新聞主題	發電機逆功率保護的作用及原理

 

摘要：當兩臺以上柴油發電機組并聯運行時，若其中一臺柴油機工作不正常或柴油機與發電機聯軸器損壞等原因，使該機組的發電機不但不能輸出有功功率，反而從供電系舯吸收功率，同步發電機變為同步電動機，即同步發電機處于逆功率狀態下運行。如果同步發電機在逆功率狀態下運行，對供電系統是不利的，造成參以并聯運行其他機組過載跳閘，供電中斷，因此，應采取措施進行逆功率保護。

一、逆功率的產生機理

 

      目前，在大型發電機組上一般裝設了兩套獨立的逆功率保護裝置，即程序跳閘逆功率和單純的電氣逆功率保護，來限制發電機逆功率的大小。一般最大不超過額定有功功率的10%左右。從原理講，柴油發電機可以逆功率運行。但實際上，當逆功率運行時發電機就成了電動機了，不但發出的電送布出去要自身消耗，而其還要使用電網的電。長時間逆功率運行就有可能造成繞組燒毀。因此，在一般情況下，不得將發電機長時間逆功率運行。康明斯發電機的逆功率保護功能是防止柴油機失去動力后，電力系統向發電機倒送功率的。當功率方向發生改變后，發電機就變成了電動機，從發出功率變為吸收功率。這樣由于柴油機的轉速非常快，受到這里的功率變換后會在柴油機上產生一個反向力矩，損壞柴油機，同時無謂地消耗電力。

 

圖1  并網柜二次原理圖

圖2  逆功率保護一次方案設計圖

 

 

二、晶體管逆功率保護裝置

 

      由于逆功率保護是有功功率方向保護，因此，它的檢測信號，應取電壓、電流兩方面的信號及其相位關系，并將其轉換為反應有功功率的方向和大小的直流電壓控制信號。該裝置逆功率保護信號是取自發電機S相的電壓和電流來進行單相逆功率檢測。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，并使U_so與發電機輸出的相電壓U_so同相位，其電流信I_S號由S相的電流互感器取得，經兩個單相橋式整流電路VD₁、VD₂整流，在電阻R₃得電壓U₁，電阻R₄得電壓U₂，功率檢測環節是應用絕對值比較原理進行檢測，當R₁=R₂時，功率檢測環節輸出的直流控制信號電壓U_mn與有功功率P成正比，并反映P的方向。在逆功率時，直流控制信號電壓U_mn為負值，即n點電位高于通m點電位。當逆功率達8％發電機額定功率時，三極管VT₁導通，VT₂截止，工作電源經電阻R₁₅、R₁₆對電容C進行充電，充電延時約5s，電容C充電電壓U_C達到穩壓管W₁擊穿電壓時，W₁管導通，二極管VD₃及三極管VT₃導通，出口繼電器d₁通電動作，供電開關自動跳閘，從而達到保護的目的。

 

      對柴油機逆功率保護的整定計算，就是要確定該保護的動作功率Pdz及動作延時t 。

1、動作功率Pdz的整定

      柴油發電機逆功率保護的動作功率可按下式計算 ：

Pdz=(Krel*P1)/η

式中，Pdz——逆功率保護的動作功率

Krel——可靠系數，取0.8 

P1——主汽門關閉后，柴油機維持同步轉速旋轉所消耗的功率，該功率的大小除與柴油機的結構及容量有關之外，還與柴油發電機的主蒸汽系統的結構（管道結構及有無旁路管道等）有關，一般取額定功率的1.5~2%

η——發電機拖動柴油機旋轉時的效率，取0.98~0.99 ，所以：

Pdz≈（1.2~1.6%）PN

PN——發電機的額定功率。實際中，Pdz=可取1~1.5%PN 。

2、動作延時

      發電機逆功率保護的動作延時，應按照柴油發電機主汽門關閉后允許運行的時間來整定，該允許時間一般為10~15min。計算及運行實踐表明，當柴油機蒸汽系統有旁路管道時，允許運行時間還要長一些。 因此，若按照柴油機主汽門關閉之后允許運行的時間來整定保護的動作延時，可取5~10min。動作后作用于解列滅磁。 另外，投運的大型柴油發電機，多采用逆功率保護去啟動程序跳閘回路，此時，動作時間通常取1~2s。 對于程控逆功率保護，由于動作時間短，在主汽門點閉后很短的時間內，由于柴油機及發電機的慣性，實際逆功率可能很小，因此逆功率的定值不應大于1%PN。

 

四、逆功率保護與程序逆功率保護的區別

 

      逆功率保護是發電機繼電保護的一種，作為汽輪發電機出現有功功率倒送，發電機變為電動機運行異常工況的保護逆功率保護的簡單原理：是按照比較絕對值原理構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。從而獲得兩個比較電量：和電壓向量A1與差電壓向量A2。發電機正常運行時，A2逆功率保護也可用于程序跳閘的啟動元件。而程序逆功率保護嚴格說不是一種保護，而是為實現程序跳閘而設置的動作過程。程跳逆功率主要就是用于程序跳閘，算是一種停機方式吧。最關鍵的是逆功率只要定值達到就動作，程跳逆功率除了要定值達到，而且還要汽機主汽門關閉，才能跳閘。在正常停機操作當負荷降為零時，先關柴油機主汽門，然后來啟動程序逆功率保護來跳發電機。這樣做的目的是防止主汽門關閉不嚴，當斷路器跳開后，由于沒有電磁功率這個電磁力矩，有可能造成柴油機飛車。

（1）逆功率保護是為了防止逆功率后，發電機變為電動機，帶動柴油機旋轉，造成柴油機的損壞。歸根到底，是怕原動機動力不足，反被系統帶著跑。

（2）程序逆功率保護是為了防止發電機組突然解列后，主汽門未完全關閉，導致柴油機超速，從而利用逆功率來規避。歸根到底，是怕原動機動力太足導致機組超速。

 

圖3  程序逆功率保護電路圖

圖4  發電機逆功率控制邏輯框圖

 

 

總結：

      綜上所述，從嚴格意義上來說，逆功率保護是發電機繼電保護的一種，但主要是保護柴油機。而程序逆功率保護不是一種保護而是為了實現程序跳閘而設置的動作過程，也叫程序跳閘，一般應用于停機方式。最關鍵的是逆功率只要定值達到就會跳閘，而程序逆功率除了定值達到，還要求主汽門關閉，所以說在發電機組啟動過程中并網瞬間，一定要避免逆功率動作。

 

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