新聞主題	柴油發(fā)電機保護系統的主要功能

 

摘要：柴油發(fā)電機組具有綜合可靠性高、調峰性能好、機動(dòng)性?xún)?yōu)良的突出優(yōu)點(diǎn)，但是此類(lèi)發(fā)電設備存在投資成本相對過(guò)高、備件價(jià)格昂貴、機械負荷和熱負荷相當高、運動(dòng)件特別多、突發(fā)性事故多等問(wèn)題。因此，現代柴油發(fā)電機大都配備了相當先進(jìn)且安全地自動(dòng)保護系統，以便在不利于設備安全運行的情況出現時(shí)，及時(shí)、有效、安全地停止柴油發(fā)電機組的運行。

 

一、自動(dòng)保護系統的原理和要求

      由于柴油發(fā)電機經(jīng)常運行，在使用期間存在各種問(wèn)題，如超載、過(guò)熱等，這些問(wèn)題如果得不到及時(shí)的解決，會(huì )致使發(fā)電設備受損，影響使用壽命。因此，完善的自動(dòng)保護裝置對于柴油發(fā)電機組的正常運行至關(guān)重要，一般常規的四保護功能模塊默認裝設在隨機控制屏中。其外觀(guān)如圖1所示，組成如圖2所示。

1、自動(dòng)保護系統的原理

      自動(dòng)保護裝置的基本原理主要是通過(guò)采集柴油發(fā)電機在工作的過(guò)程中的影響使用和安全狀態(tài)下的參數以及設定的安全數據進(jìn)行比較， 當任何一個(gè)可能影響柴油發(fā)電機的安全工作的情況出現的時(shí)候， 自動(dòng)保護裝置就會(huì )通過(guò)自動(dòng)的控制系統， 從而在一分鐘之內自動(dòng)停止柴油發(fā)電機的工作狀態(tài)，并且在故障或者危險排除前，不能重新的進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

      對于由于技術(shù)條件限制，尚未發(fā)展出來(lái)的自動(dòng)保護方面，只能在當環(huán)境的條件變化時(shí)， 手動(dòng)去停止柴油發(fā)電機的工作， 從而保證柴油發(fā)電機和人員的安全。

2、自動(dòng)保護系統的要求

      柴油發(fā)電機的主要用途為備用電源，常以多臺柴油發(fā)電機并聯(lián)運行的方式運行，系統復雜、價(jià)格昂貴。以上特點(diǎn)決定了后者需要更加完善的電氣保護措施。柴油發(fā)電機組的自動(dòng)保護裝置具有以下要求：

（1）1000KW以下柴油發(fā)電機組應具備低電壓保護、過(guò)電壓保護、高頻保護、低頻保護、逆功率保護等功能，發(fā)電機組內部發(fā)生某些故障時(shí)基本上可由自身的控制器監測并進(jìn)行保護。

（2）根據相關(guān)國家規范規定，1000KW以上的發(fā)電機應裝設縱聯(lián)差動(dòng)保護。例如大型數據中心內單臺柴油發(fā)電機的功率段一般介于1600～2200kW之間，需配置差動(dòng)保護，并將其作為發(fā)電機的主保護。

（3）我國的低壓市電配電系統以TN系統為主，因此低壓柴油發(fā)電機組多采用中性點(diǎn)直接接地的方式；我國的中壓市電配電系統多為非直接接地系統，各廠(chǎng)家的柴油發(fā)電機對單相接地故障電流有各自的限值要求，因此中壓發(fā)電機系統不采用中性點(diǎn)直接接地的方式，由此造成發(fā)電機單相接地時(shí)的故障電流較小，在工程設計中需要采用適當的單相接地保護方案限制這一故障。

圖1  柴油發(fā)電機組控制屏外觀(guān)（背包式）

圖2  柴油發(fā)電機四保護裝置基本組成

 

二、柴油機的標準保護裝置

 

      柴油機是發(fā)電機組的動(dòng)力裝置，為了保證其安全可靠的運行，需要設置多種安全保護裝置。

1、低油壓保護裝置

      柴油機的機油壓力是通過(guò)安裝于機體潤滑油路中的油壓傳感器KP和機油壓力表YYB來(lái)檢測的。當機油壓力降低到某一固定值以下，警示燈亮或發(fā)出警報聲，同時(shí)油壓傳感器KP的常閉觸點(diǎn)釋放，切斷柴油機燃油電磁閥的工作電源，使柴油發(fā)電機組自動(dòng)停機。

2、高水溫保護裝置

      當機油溫度達到一定水平，低速動(dòng)力狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機后冷卻系統水溫超過(guò)90℃，高速動(dòng)力狀態(tài)下水溫超過(guò)95℃的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機自動(dòng)停車(chē)，以防止發(fā)動(dòng)機因為溫度過(guò)高而損壞。

