船舶低压同步发电机继电保护装置的设计
时间：2020-12-15 08:01:58 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：发电机是船舶电站的核心，保护发电机免受损坏是确保船舶电站正常工作的前提。文章针对发电机在工作过程中可能会出现的外部短路、过载、欠压及逆功率等异常状况或故障，进行了合理的继电保护设计。
关键词：发电机；继电保护；船舶电站
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.132
1 前言
发电机在工作时可能会出现的不正常运行状态主要有：输出功率超过发电机额定功率而造成的过载；发电机外部短路、并车操作不当或者有大负载起动等造成的过电流；负载投入或切除电网造成电压和频率的波动，偏离额定值；发电机并联运行时，可能出现的逆功率等。针对不同情况，必须对发电机设置保护装置。
2 船舶同步发电机的过载保护
在船舶电力系统的工作过程中，当发电机的输出功率低于负载的需求时，或并联工作的发电机组间功率分配不均时，或并联运行的机组中存在因故障停止供电的发机组时，这些情况都会使发电机过载，造成发电机功率超出额定值。发电机长时间在超出额定功率的状态下运行，会使绝缘老化，甚至造成发电机损坏。
目前用于低压同步发电机的过载保护方式是保护装置与自动分级卸荷装置相结合。当发电机输出功率超出额定值，即过载时，首先由自动分级卸荷装置依次将不重要的用电设备切除，并且用声光报警的形式提醒工作人员，但是若延时已到，过载还没有消除，过载保护动作，开关跳闸发电机退出电网。船舶发电机过载保护装置的动作值可以整定如下：
过载保护装置的动作值Iop应该大于正常工作时发电机的额定值IgN，介于过载保护装置的动作值Iop和返回值Ire间或许会存在误差，因此可靠性系数Krel>1，即：
对于过载保护， Krel一般取值1～1.3； Kre一般取值0.7～0.9。因此，过载保护设备的起动电流值一般为（1.25～1.5）IgN。本文设计的船舶低压同步发电机过载保护用断路器内部的过流脱扣器完成。当过载现象发生时，通过长延时后开关自动跳闸，发电机脱离电网。
3 船舶同步发电机的外部短路保护
发电机外部短路将使其输出电流远远超过额定电流，对电网及负载有很大的影响，将导致电网电压大幅度降低，负载不能正常工作，严重时会造成发电机主开关跳闸，船舶电网失电。本文设计的船舶低压同步发电机外部短路保护用断路器内部的过流脱扣器来完成。当发生短路故障时，在瞬时或短延时后，过电流脱扣瞬间动作，开关跳闸，发电机退出电网。发电机短路保护参数整定如下：
依据发电机短路保护装置的动作电流要高于它的额定电流IgN，并且返回电流Ire要高于用电设备自启动电流原则，Ire可写成：
对于短路保护，可靠性系数Krel一般取值1.4～1.6；Kre一般取值0.5～0.9；自启动系数Ks一般取值1.3～1.8。将各系数代入上式得起动电流Iop1为（2～5）IgN 。
4 发电机的欠压保护
当船舶发电机出现外部短路故障或严重过载等情况，会导致它的端电压下降，严重时会致使用电设备无法安全工作，这对发电机和用电设备都是不利的。因此，船舶发电机应设置欠压保护。当船舶电力系统中有大的负载启动时，会导致发电机端电压下降，但这是暂时的，欠压保护装置不应动作。因此，船舶同步发电机的欠压保护应延时。
本文设计的船舶低压同步发电机欠压保护由断路器中的失压脱扣线圈来完成。当线路电压低于整定值时，失压脱扣器瞬时动作，开关跳闸，发电机脱离电网。
规范要求：发电机欠压保护装置如果有延时功能，要求保护装置动作整定值为发电机额定电压值的75%～85%，延时时间为1.6～2.5s，发电机保护动作；如果没有延时功能，要求发电机欠压保护装置的动作整定值为（35%～70%）UN， 发电机瞬时保护跳闸，脱离电网。
5 发电机的逆功率保护
发电机的逆功率不仅意味着有功功率不输出，而且有功功率也被从电网中吸收。同步发电机并网操控失误或者并联工作的机组中有的机组发生故障等情况均可产生逆功率。此时，并联运行的其他正常发电机可能由于过载而跳闸，从而导致整个船舶丧失功率的风险。但是当机组在非同步条件下进行并网操作时，在许可限制内的短時间逆功率利于将机组并入电网，这时逆功率保护不应动作。因此，要求逆功率保护具有一定的时限。规范要求：并联运行机组必须设置3～8s延时动作的逆功率保护，保护装置的设定值一般为发电机额定值的4%～11%。
本文设计的船舶低压同步发电机逆功率保护是由逆功率继电器和断路器中的分励脱扣器配合完成的。当发电机向系统输送功率时，继电器不动作；当发电机发生逆功率时，继电器动作，接通自动空气断路器的分励线圈，通过分励脱扣器使发电机跳闸。
6 结论
本文结合船级社规范、国际公约和相关标准，首先阐述了船舶发电机保护的必要性，然后针对船舶低压同步发电机在工作过程中可能会出现的异常状况或故障，进行了合理的继电保护设计。本文的研究对于普通低压同步发电机保护的设计具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]朱丽娟.船舶电力系统设计简介[J].科技创新与应用，2014（18）：128-129.
[2]孙武.船舶短路电流计算方法的研究及其应用[J].船电技术，2000（05）：12-17.
作者简介：牛海春（1985-），女，硕士，讲师，主要研究方向：船舶电气控制。
