新聞主題	發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)的作用及原理

 

摘要：當(dāng)兩臺(tái)以上柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，若其中一臺(tái)柴油機(jī)工作不正常或柴油機(jī)與發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器損壞等原因，使該機(jī)組的發(fā)電機(jī)不但不能輸出有功功率，反而從供電系舯吸收功率，同步發(fā)電機(jī)變?yōu)橥诫妱?dòng)機(jī)，即同步發(fā)電機(jī)處于逆功率狀態(tài)下運(yùn)行。如果同步發(fā)電機(jī)在逆功率狀態(tài)下運(yùn)行，對供電系統(tǒng)是不利的，造成參以并聯(lián)運(yùn)行其他機(jī)組過載跳閘，供電中斷，因此，應(yīng)采取措施進(jìn)行逆功率保護(hù)。

一、逆功率的產(chǎn)生機(jī)理

 

      目前，在大型發(fā)電機(jī)組上一般裝設(shè)了兩套獨(dú)立的逆功率保護(hù)裝置，即程序跳閘逆功率和單純的電氣逆功率保護(hù)，來限制發(fā)電機(jī)逆功率的大小。一般最大不超過額定有功功率的10%左右。從原理講，柴油發(fā)電機(jī)可以逆功率運(yùn)行。但實(shí)際上，當(dāng)逆功率運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)就成了電動(dòng)機(jī)了，不但發(fā)出的電送布出去要自身消耗，而其還要使用電網(wǎng)的電。長時(shí)間逆功率運(yùn)行就有可能造成繞組燒毀。因此，在一般情況下，不得將發(fā)電機(jī)長時(shí)間逆功率運(yùn)行。康明斯發(fā)電機(jī)的逆功率保護(hù)功能是防止柴油機(jī)失去動(dòng)力后，電力系統(tǒng)向發(fā)電機(jī)倒送功率的。當(dāng)功率方向發(fā)生改變后，發(fā)電機(jī)就變成了電動(dòng)機(jī)，從發(fā)出功率變?yōu)槲展β省＿@樣由于柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速非?？?，受到這里的功率變換后會(huì)在柴油機(jī)上產(chǎn)生一個(gè)反向力矩，損壞柴油機(jī)，同時(shí)無謂地消耗電力。

 

圖1  并網(wǎng)柜二次原理圖

圖2  逆功率保護(hù)一次方案設(shè)計(jì)圖

 

 

二、晶體管逆功率保護(hù)裝置

 

      由于逆功率保護(hù)是有功功率方向保護(hù)，因此，它的檢測信號(hào)，應(yīng)取電壓、電流兩方面的信號(hào)及其相位關(guān)系，并將其轉(zhuǎn)換為反應(yīng)有功功率的方向和大小的直流電壓控制信號(hào)。該裝置逆功率保護(hù)信號(hào)是取自發(fā)電機(jī)S相的電壓和電流來進(jìn)行單相逆功率檢測。它的電壓形成回路中，電壓變換器m₁、m₂噸的原邊接成對稱星形，取出電壓U_so作為電壓信號(hào)，并使U_so與發(fā)電機(jī)輸出的相電壓U_so同相位，其電流信I_S號(hào)由S相的電流互感器取得，經(jīng)兩個(gè)單相橋式整流電路VD₁、VD₂整流，在電阻R₃得電壓U₁，電阻R₄得電壓U₂，功率檢測環(huán)節(jié)是應(yīng)用絕對值比較原理進(jìn)行檢測，當(dāng)R₁=R₂時(shí)，功率檢測環(huán)節(jié)輸出的直流控制信號(hào)電壓U_mn與有功功率P成正比，并反映P的方向。在逆功率時(shí)，直流控制信號(hào)電壓U_mn為負(fù)值，即n點(diǎn)電位高于通m點(diǎn)電位。當(dāng)逆功率達(dá)8％發(fā)電機(jī)額定功率時(shí)，三極管VT₁導(dǎo)通，VT₂截止，工作電源經(jīng)電阻R₁₅、R₁₆對電容C進(jìn)行充電，充電延時(shí)約5s，電容C充電電壓U_C達(dá)到穩(wěn)壓管W₁擊穿電壓時(shí)，W₁管導(dǎo)通，二極管VD₃及三極管VT₃導(dǎo)通，出口繼電器d₁通電動(dòng)作，供電開關(guān)自動(dòng)跳閘，從而達(dá)到保護(hù)的目的。

 

      對柴油機(jī)逆功率保護(hù)的整定計(jì)算，就是要確定該保護(hù)的動(dòng)作功率Pdz及動(dòng)作延時(shí)t 。

1、動(dòng)作功率Pdz的整定

      柴油發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)的動(dòng)作功率可按下式計(jì)算 ：

Pdz=(Krel*P1)/η

式中，Pdz——逆功率保護(hù)的動(dòng)作功率

Krel——可靠系數(shù)，取0.8 

P1——主汽門關(guān)閉后，柴油機(jī)維持同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)所消耗的功率，該功率的大小除與柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)及容量有關(guān)之外，還與柴油發(fā)電機(jī)的主蒸汽系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（管道結(jié)構(gòu)及有無旁路管道等）有關(guān)，一般取額定功率的1.5~2%