3、超速保護裝置

      柴油機的轉速是通過(guò)安裝在飛輪齒圈緣外側的傳感器來(lái)檢測的，由它產(chǎn)生電信號送到控制屏內的可編程控制器PLC進(jìn)行計數。超速保護裝置如圖3所示，當柴油機在運行過(guò)程中發(fā)生超速故障時(shí)，由可編程控制器PLC檢出，使其內部繼電器吸合，超速保護常閉觸點(diǎn)釋放，切斷燃油電磁閥的工作電源，從而切斷燃油通路而自動(dòng)停機。

4、燃油泄漏保護裝置

      當燃油系統出現泄漏時(shí)，感應器會(huì )發(fā)出警報并停機以避免火災發(fā)生。

5、低油位保護裝置

      當發(fā)動(dòng)機油量降低到一定的程度時(shí)，感應器會(huì )發(fā)出聲音或者警示燈亮起，提示操作員及時(shí)添加機油。

6、機油溫度過(guò)高保護

      柴油機的機油溫度是通過(guò)油溫傳感器KT1和機油溫度表YWB來(lái)檢測的。當柴油機的機油溫度上升到上限調整值時(shí)，其溫度傳感器KT1的常閉觸點(diǎn)釋放，切斷柴油機燃油電磁閥的工作電源，使發(fā)電機組自動(dòng)停機。

7、起動(dòng)保護系統

      在柴油機控制系統中，因操作者長(cháng)時(shí)間強制起動(dòng)馬達、頻繁起動(dòng)、頻繁點(diǎn)動(dòng)馬達、發(fā)動(dòng)機起動(dòng)后沒(méi)有及時(shí)斷開(kāi)起動(dòng)馬達等錯誤操作方法，很可能導致起動(dòng)馬達過(guò)熱而損壞。柴油機起動(dòng)保護系統原理如圖4所示，該裝置由可編程控制器根據實(shí)時(shí)采集到的發(fā)動(dòng)機工作參數和設置在可編程控制器中的保護程序，保護起動(dòng)馬達和柴油機的工作。

      以上是常規配置的柴油機的安全保護裝置，保持好柴油機的安全保護裝置可以增加發(fā)電機組的使用壽命，保證供電的安全。

 

圖3  柴油發(fā)電機超速停機保護裝置

圖4  柴油機起動(dòng)機保護系統原理圖

 

三、防爆柴油機的保護裝置

 

1、缸蓋溫度過(guò)高保護

      最大表面溫度是根據對柴油機工作情況的分析， 最大溫度應該出現在柴油機的氣缸蓋 排氣口的附近，正常工作的條件下，沒(méi)有加裝防爆系統的柴油機排氣的溫度應保持在 600~700℃之間。 但由于柴油機的內部冷卻循環(huán)水的作用， 柴油機缸蓋和機體表面并不會(huì )出現高于150℃的情況。在經(jīng)過(guò)夾層充水排氣管時(shí)， 其最大表面的溫度也不高于 150℃。 但當冷卻的水位過(guò)低或者缺水時(shí)，則有極大的可能出現溫度超過(guò) 150℃的情況，因此這時(shí)出現極端情況的可能性增加了。 因此根據柴油機的工作狀況， 應該加裝最大的表面溫度監測儀器。最大表面溫度的探頭安裝在柴油機排氣管的附近，從而準確的探測柴油機的表面溫度值， 這樣就能通過(guò)與設定數值的比較，從而確定柴油機是否處于正常的工作狀態(tài)。

2、排氣溫度過(guò)高保護

      為了保證柴油機工作安全的狀態(tài)， 柴油機加裝了尾氣的處理水箱。尾氣的處理水箱起到了降塵、滅焰和降溫的作用，當尾氣箱有了充足的水量時(shí)，排氣的溫度不會(huì )超過(guò) 70℃。然而但當水位過(guò)低時(shí)工作，短時(shí)間內就會(huì )使排氣的溫度超過(guò) 70℃，由于防爆柵欄的作用，即使在繼續工作，也不會(huì )影響到安全。但為了確保柴油機的工作安全， 因此要對排氣溫度進(jìn)行監測。當排氣溫度超過(guò)了70℃時(shí)，自動(dòng)保護的裝置動(dòng)作會(huì )使柴油機在一分鐘之內自動(dòng)的停止工作。為了保證排溫的探頭不影響防爆的性能，柴油機排氣的溫度探頭裝于防爆柵欄外，排氣的氣流經(jīng)排氣溫度的探頭后排入周?chē)h(huán)境。

3、低水位保護裝置

      因為柴油機的最大的表面溫度有可能超過(guò)了150℃，因此，在柴油機冷卻水位過(guò)低時(shí)工作，繼續工作會(huì )存在一定的風(fēng)險。因此，加裝水位保護是必要的。水位的探頭通常采用了常開(kāi)形式的結構，當水位低于要求的容積的時(shí)候，二個(gè)觸點(diǎn)結合，使自動(dòng)保護的裝置開(kāi)始動(dòng)作。柴油機水位保護探頭安裝在冷卻的水箱上方，當水位低于水箱的容積的1/3時(shí)，水位的探頭開(kāi)始工作，并在通過(guò)防爆電磁閥在一分鐘內，使柴油機自動(dòng)的停止運轉。

