新聞主題	柴油發(fā)電機保護系統(tǒng)的主要功能

 

摘要：柴油發(fā)電機組具有綜合可靠性高、調(diào)峰性能好、機動性優(yōu)良的突出優(yōu)點，但是此類發(fā)電設(shè)備存在投資成本相對過高、備件價格昂貴、機械負荷和熱負荷相當(dāng)高、運動件特別多、突發(fā)性事故多等問題。因此，現(xiàn)代柴油發(fā)電機大都配備了相當(dāng)先進且安全地自動保護系統(tǒng)，以便在不利于設(shè)備安全運行的情況出現(xiàn)時，及時、有效、安全地停止柴油發(fā)電機組的運行。

 

一、自動保護系統(tǒng)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題，如超載、過熱等，這些問題如果得不到及時的解決，會致使發(fā)電設(shè)備受損，影響使用壽命。因此，完善的自動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(guī)的四保護功能模塊默認裝設(shè)在隨機控制屏中。其外觀如圖1所示，組成如圖2所示。

1、自動保護系統(tǒng)的原理

      自動保護裝置的基本原理主要是通過采集柴油發(fā)電機在工作的過程中的影響使用和安全狀態(tài)下的參數(shù)以及設(shè)定的安全數(shù)據(jù)進行比較， 當(dāng)任何一個可能影響柴油發(fā)電機的安全工作的情況出現(xiàn)的時候， 自動保護裝置就會通過自動的控制系統(tǒng)， 從而在一分鐘之內(nèi)自動停止柴油發(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)展出來的自動保護方面，只能在當(dāng)環(huán)境的條件變化時， 手動去停止柴油發(fā)電機的工作， 從而保證柴油發(fā)電機和人員的安全。

2、自動保護系統(tǒng)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(tǒng)復(fù)雜、價格昂貴。以上特點決定了后者需要更加完善的電氣保護措施。柴油發(fā)電機組的自動保護裝置具有以下要求：

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

（2）根據(jù)相關(guān)國家規(guī)范規(guī)定，1000KW以上的發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。例如大型數(shù)據(jù)中心內(nèi)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(tǒng)以TN系統(tǒng)為主，因此低壓柴油發(fā)電機組多采用中性點直接接地的方式；我國的中壓市電配電系統(tǒng)多為非直接接地系統(tǒng)，各廠家的柴油發(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(tǒng)不采用中性點直接接地的方式，由此造成發(fā)電機單相接地時的故障電流較小，在工程設(shè)計中需要采用適當(dāng)?shù)膯蜗嘟拥乇Ｗo方案限制這一故障。

圖1  柴油發(fā)電機組控制屏外觀（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)電機組的動力裝置，為了保證其安全可靠的運行，需要設(shè)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來檢測的。當(dāng)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，同時油壓傳感器KP的常閉觸點釋放，切斷柴油機燃油電磁閥的工作電源，使柴油發(fā)電機組自動停機。

2、高水溫保護裝置

      當(dāng)機油溫度達到一定水平，低速動力狀態(tài)下發(fā)動機后冷卻系統(tǒng)水溫超過90℃，高速動力狀態(tài)下水溫超過95℃的時候，發(fā)動機自動停車，以防止發(fā)動機因為溫度過高而損壞。

3、超速保護裝置

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

4、燃油泄漏保護裝置

      當(dāng)燃油系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏時，感應(yīng)器會發(fā)出警報并停機以避免火災(zāi)發(fā)生。

5、低油位保護裝置

      當(dāng)發(fā)動機油量降低到一定的程度時，感應(yīng)器會發(fā)出聲音或者警示燈亮起，提示操作員及時添加機油。

6、機油溫度過高保護

      柴油機的機油溫度是通過油溫傳感器KT1和機油溫度表YWB來檢測的。當(dāng)柴油機的機油溫度上升到上限調(diào)整值時，其溫度傳感器KT1的常閉觸點釋放，切斷柴油機燃油電磁閥的工作電源，使發(fā)電機組自動停機。

7、起動保護系統(tǒng)

      在柴油機控制系統(tǒng)中，因操作者長時間強制起動馬達、頻繁起動、頻繁點動馬達、發(fā)動機起動后沒有及時斷開起動馬達等錯誤操作方法，很可能導(dǎo)致起動馬達過熱而損壞。柴油機起動保護系統(tǒng)原理如圖4所示，該裝置由可編程控制器根據(jù)實時采集到的發(fā)動機工作參數(shù)和設(shè)置在可編程控制器中的保護程序，保護起動馬達和柴油機的工作。

      以上是常規(guī)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  柴油機起動機保護系統(tǒng)原理圖

 

三、防爆柴油機的保護裝置

 