η——發(fā)電機(jī)拖動(dòng)柴油機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)的效率，取0.98~0.99 ，所以：

Pdz≈（1.2~1.6%）PN

PN——發(fā)電機(jī)的額定功率。實(shí)際中，Pdz=可取1~1.5%PN 。

2、動(dòng)作延時(shí)

      發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)的動(dòng)作延時(shí)，應(yīng)按照柴油發(fā)電機(jī)主汽門關(guān)閉后允許運(yùn)行的時(shí)間來整定，該允許時(shí)間一般為10~15min。計(jì)算及運(yùn)行實(shí)踐表明，當(dāng)柴油機(jī)蒸汽系統(tǒng)有旁路管道時(shí)，允許運(yùn)行時(shí)間還要長一些。 因此，若按照柴油機(jī)主汽門關(guān)閉之后允許運(yùn)行的時(shí)間來整定保護(hù)的動(dòng)作延時(shí)，可取5~10min。動(dòng)作后作用于解列滅磁。 另外，投運(yùn)的大型柴油發(fā)電機(jī)，多采用逆功率保護(hù)去啟動(dòng)程序跳閘回路，此時(shí)，動(dòng)作時(shí)間通常取1~2s。 對于程控逆功率保護(hù)，由于動(dòng)作時(shí)間短，在主汽門點(diǎn)閉后很短的時(shí)間內(nèi)，由于柴油機(jī)及發(fā)電機(jī)的慣性，實(shí)際逆功率可能很小，因此逆功率的定值不應(yīng)大于1%PN。

 

四、逆功率保護(hù)與程序逆功率保護(hù)的區(qū)別

 

      逆功率保護(hù)是發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)的一種，作為汽輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)有功功率倒送，發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)運(yùn)行異常工況的保護(hù)逆功率保護(hù)的簡單原理：是按照比較絕對值原理構(gòu)成的功率方向繼電器交流測量回路，其交流電壓形成回路采用和差接線方式。從而獲得兩個(gè)比較電量：和電壓向量A1與差電壓向量A2。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，A2逆功率保護(hù)也可用于程序跳閘的啟動(dòng)元件。而程序逆功率保護(hù)嚴(yán)格說不是一種保護(hù)，而是為實(shí)現(xiàn)程序跳閘而設(shè)置的動(dòng)作過程。程跳逆功率主要就是用于程序跳閘，算是一種停機(jī)方式吧。最關(guān)鍵的是逆功率只要定值達(dá)到就動(dòng)作，程跳逆功率除了要定值達(dá)到，而且還要汽機(jī)主汽門關(guān)閉，才能跳閘。在正常停機(jī)操作當(dāng)負(fù)荷降為零時(shí)，先關(guān)柴油機(jī)主汽門，然后來啟動(dòng)程序逆功率保護(hù)來跳發(fā)電機(jī)。這樣做的目的是防止主汽門關(guān)閉不嚴(yán)，當(dāng)斷路器跳開后，由于沒有電磁功率這個(gè)電磁力矩，有可能造成柴油機(jī)飛車。

（1）逆功率保護(hù)是為了防止逆功率后，發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)，帶動(dòng)柴油機(jī)旋轉(zhuǎn)，造成柴油機(jī)的損壞。歸根到底，是怕原動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足，反被系統(tǒng)帶著跑。

（2）程序逆功率保護(hù)是為了防止發(fā)電機(jī)組突然解列后，主汽門未完全關(guān)閉，導(dǎo)致柴油機(jī)超速，從而利用逆功率來規(guī)避。歸根到底，是怕原動(dòng)機(jī)動(dòng)力太足導(dǎo)致機(jī)組超速。

 

圖3  程序逆功率保護(hù)電路圖

圖4  發(fā)電機(jī)逆功率控制邏輯框圖

 

 

總結(jié)：

      綜上所述，從嚴(yán)格意義上來說，逆功率保護(hù)是發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)的一種，但主要是保護(hù)柴油機(jī)。而程序逆功率保護(hù)不是一種保護(hù)而是為了實(shí)現(xiàn)程序跳閘而設(shè)置的動(dòng)作過程，也叫程序跳閘，一般應(yīng)用于停機(jī)方式。最關(guān)鍵的是逆功率只要定值達(dá)到就會(huì)跳閘，而程序逆功率除了定值達(dá)到，還要求主汽門關(guān)閉，所以說在發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)過程中并網(wǎng)瞬間，一定要避免逆功率動(dòng)作。

 

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