      防爆電磁閥是柴油機自動(dòng)保護裝置的執行機構。在正常工作時(shí)，電磁閥沒(méi)有帶電，增加了安全、可靠性。防爆電磁閥安裝在了柴油機的主油路上，并且在靠近高壓的油泵的位置上。當柴油機上述的三項指標的任一項超標時(shí)，自動(dòng)保護裝置均會(huì )輸出執行的信號，使防爆的電磁閥運作，從而切斷柴油機供油，使柴油機在一分鐘之內停止工作。

 

四、發(fā)電機標準保護裝置

 

      發(fā)電機保護原理是為了保護發(fā)電機免受損壞，并確保其安全運行。以下是發(fā)電機保護的主要原理：

1、過(guò)電流保護

      通過(guò)監測發(fā)電機額定電流和短路電流來(lái)判斷是否存在過(guò)電流情況。一旦檢測到過(guò)電流，保護系統將立即切斷電源，防止發(fā)電機受到損害。

2、過(guò)載保護

      發(fā)電機的額定負載能力是有限的，當負荷超過(guò)額定值時(shí)，過(guò)載保護系統立即停止發(fā)電機組運行，以避免發(fā)電機超負荷運行。

3、過(guò)壓保護

      發(fā)電機工作時(shí)，電壓波動(dòng)可能會(huì )導致過(guò)電壓情況。過(guò)壓保護系統會(huì )監測發(fā)電機輸出電壓，一旦檢測到過(guò)壓，保護系統將采取措施降低電壓，以保護發(fā)電機。

4、低壓保護

      發(fā)電機輸出電壓過(guò)低可能會(huì )導致設備故障。低壓保護系統會(huì )監測發(fā)電機輸出電壓，一旦檢測到低壓，保護系統將立即調整電壓或停電，以防止發(fā)電機損壞。

5、頻率保護

      發(fā)電機輸出頻率過(guò)高或過(guò)低都可能會(huì )導致設備故障。頻率保護系統會(huì )監測發(fā)電機輸出頻率，并在異常情況下采取相應的措施，以確保發(fā)電機的正常運行。

6、溫度保護

      過(guò)高的溫度可能會(huì )引起發(fā)電機內部部件的損壞。溫度保護系統會(huì )監測發(fā)電機的溫度，并在溫度超過(guò)安全范圍時(shí)采取措施，如降低負載或自動(dòng)停機，以防止發(fā)電機受損。

7、短路保護

      發(fā)電機輸出電路中的短路可能會(huì )導致設備受損。短路保護系統會(huì )監測電路的電流和電壓，一旦檢測到短路，保護系統將切斷電源，以保護發(fā)電機。

8、差動(dòng)保護

      縱聯(lián)差動(dòng)保護反應發(fā)電機定子繞組及其引出線(xiàn)的相間短路故障，其中相間短路對發(fā)電機的危害最大，差動(dòng)保護可作為發(fā)電機內部相間短路故障的主保護?？紤]到實(shí)際運行中存在穿越電流、不平衡電流隨外部短路電流增大和電流互感器飽和等因素，實(shí)際運用中，多選用具有比率制動(dòng)特性的縱聯(lián)差動(dòng)保護。比率制動(dòng)式縱聯(lián)差動(dòng)保護的動(dòng)作電流隨制動(dòng)電流變化，保證外部短路故障不誤動(dòng)的同時(shí)又對內部短路故障有很高的靈敏度。圖2為發(fā)電機縱聯(lián)差動(dòng)保護的接線(xiàn)圖，規定一次電流流入發(fā)電機為正方向。

9、單項接地保護

      單相接地時(shí)電力系統中發(fā)生頻率最高的接地故障，單相接地保護方式與發(fā)電機組的接地方式密切相關(guān)。而中性點(diǎn)接地方式的選擇是一個(gè)復雜的綜合性問(wèn)題，它涉及數據中心的安全性、可靠性、連續性、系統過(guò)電壓水平、設備絕緣水平、單相接地電容電流對設備的損壞程度等許多方面。對于數據中心內的10kV電壓等級，主要可從供電持續性、與市電接地方式是否匹配、設備投資和對通信的影響等方面分析。

 

總結：

      柴油發(fā)電機自動(dòng)保護裝置所采用的元器件均為通用的器件，因此具有良好的經(jīng)濟性以及實(shí)用性，能有效的滿(mǎn)足自動(dòng)保護裝置的工作需求，對柴油發(fā)電機組的安全運行起到了十分良好的保障作用?？偨Y起來(lái)，發(fā)電機保護原理主要是通過(guò)監測和反饋控制，及時(shí)發(fā)現并處理柴油發(fā)電機可能面臨的故障情況，從而確保柴油發(fā)電機的安全并穩定的運行。

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