1、缸蓋溫度過高保護

      最大表面溫度是根據(jù)對柴油機工作情況的分析， 最大溫度應(yīng)該出現(xiàn)在柴油機的氣缸蓋 排氣口的附近，正常工作的條件下，沒有加裝防爆系統(tǒng)的柴油機排氣的溫度應(yīng)保持在 600~700℃之間。 但由于柴油機的內(nèi)部冷卻循環(huán)水的作用， 柴油機缸蓋和機體表面并不會出現(xiàn)高于150℃的情況。在經(jīng)過夾層充水排氣管時， 其最大表面的溫度也不高于 150℃。 但當(dāng)冷卻的水位過低或者缺水時，則有極大的可能出現(xiàn)溫度超過 150℃的情況，因此這時出現(xiàn)極端情況的可能性增加了。 因此根據(jù)柴油機的工作狀況， 應(yīng)該加裝最大的表面溫度監(jiān)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， 這樣就能通過與設(shè)定數(shù)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(dāng)尾氣箱有了充足的水量時，排氣的溫度不會超過 70℃。然而但當(dāng)水位過低時工作，短時間內(nèi)就會使排氣的溫度超過 70℃，由于防爆柵欄的作用，即使在繼續(xù)工作，也不會影響到安全。但為了確保柴油機的工作安全， 因此要對排氣溫度進行監(jiān)測。當(dāng)排氣溫度超過了70℃時，自動保護的裝置動作會使柴油機在一分鐘之內(nèi)自動的停止工作。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圍環(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了150℃，因此，在柴油機冷卻水位過低時工作，繼續(xù)工作會存在一定的風(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形式的結(jié)構(gòu)，當(dāng)水位低于要求的容積的時候，二個觸點結(jié)合，使自動保護的裝置開始動作。柴油機水位保護探頭安裝在冷卻的水箱上方，當(dāng)水位低于水箱的容積的1/3時，水位的探頭開始工作，并在通過防爆電磁閥在一分鐘內(nèi)，使柴油機自動的停止運轉(zhuǎn)。

      防爆電磁閥是柴油機自動保護裝置的執(zhí)行機構(gòu)。在正常工作時，電磁閥沒有帶電，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(dāng)柴油機上述的三項指標的任一項超標時，自動保護裝置均會輸出執(zhí)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(nèi)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、過電流保護

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

2、過載保護

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

3、過壓保護

      發(fā)電機工作時，電壓波動可能會導(dǎo)致過電壓情況。過壓保護系統(tǒng)會監(jiān)測發(fā)電機輸出電壓，一旦檢測到過壓，保護系統(tǒng)將采取措施降低電壓，以保護發(fā)電機。

4、低壓保護

      發(fā)電機輸出電壓過低可能會導(dǎo)致設(shè)備故障。低壓保護系統(tǒng)會監(jiān)測發(fā)電機輸出電壓，一旦檢測到低壓，保護系統(tǒng)將立即調(diào)整電壓或停電，以防止發(fā)電機損壞。

5、頻率保護

      發(fā)電機輸出頻率過高或過低都可能會導(dǎo)致設(shè)備故障。頻率保護系統(tǒng)會監(jiān)測發(fā)電機輸出頻率，并在異常情況下采取相應(yīng)的措施，以確保發(fā)電機的正常運行。

6、溫度保護

      過高的溫度可能會引起發(fā)電機內(nèi)部部件的損壞。溫度保護系統(tǒng)會監(jiān)測發(fā)電機的溫度，并在溫度超過安全范圍時采取措施，如降低負載或自動停機，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導(dǎo)致設(shè)備受損。短路保護系統(tǒng)會監(jiān)測電路的電流和電壓，一旦檢測到短路，保護系統(tǒng)將切斷電源，以保護發(fā)電機。

8、差動保護

      縱聯(lián)差動保護反應(yīng)發(fā)電機定子繞組及其引出線的相間短路故障，其中相間短路對發(fā)電機的危害最大，差動保護可作為發(fā)電機內(nèi)部相間短路故障的主保護?？紤]到實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，實際運用中，多選用具有比率制動特性的縱聯(lián)差動保護。比率制動式縱聯(lián)差動保護的動作電流隨制動電流變化，保證外部短路故障不誤動的同時又對內(nèi)部短路故障有很高的靈敏度。圖2為發(fā)電機縱聯(lián)差動保護的接線圖，規(guī)定一次電流流入發(fā)電機為正方向。

9、單項接地保護

      單相接地時電力系統(tǒng)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)。而中性點接地方式的選擇是一個復(fù)雜的綜合性問題，它涉及數(shù)據(jù)中心的安全性、可靠性、連續(xù)性、系統(tǒng)過電壓水平、設(shè)備絕緣水平、單相接地電容電流對設(shè)備的損壞程度等許多方面。對于數(shù)據(jù)中心內(nèi)的10kV電壓等級，主要可從供電持續(xù)性、與市電接地方式是否匹配、設(shè)備投資和對通信的影響等方面分析。

 

總結(jié)：

      柴油發(fā)電機自動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)濟性以及實用性，能有效的滿足自動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(jié)起來，發(fā)電機保護原理主要是通過監(jiān)測和反饋控制，及時發(fā)現(xiàn)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(wěn)定的運行。

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