浅谈船舶发电机故障保护策略

2013-08-15

电子世界 2013年13期

1.引言

发电机是船舶电站中最重要的设备之一，发电机正常运行是船舶安全航行的前提条件。针对船舶发电机的不正常运行和故障，必须装设相应的保护装置。

2.故障描述

船舶同步发电机的故障主要包括：过载、外部短路、欠压、频率不正常和逆功率等。

船舶同步发电机本身内部也可能产生故障。例如：定子绕组的相间短路、单相绕组层间短路、单相绕组接地；发电机转子绕组的匝间短路、转子绕组接地等。但由于船舶发电机属于低压系统，而且又定期检查，因此船舶发电机内部故障出现的概率极小，另外发电机至主配电板之间的电缆也比较短，故均不设保护装置。

3.跳闸机理分析

3.1 发电机的过载保护

电站运行中，如果出现发电机容量不能满足负载的要求或并联运行的机组负载分配不均匀等情况，都会造成发电机过载。

发电机过载又分为2种：功率过载和电流过载。长期的电流过载会使发电机过热引起绝缘老化和损坏；长期的功率过载会使导致原动机寿命缩短和部件损坏。

从外部系统的要求方面来看，要求发电机过载保护是带时限的。例如：当大电机启动或多台电动机同时启动时，启动电流可能会超出发电机的电流额定值，但此时发电机的过载保护装置不应动作，而应从时间上避开这种暂时的过载现象。启动过程一般不超过10秒。若远离发电机处发生短路时，短路电流也可能超过发电机过载电流的整定值，但为了保证保护装置动作的选择性，也应从时间上避开这种情况，先让下一级的开关动作，这段时间一般仅为几十到一百多豪秒。因此对发电机的过载保护装置来说，必须有一个合理的时间来鉴别过载的性质，以避开暂时性的过载状态。

某船发电机功率过载保护是由PMS发出指令进行保护。

一级卸载：0.95Ie，延时15秒。当发电机过载时，卸去空调等用电负载，保证重要负载连续供电。

二级卸载：0.95Ie，延时15秒。发电机并联运行，当发电机过载时，卸去侧推，保证重要负载连续供电。

某船发电机的电流过载保护是有框架式自动空气断路器中的过流脱扣器。

某船对发电机过载保护有如下规定：

过流长延时，1.25Ie，延时15～30秒。

过流短延时，2Ie，延时0.4秒。

瞬时保护，当电流达到10Ie时，延时0.06秒。

3.2 欠压保护

当调压装置失灵或发电机外部故障尚未切除或发生严重欠频时，均有可能出现电压下降的情况。发电机在欠压下运行，将引起电动机电流增加，电动机转矩下降，从而导致电动机发热、绝缘老化损坏。

为了避开大负荷启动时引起电网电压短时可能下降的特殊情况，欠压保护一般分为：有延时和无延时两种。

对有延时机构的欠压保护，一般整定在电压低于70%～80%额定电压，延时1～3秒后动作，使发电机自动跳闸。

对无延时机构的欠压保护，整定在电压低于40%～70%额定电压时瞬时动作，使发电机自动跳闸。

某船发电机当电压降至额定电压的70%～35%时，自动空气断路器延时动作。

3.3 逆功率保护

同步发电机的逆功率运行是指该发电机不是发出有功功率，而是从电网吸收有功功率。同步发电机出现逆功率运行的原因主要有：当几台机组并联运行时，若其中一台发电机的原动机发生故障(例如：燃油中断或发电机与原动机的联轴节损坏等，将使该台机组不但不能输出有功功率，反而从电网功率即成为同步电动机)；在并车操作时，失误(例如：在待并机组负频差或滞后相位时合闸)。对于后者，因其逆功率的数值一般不大，发生的时间也较短，故逆功率保护也应避开此种情况。

某船柴油机逆功率整定值在10%Pe的逆功率，延时6S，使自动空气断路器开断。

3.4 外部短路保护

发生短路的原因不外乎是导线绝缘老化、受机械及生物(如老鼠)的损坏损伤、误操作、维护不当及导电物品不慎掉在裸导体或汇流排上所造成的。短路时产生的短路电流，对电力系统的设备和运行又巨大的破坏作用，因此要求保护装置要正确、可靠、快速而有选择地断开故障点。

某船发电机的过载保护与短路保护都是根据对电流的检测来实现的。负载电流超过额定值不太大时成过载，负载电流电流超过额定值较多时称短路。短路也可以看成一种严重过载。实际上，负载电流达到短路电流时，其可能是发电机外部短路引起的，也可能是负载过多或其它原因引起的。因此，需要从实际出发，分析、检查故障的原因所在。

瞬时保护，当电流达到10Ie时，由自动空气断路器中的过流脱扣器瞬时来完成跳闸的。

4.发电机保护主开关跳闸的判别

4.1 发电机过载保护的判别

发电机过载主开关跳闸一般是发生在发电机运行在较大负荷下，在不察看发电机实际功率时启动大负荷运行，如消防总用泵、特舱冷水机组等导致发电机过载而跳闸；也可能发生在并联运行时，其中一台发电机因机电故障保护立即跳闸，而分级卸载装置失灵或卸载后仍过载导致运行机组出现过载而发生保护跳闸等场合。

4.2 发电机欠压保护的判别

发电机欠压保护跳闸主要发生在调速器及燃油系统或调压器出现故障时的场合。调速器及燃油系统故障导致欠压保护的判别依据是故障发生时先出现转速下降(可以柴油机运转的声音听到)后发生跳闸，此时柴油机停机；调压器故障导致欠压保护的判别依据是故障发生时先出现电压下降(可以从照明的亮度变化看出)后发生跳闸，此时柴油机运转正常。

4.3 发电机逆功率保护的判别

发电机逆功率保护跳闸主要发生在并车操作合闸时刻掌握不当导致待并机组合上后跳闸，或并联运行时负荷分配操作调节方向反了，或并联运行时其中一台机组调速器损坏或燃油中断等场合会发生逆功率保护跳闸。发电机主开关跳闸后可从逆功率继电器上显示出来。

4.4 发电机外部短路故障判别

发电机电流大于2.5Ie，主开关跳闸这一故障的判别。

当发生发电机主开关跳闸，但这一跳闸不是发生在同时启动几台大负荷负载，不是出现在先出现转速下降后发生主开关跳闸，也不是出现在先发生电压下降后再跳闸(从照明亮度可以得到判别)，这时一般可断定是发生了发电机外部短路故障，但也不排除有关人员的操作失误，如并车操作不当使发电机达到短路保护整定值(对运行机组)，或也有可能由于主开关本身故障引起的跳闸。