摘要：高壓柴發(fā)與低電壓發(fā)電機(jī)組在保護(hù)裝置上具體差異是高壓機(jī)組通常把差動(dòng)保護(hù)和接地保護(hù)作為必須的保護(hù)系統(tǒng)。因?yàn)楦邏翰裼桶l(fā)電機(jī)組的電壓高，對(duì)繞組的絕緣要求更高，當(dāng)定子繞組出現(xiàn)三相或兩相短路時(shí)，將導(dǎo)致很大的短路電流，造成繞組過熱，故障點(diǎn)發(fā)生的電弧使繞組絕緣損壞，甚至?xí)鸢l(fā)電機(jī)起火，這是發(fā)電機(jī)內(nèi)部較嚴(yán)重的故障。因此，對(duì)高壓發(fā)電機(jī)繞組相間短路進(jìn)行保護(hù)是十分必要的。此外，發(fā)電機(jī)絕緣保護(hù)和逆功率保護(hù)裝置也是高壓發(fā)電機(jī)組常配置的功用，了解這些保護(hù)功能的內(nèi)容有助于日后裝置的操作和維護(hù)。

      發(fā)電機(jī)絕緣電阻是指在一定的溫度和濕度要素下，發(fā)電機(jī)繞組與繞組、繞組與地之間的電阻值。絕緣電阻是發(fā)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)**，可以預(yù)防發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路、漏電等損壞。我國對(duì)于高壓發(fā)電機(jī)絕緣電阻有明確的標(biāo)準(zhǔn)，主要包括熱態(tài)絕緣電阻和冷態(tài)絕緣電阻。

      柴油發(fā)電機(jī)的發(fā)電電樞一般由導(dǎo)電銅線，導(dǎo)磁的硅鋼鐵芯以及絕緣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中發(fā)電機(jī)定子絕緣系統(tǒng)為例，所處位置如圖1所示。絕緣裝置作為柴油發(fā)電機(jī)中較脆弱的部分，其運(yùn)行可靠性決定了柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。而對(duì)于停運(yùn)后或是不經(jīng)常運(yùn)轉(zhuǎn)的柴油發(fā)電機(jī)，按相關(guān)規(guī)程規(guī)定，在柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行前，要確保柴油發(fā)電機(jī)的絕緣良好，所以傳統(tǒng)的人工手動(dòng)搖絕緣變得不可或缺。為保證柴油發(fā)電機(jī)起動(dòng)前的絕緣電阻不低于相關(guān)標(biāo)（1MΩ/KV），而備載柴油發(fā)電機(jī)詳細(xì)絕緣性能下降是由受潮而引發(fā)，因此后備柴油發(fā)電機(jī)會(huì)不間斷連續(xù)加熱保證柴油發(fā)電機(jī)不由于受潮而絕緣性能下降，有的工況要求在發(fā)電機(jī)啟機(jī)前解體動(dòng)力電纜，并用搖表對(duì)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行手搖絕緣預(yù)判發(fā)電機(jī)對(duì)地電阻是否合格，如絕緣電阻低則再起動(dòng)加熱器等步驟排除，耗費(fèi)大量人力，時(shí)間及資源且存在安全隱患。

      為改善上述問題，可對(duì)高壓柴油發(fā)電機(jī)加裝絕緣監(jiān)測(cè)裝置，該系統(tǒng)應(yīng)能在柴油發(fā)電機(jī)停運(yùn)狀態(tài)下自動(dòng)檢查其繞組整體絕緣水平，并在絕緣不良時(shí)觸發(fā)閉鎖或遠(yuǎn)程報(bào)警信號(hào)，控制加熱器加熱而無需加熱器連續(xù)不斷對(duì)柴油發(fā)電機(jī)加熱，節(jié)省了電能，也防止運(yùn)行人員將存在絕緣缺陷的發(fā)電機(jī)投入運(yùn)行；并且集成接入現(xiàn)有在運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)就地、遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測(cè)柴油發(fā)電機(jī)的絕緣情形。

