大三次諧波電壓比值為a1； 并網(wǎng)前比率定值：(1.3～1.5)×a1 實(shí)測發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后運(yùn)行時(shí)最大三次諧波電壓比值為a2 并網(wǎng)后比率定值:(1.3～1.5)×a2 式中: Krel可靠系數(shù)取1.5； 為機(jī)端開口三角零序電壓TV變比，13.8:√3/0.1:3=239 KV； 為機(jī)端中性點(diǎn)零序電壓TV變比13.8:√3/0.1KV=79.67（中性點(diǎn)變壓器）。 該計(jì)算值不能作為最終的整定值.在最終整定時(shí),并網(wǎng)前后都必須經(jīng)過實(shí)測。 2.2、實(shí)際修正值 待機(jī)組正常運(yùn)行后根據(jù)實(shí)測值進(jìn)行修正計(jì)算。 a=2.294/2.765=0.83 實(shí)測發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的最大三次諧波電壓比值設(shè)為a0， 根據(jù)實(shí)測值修正整定值，即a＝1.5×0.83=1.2。 六、WFB-800A發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)裝置保護(hù)定值表1 發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)定值 1 基波零序低值投退 0，1 1：投入 2 基波零序高值投退 0，1 1：投入 3 三次諧波方案一投退 0，1 1：投入，出口發(fā)信。 4 三次諧波方案二投退 0，1 0：退出； 5 20Hz電源消失投退 0，1 0：退出； 6 20Hz接地高定值投退 0，1 0：退出； 7 20Hz接地低定值投退 0，1 0：退出； 8 零序電流定子接地投退 0，1 0：退出； 9 零序電壓選擇 0，1 1：機(jī)端 10 基波零序電壓低值 1.00V～50.00V 10V 11 基波零序電壓低值延時(shí) 0.10s～100.00s 5s出口停 12 基波零序電壓高值 1.00V～50.00V 30V 13 基波零序電壓高值延時(shí) 0.10s～100.00s 1S 14 并網(wǎng)前諧波比系數(shù) 0.50～10.00 1.5 15 并網(wǎng)后諧波比系數(shù) 0.50～10.00 1.2 船用發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行故障的保護(hù)措施 電機(jī)常見異常狀態(tài)及其危 隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的不斷增加，大型發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)中越來越重要。人們對發(fā)電機(jī)的可靠性、安全性要求越來越高。發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行對保證電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起著極其重要的作用。但是較之故障，異常運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生的機(jī)率更大，比如定子繞組過負(fù)荷、發(fā)電機(jī)失磁、失步，發(fā)電機(jī)逆功率運(yùn)行，非全相運(yùn)行等。這些威脅同樣不容忽視，所以研究大型發(fā)電機(jī)的異常運(yùn)行及保護(hù)是很有必要的。由于大型發(fā)電機(jī)多采用三相分相操作主開關(guān)，非全相運(yùn)行已成為發(fā)電廠電氣運(yùn)行的重點(diǎn)防止對象。本文針對大型發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行進(jìn)行了分析研究，采用對稱分量法得出了各相電流、各序電流及相序電流間的關(guān)系，并用MATLAB軟件進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了理論分析的結(jié)果。同時(shí)，就發(fā)電機(jī)組非全相保護(hù)存在的問題提出了改進(jìn)方案，并給出了發(fā)電廠發(fā)生非全相運(yùn)行故障時(shí)的一些處理方法 1、低勵(lì)磁或失磁 ? 對于容量在 100MW 以下不允許失磁運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，當(dāng)采用直流勵(lì)磁機(jī)時(shí)，應(yīng)在滅磁開關(guān)斷開時(shí)同 時(shí)斷開發(fā)電機(jī)斷路器。