新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的主要功能

 

摘要：柴油發(fā)電機(jī)組具有綜合可靠性高、調(diào)峰性能好、機(jī)動(dòng)性優(yōu)良的突出優(yōu)點(diǎn)，但是此類發(fā)電設(shè)備存在投資成本相對(duì)過(guò)高、備件價(jià)格昂貴、機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷相當(dāng)高、運(yùn)動(dòng)件特別多、突發(fā)性事故多等問(wèn)題。因此，現(xiàn)代柴油發(fā)電機(jī)大都配備了相當(dāng)先進(jìn)且安全地自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，以便在不利于設(shè)備安全運(yùn)行的情況出現(xiàn)時(shí)，及時(shí)、有效、安全地停止柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行。

 

一、自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的原理和要求

      由于柴油發(fā)電機(jī)經(jīng)常運(yùn)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(shè)備受損，影響使用壽命。因此，完善的自動(dòng)保護(hù)裝置對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行至關(guān)重要，一般常規(guī)的四保護(hù)功能模塊默認(rèn)裝設(shè)在隨機(jī)控制屏中。其外觀如圖1所示，組成如圖2所示。

1、自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的原理

      自動(dòng)保護(hù)裝置的基本原理主要是通過(guò)采集柴油發(fā)電機(jī)在工作的過(guò)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(jìn)行比較， 當(dāng)任何一個(gè)可能影響柴油發(fā)電機(jī)的安全工作的情況出現(xiàn)的時(shí)候， 自動(dòng)保護(hù)裝置就會(huì)通過(guò)自動(dòng)的控制系統(tǒng)， 從而在一分鐘之內(nèi)自動(dòng)停止柴油發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)，并且在故障或者危險(xiǎn)排除前，不能重新的進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

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

2、自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的要求

      柴油發(fā)電機(jī)的主要用途為備用電源，常以多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的方式運(yùn)行，系統(tǒng)復(fù)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(hù)措施。柴油發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)保護(hù)裝置具有以下要求：

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

（2）根據(jù)相關(guān)國(guó)家規(guī)范規(guī)定，1000KW以上的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。例如大型數(shù)據(jù)中心內(nèi)單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)的功率段一般介于1600～2200kW之間，需配置差動(dòng)保護(hù)，并將其作為發(fā)電機(jī)的主保護(hù)。

（3）我國(guó)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(jī)組多采用中性點(diǎn)直接接地的方式；我國(guó)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(jī)對(duì)單相接地故障電流有各自的限值要求，因此中壓發(fā)電機(jī)系統(tǒng)不采用中性點(diǎn)直接接地的方式，由此造成發(fā)電機(jī)單相接地時(shí)的故障電流較小，在工程設(shè)計(jì)中需要采用適當(dāng)?shù)膯蜗嘟拥乇Ｗo(hù)方案限制這一故障。

圖1  柴油發(fā)電機(jī)組控制屏外觀（背包式）

圖2  柴油發(fā)電機(jī)四保護(hù)裝置基本組成

 

二、柴油機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)裝置

 

      柴油機(jī)是發(fā)電機(jī)組的動(dòng)力裝置，為了保證其安全可靠的運(yùn)行，需要設(shè)置多種安全保護(hù)裝置。

1、低油壓保護(hù)裝置

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

2、高水溫保護(hù)裝置

      當(dāng)機(jī)油溫度達(dá)到一定水平，低速動(dòng)力狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)后冷卻系統(tǒng)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(jī)自動(dòng)停車，以防止發(fā)動(dòng)機(jī)因?yàn)闇囟冗^(guò)高而損壞。

3、超速保護(hù)裝置

      柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速是通過(guò)安裝在飛輪齒圈緣外側(cè)的傳感器來(lái)檢測(cè)的，由它產(chǎn)生電信號(hào)送到控制屏內(nèi)的可編程控制器PLC進(jìn)行計(jì)數(shù)。超速保護(hù)裝置如圖3所示，當(dāng)柴油機(jī)在運(yùn)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(nèi)部繼電器吸合，超速保護(hù)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(jī)。