      發(fā)電機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)儀裝置接線，其作業(yè)機(jī)理是當(dāng)發(fā)電機(jī)備用時(shí)，斷路器輔助觸頭信號(hào)（或其他開關(guān)信號(hào)）反饋給PLC，PLC控制發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地電阻回路斷路器斷開，同時(shí)絕緣監(jiān)測(cè)儀主機(jī)自動(dòng)在發(fā)電機(jī)繞組和地之間施加電流限定、電壓恒定的直流測(cè)試電壓（2500Vdc）測(cè)試發(fā)電機(jī)絕緣狀態(tài)，PLC同時(shí)控制高壓轉(zhuǎn)換模塊切換被測(cè)發(fā)電機(jī)，當(dāng)絕緣監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)到電機(jī)繞組對(duì)地絕緣電阻低于設(shè)定值后輸出干節(jié)點(diǎn)報(bào)警信號(hào)。當(dāng)后備發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，YNY-10H絕緣監(jiān)測(cè)儀退出絕緣監(jiān)測(cè)模式同時(shí)接地電阻投入線路。

      發(fā)電機(jī)組差動(dòng)保護(hù)的組成原理是根據(jù)比較被保護(hù)發(fā)電機(jī)定子繞組兩端電流的相位和大小的原理而組成的，如圖3所示。為此，在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)與靠近發(fā)電機(jī)出口斷路器各處裝配一組型號(hào)、變比相同的電流互感器，其二次側(cè)按環(huán)流法連接如圖2所示。如同線路的差動(dòng)保護(hù)一樣，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)及外部故障時(shí)，流入繼電器的電流IK＝Iunb，若繼電器的動(dòng)作電流Iact.k＞Iunb.max，則保護(hù)不動(dòng)作；而在內(nèi)部（兩側(cè)電流互感器之間的定子繞組及其引出線）故障時(shí)，IK＝Isc/Ki；，若IK＞Iact.k，則保護(hù)動(dòng)作。可見，差動(dòng)保護(hù)并不反應(yīng)外部故障，不需要與相鄰元件保護(hù)進(jìn)行時(shí)限配合，可以瞬時(shí)跳閘。

      為了使發(fā)電機(jī)組差動(dòng)保護(hù)在外部故障時(shí)不動(dòng)作，其動(dòng)作電流應(yīng)大于發(fā)電機(jī)外部損壞時(shí)的較大不平衡電流，這勢(shì)必降低保護(hù)在內(nèi)部故障時(shí)的靈敏性。因此，必須采取舉措解決或減輕不平衡電流的影響。目前，除采用D級(jí)鐵心（差動(dòng)保護(hù)專用）電流互感器組成縱差動(dòng)保護(hù)外，對(duì)于容量不大的發(fā)電機(jī)，通常是采用具有中間速飽和變流器的BCH（DCD）型差動(dòng)繼電器。

      帶斷線監(jiān)視的發(fā)電機(jī)組差動(dòng)保護(hù)采用三相式接線型差動(dòng)繼電器。

      在正常情形下，電流互感器二次回路斷線時(shí)保護(hù)不應(yīng)誤動(dòng)作。為此，保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)大于發(fā)電機(jī)的額定電流，即

      式中，Krel ——可靠系數(shù)，取1.3；Irat.g  ——發(fā)電機(jī)的額定電流。

      對(duì)于采用BCH-2型差動(dòng)繼電器結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)組差動(dòng)保護(hù)，只要在接線上做一些改進(jìn)，就可以既減少發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流，使其小于發(fā)電機(jī)的額定電流，又保證二次回路斷線時(shí)保護(hù)不致誤動(dòng)作。其保護(hù)的動(dòng)作電流：

      式中，Irat.g.2——發(fā)電機(jī)額定負(fù)載下電流互感器的二次電流。

      高靈敏性差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流小于發(fā)電機(jī)額定電流，但在電流互感器二次回路斷線時(shí)，保護(hù)又不會(huì)誤動(dòng)作。對(duì)照以上兩式可知，動(dòng)作電流大約減小了一半，故內(nèi)部故障時(shí)保護(hù)的靈敏性大大提升，死區(qū)也減少了。

      目前，普遍采用性能更好的比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)，其保護(hù)范圍如圖4所示。該保護(hù)的動(dòng)作電流只需躲過發(fā)電機(jī)較大負(fù)載狀況下的不平衡電流，可減輕為0.2Iatg2，而在外部故障時(shí)利用穿越性短路電流進(jìn)行制動(dòng)，能夠可靠地躲過外部故障時(shí)的不平衡電流的危害。