容量在 100MW 以上的發(fā)電機(jī)也應(yīng)裝設(shè)失磁保護(hù)。對于水輪發(fā)電機(jī)，保護(hù)動(dòng)作于 解列滅磁；對于汽輪發(fā)電機(jī)，保護(hù)動(dòng)作于減出力，以便縮短異步運(yùn)行時(shí)間盡快恢復(fù)同步運(yùn)行，在不允 許繼續(xù)異步運(yùn)行或失磁后母線電壓低于允許值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作于解列滅磁。 ? 2、定子過電流或過負(fù)荷保護(hù) ? 在定子繞組、勵(lì)磁繞組上應(yīng)裝設(shè)定時(shí)限和反時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)。定時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作于信號或自動(dòng)減負(fù)荷、降低勵(lì)磁電流。反時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作于解列或程序跳閘、解列滅磁。 3、 逆功率保護(hù) 對于容量在200MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī)，宜裝設(shè)逆功率保護(hù)。保護(hù)帶時(shí)限動(dòng)作于信號，經(jīng)長時(shí)限動(dòng)作于解列。 以上所述的解列滅磁，是指斷開發(fā)電機(jī)斷路器，汽輪機(jī)甩負(fù)荷。減出力，是指將原動(dòng)機(jī)出力減到給定值。程序跳閘，對汽輪發(fā)電機(jī)來說，是指首先關(guān)閉主汽門，待逆功率繼電器動(dòng)作后，再跳開發(fā)電機(jī)斷路器并滅磁。對水輪發(fā)電機(jī)，是指首先將導(dǎo)水翼關(guān)到空載位置，再跳開發(fā)電機(jī)斷路器滅磁。 4、發(fā)電機(jī)失步保護(hù) 對于容量在300MW及以上的發(fā)電機(jī)，需裝設(shè)失步保護(hù),保護(hù)動(dòng)作于信號或解列。若發(fā)生失步現(xiàn)象, 應(yīng)盡快創(chuàng)造恢復(fù)同期的條件, 一般可采取增加發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁,或減少該失步電機(jī)的有功出力,進(jìn)而將其牽入同步。 動(dòng)減負(fù)荷、降低勵(lì)磁電流。反時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作于解列或程序跳閘、解列滅磁。 逆功率保護(hù) 對于容量在200MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī)，宜裝設(shè)逆功率保護(hù)。保護(hù)帶時(shí)限動(dòng)作于信號，經(jīng)長時(shí)限動(dòng)作于解列。 以上所述的解列滅磁，是指斷開發(fā)電機(jī)斷路器，汽輪機(jī)甩負(fù)荷。減出力，是指將原動(dòng)機(jī)出力減到給定值。程序跳閘，對汽輪發(fā)電機(jī)來說，是指首先關(guān)閉主汽門，待逆功率繼電器動(dòng)作后，再跳開發(fā)電機(jī)斷路器并滅磁。對水輪發(fā)電機(jī)，是指首先將導(dǎo)水翼關(guān)到空載位置，再跳開發(fā)電機(jī)斷路器滅磁。 5、非全相運(yùn)行保護(hù) 發(fā)電機(jī)變壓器組的非全相運(yùn)行故障，大多數(shù)發(fā)生在機(jī)組解列、并列的操作過程中，正確地進(jìn)行機(jī)組解列或并列的操作是大幅度地減少因負(fù)序電流燒損發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的簡單而有效的措施。因此只要遵循保持發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、穩(wěn)定機(jī)組轉(zhuǎn)速、減少機(jī)組出力、控制定子電流的原則，嚴(yán)格按照合理順序進(jìn)行操作和調(diào)整，完全可以把負(fù)序電流控制在允許的范圍之內(nèi)。 由于現(xiàn)在大型發(fā)電機(jī)多采用三相分相操作主開關(guān)，非全相運(yùn)行已成為發(fā)電廠電氣運(yùn)行的重點(diǎn)防止對象。所以在下面的章節(jié)中我將重點(diǎn)分析發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行及其相應(yīng)的保護(hù)措施。 