4、燃油泄漏保護(hù)裝置

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

5、低油位保護(hù)裝置

      當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)油量降低到一定的程度時(shí)，感應(yīng)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(jī)油。

6、機(jī)油溫度過(guò)高保護(hù)

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

7、起動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)

      在柴油機(jī)控制系統(tǒng)中，因操作者長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)制起動(dòng)馬達(dá)、頻繁起動(dòng)、頻繁點(diǎn)動(dòng)馬達(dá)、發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后沒(méi)有及時(shí)斷開起動(dòng)馬達(dá)等錯(cuò)誤操作方法，很可能導(dǎo)致起動(dòng)馬達(dá)過(guò)熱而損壞。柴油機(jī)起動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)原理如圖4所示，該裝置由可編程控制器根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)和設(shè)置在可編程控制器中的保護(hù)程序，保護(hù)起動(dòng)馬達(dá)和柴油機(jī)的工作。

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

 

圖3  柴油發(fā)電機(jī)超速停機(jī)保護(hù)裝置

圖4  柴油機(jī)起動(dòng)機(jī)保護(hù)系統(tǒng)原理圖

 

三、防爆柴油機(jī)的保護(hù)裝置

 

1、缸蓋溫度過(guò)高保護(hù)

      最大表面溫度是根據(jù)對(duì)柴油機(jī)工作情況的分析， 最大溫度應(yīng)該出現(xiàn)在柴油機(jī)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(tǒng)的柴油機(jī)排氣的溫度應(yīng)保持在 600~700℃之間。 但由于柴油機(jī)的內(nèi)部冷卻循環(huán)水的作用， 柴油機(jī)缸蓋和機(jī)體表面并不會(huì)出現(xiàn)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(dāng)冷卻的水位過(guò)低或者缺水時(shí)，則有極大的可能出現(xiàn)溫度超過(guò) 150℃的情況，因此這時(shí)出現(xiàn)極端情況的可能性增加了。 因此根據(jù)柴油機(jī)的工作狀況， 應(yīng)該加裝最大的表面溫度監(jiān)測(cè)儀器。最大表面溫度的探頭安裝在柴油機(jī)排氣管的附近，從而準(zhǔn)確的探測(cè)柴油機(jī)的表面溫度值， 這樣就能通過(guò)與設(shè)定數(shù)值的比較，從而確定柴油機(jī)是否處于正常的工作狀態(tài)。

2、排氣溫度過(guò)高保護(hù)

      為了保證柴油機(jī)工作安全的狀態(tài)， 柴油機(jī)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(shí)，排氣的溫度不會(huì)超過(guò) 70℃。然而但當(dāng)水位過(guò)低時(shí)工作，短時(shí)間內(nèi)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(xù)工作，也不會(huì)影響到安全。但為了確保柴油機(jī)的工作安全， 因此要對(duì)排氣溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)排氣溫度超過(guò)了70℃時(shí)，自動(dòng)保護(hù)的裝置動(dòng)作會(huì)使柴油機(jī)在一分鐘之內(nèi)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(jī)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(hù)裝置

      因?yàn)椴裼蜋C(jī)的最大的表面溫度有可能超過(guò)了150℃，因此，在柴油機(jī)冷卻水位過(guò)低時(shí)工作，繼續(xù)工作會(huì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此，加裝水位保護(hù)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(shí)候，二個(gè)觸點(diǎn)結(jié)合，使自動(dòng)保護(hù)的裝置開始動(dòng)作。柴油機(jī)水位保護(hù)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(shí)，水位的探頭開始工作，并在通過(guò)防爆電磁閥在一分鐘內(nèi)，使柴油機(jī)自動(dòng)的停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

      防爆電磁閥是柴油機(jī)自動(dòng)保護(hù)裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。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(jī)的主油路上，并且在靠近高壓的油泵的位置上。當(dāng)柴油機(jī)上述的三項(xiàng)指標(biāo)的任一項(xiàng)超標(biāo)時(shí)，自動(dòng)保護(hù)裝置均會(huì)輸出執(zhí)行的信號(hào)，使防爆的電磁閥運(yùn)作，從而切斷柴油機(jī)供油，使柴油機(jī)在一分鐘之內(nèi)停止工作。