      在發(fā)電機(jī)組裝置發(fā)生接地故障時(shí)，因?yàn)殡娙蓦娏鞒半妷?0°，當(dāng)損壞點(diǎn)的電容電流在第一個(gè)半波過零熄弧時(shí)，加在損壞點(diǎn)上的電壓正好為峰值，若電容電流過大，空氣游離嚴(yán)重，極易把損壞點(diǎn)重新?lián)舸＿@種重燃有時(shí)不可防止。但多次重燃將會(huì)致使市電電壓振蕩，產(chǎn)生間歇性弧光過電壓。這種過電壓時(shí)間長、幅值高康明斯發(fā)電機(jī)組廠家、能量大、缺乏高效辦法加以防護(hù)。避雷器在這種過電壓的長時(shí)間用途下，會(huì)加載老化，甚至損壞。因此，首先應(yīng)采取措施防止這種過電壓的出現(xiàn)。

（1）發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采用消弧線圈接地方法的目的，是給故障點(diǎn)注入感性電流，抵消部分電容電流（欠補(bǔ)償）或大于電容電流（過補(bǔ)償），把接地?fù)p壞電流降低到危險(xiǎn)數(shù)值以下，維持運(yùn)轉(zhuǎn)2h。發(fā)電機(jī)經(jīng)消弧線圈接地方式包括可調(diào)電感接地、固定電感接地兩種措施。

（2）發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采用電阻接地步驟的目的是給故障點(diǎn)注入阻性電流，使接地?fù)p壞電流呈阻容性質(zhì)，降低與電壓的相位差角，降低故障點(diǎn)電流過零熄弧后的重燃率。當(dāng)阻性電流足夠大時(shí)，重燃不再發(fā)生。并且，阻性電流大于容性電流尚可提升零序保護(hù)靈敏度，功用于跳閘。電阻接地程序包括直接經(jīng)電阻接地、經(jīng)單相或三相配電變壓器（其低壓側(cè)接電阻）接地。其中，柴發(fā)機(jī)組接地所在位置如圖5所示，單相定子經(jīng)變壓器接地方法如圖6所示。

     發(fā)電機(jī)不同接地步驟下出現(xiàn)單相間歇性電弧接地故障時(shí)，較大過電壓一般不超過下列數(shù)值：

      由于出現(xiàn)單相間歇性電弧接地?fù)p壞時(shí)，電阻接地的較大過電壓較小，于是，在電氣裝備的絕緣水平偏低或較弱的場(chǎng)合，如發(fā)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其耐壓水平較弱，保護(hù)內(nèi)過電壓，避雷器不能可靠保護(hù)，宜采用單相接地故障瞬時(shí)跳閘的電阻接地程序。但對(duì)于單相接地?fù)p壞點(diǎn)的電容電流不超過10A的架空和電纜網(wǎng)絡(luò)采用不接地方法。

      高電阻接地通常用于單相接地故障要求瞬時(shí)停機(jī)為125KW及以上的發(fā)電機(jī)回路

      中電阻接地主要用于以電纜為主構(gòu)成的市電。電纜外絕緣為固體，線芯部與大氣直接接觸，發(fā)生單相接地?fù)p壞的幾率大大減輕，而且一旦損壞，絕緣性能又不能自行恢復(fù)，應(yīng)當(dāng)快速切除損壞。故障切除之前，要求不能出現(xiàn)間歇性弧光過電壓。其條件是故障點(diǎn)的阻性電流不得小于市電容性電流，這一技術(shù)因素便是選定電阻阻值的主要根據(jù)。在此前提下，希望阻值不要太大，以保證繼電保護(hù)的靈敏度；又希望阻值不要太小，預(yù)防接地?fù)p壞電流過度，產(chǎn)生一些低值接地步驟存在的問題。

      低阻接地僅用于接有大量高壓發(fā)電機(jī)的大電，因?yàn)閱蜗嘟拥仉娏魈螅瑫?huì)帶來

危及人身和裝備安全、導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作等不良危害。因此，低阻接地方法應(yīng)限制使用。5、接地電阻的選購策略