非全相運(yùn)行時(shí)，由于發(fā)電機(jī)組接線方式、主變接地方式、斷相形式、導(dǎo)致原因不同，非全相運(yùn)行時(shí)的故障特征是不同的，所以對非全相運(yùn)行進(jìn)行合理有效的分類是分析研究的前提。非全相運(yùn)行一般采用對稱分量法來分析計(jì)算。 對稱分量法是一種線性變換，利用它可將任意一組不對稱的三相電流(或電壓)分解成正序、負(fù)序和零序三組三相對稱的電流(或電壓)，這三組各自獨(dú)立的對稱電流(或電壓)就稱為不對稱電流(或電壓)的對稱分量，每組對稱分量的三相之間都有大小相等、彼此間相位差相等的關(guān)系。電流或電壓的相序、大小關(guān)系是機(jī)組非全相運(yùn)行時(shí)的重要故障信息，這些量的提取與判斷，對于保護(hù)機(jī)組與系統(tǒng)的運(yùn)行安全有著非常重要的意義。 經(jīng)過幾年的校際流傳，在Little的推動(dòng)下，由Little、Moler、Steve Bangert合作，于1984年成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市場。從那時(shí)起，MATLAB的核心采用C語言編寫，而且除原有的數(shù)值計(jì)算功能外，還新增了數(shù)據(jù)圖視功能。它集數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境。 MATLAB的推出得到了各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的廣泛關(guān)注，其強(qiáng)大的擴(kuò)展功能為各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。MATLAB系統(tǒng)的基本部分主要包括：工作環(huán)境、圖形處理系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真環(huán)境Simulink、工具箱及模塊庫等?，F(xiàn)在，MATLAB不僅僅是一個(gè)“矩陣實(shí)驗(yàn)室”，她已經(jīng)發(fā)展為適合多科學(xué)的、功能強(qiáng)大的大型軟件，成為高級課程的基本教學(xué)工具。如MATLAB可以做以下各種分析、運(yùn)算:1、微積分：微分、積分、求時(shí)限、泰勒展開、級數(shù)求和。2、代數(shù)：求逆、特征值、行列式、代數(shù)方程解的簡化、數(shù)學(xué)表達(dá)式的指定精度求值。3、數(shù)值分析：插值與擬合、數(shù)值微分與積分、函數(shù)逼近、代數(shù)方程和微分方程的數(shù)值解和符號解。4、統(tǒng)計(jì)計(jì)算：均值、方差、概率、參數(shù)估計(jì)、假設(shè)檢驗(yàn)、相關(guān)性和回歸分析、統(tǒng)計(jì)繪圖、隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器等。5、優(yōu)化問題的求解：線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃等問題的求解。6、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模擬仿真等。 它已成為工科大學(xué)生、碩士生和博士生所必須掌握的基本技能。同時(shí)，MATLAB也被研究單位和工業(yè)部門廣泛應(yīng)用，使科學(xué)研究和解決具體各種問題的效率大大提高。被稱為第四代計(jì)算機(jī)語言的MATLAB，之所以能如此迅速地普及，顯示出如此而旺盛的生命力，是由于他有著不同于其他語言的特點(diǎn)，它使人們無須直接對計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)行操作，利用其豐富的函數(shù)資源，將編程人員從煩瑣的程序代碼中解放出來。MATLAB最突出的特點(diǎn)就是簡潔，它用更直觀的、符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C語言和FORTRAN語言的冗長代碼。MATLAB給用戶帶來的是最直觀，最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境。下面簡單介紹一下MATLAB的主要特點(diǎn)。 1、簡潔靈活的語言風(fēng)格 語言十分簡單，使用靈活方便，書寫形式自由，具有“草稿紙”功能。如果任務(wù)不是太多，那么可以在命令窗口中按照自己的思路直接寫入命令，并且可以即時(shí)看到結(jié)果。 