 

四、發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)裝置

 

      發(fā)電機(jī)保護(hù)原理是為了保護(hù)發(fā)電機(jī)免受損壞，并確保其安全運(yùn)行。以下是發(fā)電機(jī)保護(hù)的主要原理：

1、過(guò)電流保護(hù)

      通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)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(cè)到過(guò)電流，保護(hù)系統(tǒng)將立即切斷電源，防止發(fā)電機(jī)受到損害。

2、過(guò)載保護(hù)

      發(fā)電機(jī)的額定負(fù)載能力是有限的，當(dāng)負(fù)荷超過(guò)額定值時(shí)，過(guò)載保護(hù)系統(tǒng)立即停止發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，以避免發(fā)電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行。

3、過(guò)壓保護(hù)

      發(fā)電機(jī)工作時(shí)，電壓波動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)電壓情況。過(guò)壓保護(hù)系統(tǒng)會(huì)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)輸出電壓，一旦檢測(cè)到過(guò)壓，保護(hù)系統(tǒng)將采取措施降低電壓，以保護(hù)發(fā)電機(jī)。

4、低壓保護(hù)

      發(fā)電機(jī)輸出電壓過(guò)低可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障。低壓保護(hù)系統(tǒng)會(huì)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)輸出電壓，一旦檢測(cè)到低壓，保護(hù)系統(tǒng)將立即調(diào)整電壓或停電，以防止發(fā)電機(jī)損壞。

5、頻率保護(hù)

      發(fā)電機(jī)輸出頻率過(guò)高或過(guò)低都可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障。頻率保護(hù)系統(tǒng)會(huì)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)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(jī)的正常運(yùn)行。

6、溫度保護(hù)

      過(guò)高的溫度可能會(huì)引起發(fā)電機(jī)內(nèi)部部件的損壞。溫度保護(hù)系統(tǒng)會(huì)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的溫度，并在溫度超過(guò)安全范圍時(shí)采取措施，如降低負(fù)載或自動(dòng)停機(jī)，以防止發(fā)電機(jī)受損。

7、短路保護(hù)

      發(fā)電機(jī)輸出電路中的短路可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備受損。短路保護(hù)系統(tǒng)會(huì)監(jiān)測(cè)電路的電流和電壓，一旦檢測(cè)到短路，保護(hù)系統(tǒng)將切斷電源，以保護(hù)發(fā)電機(jī)。

8、差動(dòng)保護(hù)

      縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線的相間短路故障，其中相間短路對(duì)發(fā)電機(jī)的危害最大，差動(dòng)保護(hù)可作為發(fā)電機(jī)內(nèi)部相間短路故障的主保護(hù)。考慮到實(shí)際運(yùn)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(yùn)用中，多選用具有比率制動(dòng)特性的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。比率制動(dòng)式縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)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(duì)內(nèi)部短路故障有很高的靈敏度。圖2為發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的接線圖，規(guī)定一次電流流入發(fā)電機(jī)為正方向。

9、單項(xiàng)接地保護(hù)

      單相接地時(shí)電力系統(tǒng)中發(fā)生頻率最高的接地故障，單相接地保護(hù)方式與發(fā)電機(jī)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(fù)雜的綜合性問(wèn)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(guò)電壓水平、設(shè)備絕緣水平、單相接地電容電流對(duì)設(shè)備的損壞程度等許多方面。對(duì)于數(shù)據(jù)中心內(nèi)的10kV電壓等級(jí)，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(duì)通信的影響等方面分析。

 

總結(jié)：

      柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)保護(hù)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(jì)性以及實(shí)用性，能有效的滿足自動(dòng)保護(hù)裝置的工作需求，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行起到了十分良好的保障作用。總結(jié)起來(lái)，發(fā)電機(jī)保護(hù)原理主要是通過(guò)監(jiān)測(cè)和反饋控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理柴油發(fā)電機(jī)可能面臨的故障情況，從而確保柴油發(fā)電機(jī)的安全并穩(wěn)定的運(yùn)行。

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