      接地電阻器的選取應(yīng)根據(jù)市電的電容電流來考慮，應(yīng)包括有電氣連接的所有架空線路、電纜線路柴油發(fā)電機(jī)保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)電機(jī)、變壓器以及母線和電器的電容電流，并考慮市電5～10年的發(fā)展。

c——架空線——系數(shù)，適合于無架空地線——系數(shù)，實(shí)用于有架空地線的線路；

      同桿雙回線路的電容電流為單回路的1.3～1.6倍。

eL      架空線和電纜線路的電容電流也可通過直接查表獲得。并可通過乘以1.25即可為全系統(tǒng)的近似值，或通過各部分分別進(jìn)行計(jì)算累加。      綜上所述，各柴油發(fā)電機(jī)公司對(duì)中壓柴油發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地電阻選擇不一樣，控制步驟也不一樣，國家對(duì)此也沒有統(tǒng)一規(guī)定，國內(nèi)基本都是采用中阻接地。多臺(tái)柴發(fā)機(jī)組并車＋多臺(tái)接觸器＋合用1個(gè)電阻接地方案，也有多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)＋多臺(tái)接觸器＋多個(gè)電阻接地措施，前者造價(jià)低、占地小，但控制邏輯復(fù)雜，后者反之。在選取時(shí)詳細(xì)關(guān)于項(xiàng)目進(jìn)行購買。

      高壓柴油發(fā)電機(jī)組功率范圍通常為1600～2200kW已廣泛運(yùn)用于數(shù)據(jù)中心和半導(dǎo)體OEM主機(jī)廠中，且大多數(shù)都多機(jī)或并網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)一發(fā)電機(jī)組與電力裝置連接時(shí)，如果某一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)出力突然下降，可使機(jī)組由發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)入發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。為了避免發(fā)電機(jī)組連接軸等部件的故障及柴油發(fā)電機(jī)中未燃盡的燃油爆炸和著火，通常在柴油發(fā)電機(jī)組上操作逆容量繼電器組成的逆功率保護(hù)，該當(dāng)注意的是僅在柴油發(fā)電機(jī)多臺(tái)并車運(yùn)行時(shí)逆功率才會(huì)產(chǎn)生。

保護(hù)機(jī)理      逆功率保護(hù)根據(jù)所要求的靈敏度采用不一樣類別的繼電器。對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)來說，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)沒有功率輸入而以同步速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，使發(fā)電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需要逆功率數(shù)值，在沒有氣缸著火，約需額定容量的25%。如果一個(gè)或幾個(gè)氣缸很難著火，空載時(shí)逆容量將有少許增量，其值取決于調(diào)速板的用途和對(duì)裝置頻率的影啊。對(duì)汽輪機(jī)約需額定功率的3%左右.這樣，汽輪機(jī)的逆功率保護(hù)裝置靈敏度就要比柴油發(fā)電機(jī)的高。2

      逆容量繼電器是利用感應(yīng)原理而工作的。動(dòng)作電流倍數(shù)與動(dòng)作時(shí)限呈反時(shí)限特點(diǎn)。改變?nèi)萘空ㄖ凳峭ㄟ^改變電流線圈匝數(shù)來達(dá)到的。由于電流線圈接至電流互感器，為了防范電流互感器次級(jí)繞組開路，在轉(zhuǎn)換負(fù)荷時(shí)必須首先根據(jù)所要求的動(dòng)作功率把后備插銷旋入插孔，然后旋出原插銷。繼電器的延時(shí)整定值是通過改變繼電器動(dòng)觸頭止擋塊來實(shí)現(xiàn)的。

（2）動(dòng)作功率檢測(cè)：接通電源，調(diào)節(jié)移相器及調(diào)壓器，使繼電器接入額定電壓及電流超前電壓相角30*，改變接至電流線圈匝數(shù)使動(dòng)作容量符合規(guī)定。

（3）延時(shí)時(shí)間檢驗(yàn)，調(diào)節(jié)調(diào)壓器及移相器使繼電器接入額定電壓，在1.2倍動(dòng)作電流及電流超前于電壓30·相角使動(dòng)作時(shí)間符合規(guī)定值。

（4）返回系數(shù)：動(dòng)作時(shí)間整定在2～5秒時(shí)，要求返回到初始位置的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)返回容量與動(dòng)作功率之比不小于0.6。

      高壓發(fā)電機(jī)組保護(hù)裝置的機(jī)理是基于測(cè)量電氣參數(shù)的變化情形，與預(yù)設(shè)的設(shè)定值進(jìn)行比較，判斷發(fā)電機(jī)的作業(yè)狀態(tài)是否正常，以便選型準(zhǔn)確的動(dòng)作步驟進(jìn)行保護(hù)。-它能夠監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的電流發(fā)電機(jī)組廠家、電壓、頻率、相序等參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況或損壞，就會(huì)及時(shí)切斷發(fā)電機(jī)的電力輸出或進(jìn)行報(bào)警，以防范進(jìn)一步的風(fēng)險(xiǎn)和損失。