2、方便的數(shù)值運(yùn)算 在MATLAB環(huán)境中，有超過500種的數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)、科學(xué)及工程方面的函數(shù)可使用，函數(shù)的標(biāo)識自然，使得問題和解答像計(jì)算機(jī)式子一般的簡單、明了，讓使用者可全力發(fā)揮在解題方面，而非浪費(fèi)在計(jì)算機(jī)操作上。 簡述發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的起因 造成發(fā)電機(jī)組非全相運(yùn)行事故的原因主要有高壓斷路器故障、未裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器、非全相保護(hù)或失靈保護(hù)拒動(dòng)、運(yùn)行人員操作不當(dāng)?shù)龋韵戮途唧w情況進(jìn)行闡述： 1、斷路器故障 斷路器故障包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)故障、斷路器本體故障和斷路器二次回路故障。我國220kV及以上電壓4 等級斷路器，由于產(chǎn)品自身問題，檢修工藝問題，發(fā)現(xiàn)、消除缺陷不及時(shí)等方面的原因，造成發(fā)電機(jī)組非全相運(yùn)行事故經(jīng)常發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)在(1990～1999)年間，220kV電壓等級SF6斷路器設(shè)備中，因拒分、拒合、誤動(dòng)等造成的事故共發(fā)生54起。 2、 未裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器 發(fā)電機(jī)裝設(shè)出口斷路器(GCB)，可使運(yùn)行方式靈活，GCB與發(fā)變組高壓側(cè)斷路器相互配合可縮短事故時(shí)間，對發(fā)電機(jī)進(jìn)行更為有效的保護(hù)。但由于目前國內(nèi)GCB在制造技術(shù)、工藝上的原因，尚不能實(shí)現(xiàn)與封閉母線安裝一體化，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)國外的GCB性能雖然比較穩(wěn)定，但價(jià)格很高，這就在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上限制了GCB在我國大容量機(jī)組上的普遍使用。由于很多電廠沒有裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器，所以增加了因非全相運(yùn)行時(shí)間過長而導(dǎo)致事故的機(jī)率。 3、 失靈保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng) 九十年代初，開始采用斷路器非全相啟動(dòng)失靈保護(hù)裝置，即一旦出現(xiàn)發(fā)變組高壓側(cè)斷路器由于某種原因引起的非全相運(yùn)行，首先跳開該斷路器的健全相，跳閘不成則啟動(dòng)失靈保護(hù)，經(jīng)延時(shí)作用將位于同一母線上其它所有電源切斷，從而保證機(jī)組的安全。但是失靈保護(hù)動(dòng)作正確率較低，所以我國發(fā)生過多起因失靈保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)而導(dǎo)致非全相事故擴(kuò)大。 4、運(yùn)行人員操作不當(dāng) 為防止機(jī)構(gòu)失靈，運(yùn)行人員要對機(jī)構(gòu)內(nèi)傳動(dòng)軸、鎖釘定期潤滑，以保證其傳動(dòng)部分的靈活性。同時(shí)應(yīng)保證機(jī)構(gòu)箱門處于嚴(yán)密關(guān)閉狀態(tài)，防止線圈受潮，機(jī)構(gòu)靈件銹蝕。這就要求工作人員在正常巡回檢查時(shí)，留意空氣、SF6壓力和電力設(shè)備本身狀態(tài)情況，而且要加強(qiáng)對主開關(guān)的定期維護(hù)，壓縮空氣儲氣罐放水、加熱器投退等工作檢查，保證設(shè)備的正常進(jìn)行。開關(guān)操作本體處應(yīng)該設(shè)專人監(jiān)控，如遇三相開關(guān)未全合上，則要通知遠(yuǎn)方將開關(guān)跳開，然后運(yùn)行人員實(shí)施檢查。開關(guān)斷開后（包括手動(dòng)跳開、保護(hù)跳開），應(yīng)對開關(guān)跳合閘線圈進(jìn)行檢查，對機(jī)構(gòu)拉桿進(jìn)行檢查。以上這些操作細(xì)節(jié)很大的決定了非全相發(fā)生的機(jī)率以及事故所造成的破壞程度。