發(fā)電機逆功率保護的作用及原理
發(fā)布時間：2023-09-28 點擊：972
發(fā)電機逆功率保護的作用及原理
當(dāng)兩臺以上柴油發(fā)電機組并聯(lián)運行時，若其中一臺柴油機工作不正常或柴油機與發(fā)電機聯(lián)軸器損壞等原因，使該機組的發(fā)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(fā)電機變?yōu)橥诫妱訖C，即同步發(fā)電機處于逆功率狀態(tài)下運行。如果同步發(fā)電機在逆功率狀態(tài)下運行，對供電系統(tǒng)是不利的，造成參以并聯(lián)運行其他機組過載跳閘，供電中斷，因此，應(yīng)采取措施進行逆功率保護。
一、逆功率的產(chǎn)生機理
目前，在大型發(fā)電機組上一般裝設(shè)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(fā)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(fā)電機可以逆功率運行。但實際上，康明斯逆功率運行時發(fā)電機就成了電動機了，不但發(fā)出的電送布出去要自身消耗，而其還要使用電網(wǎng)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(fā)電機長時間逆功率運行。康明斯發(fā)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(tǒng)向發(fā)電機倒送功率的。當(dāng)功率方向發(fā)生改變后，發(fā)電機就變成了電動機，從發(fā)出功率變?yōu)槲展β省＿@樣由于柴油機的轉(zhuǎn)速非常快，受到這里的功率變換后會在柴油機上產(chǎn)生一個反向力矩，損壞柴油機，同時無謂地消耗電力。
并網(wǎng)柜二次原理圖
逆功率保護一次方案設(shè)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(yīng)取電壓、電流兩方面的信號及其相位關(guān)系，并將其轉(zhuǎn)換為反應(yīng)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(fā)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uso作為電壓信號，并使uso與發(fā)電機輸出的相電壓uso同相位，其電流信is號由s相的電流互感器取得，經(jīng)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(huán)節(jié)是應(yīng)用絕對值比較原理進行檢測，當(dāng)r1=r2時，功率檢測環(huán)節(jié)輸出的直流控制信號電壓umn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umn為負值，即n點電位高于通m點電位。當(dāng)逆功率達8％發(fā)電機額定功率時，三極管vt1導(dǎo)通，vt2截止，工作電源經(jīng)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uc達到穩(wěn)壓管w1擊穿電壓時，w1管導(dǎo)通，二極管vd3及三極管vt3導(dǎo)通，出口繼電器d1通電動作，供電開關(guān)自動跳閘，從而達到保護的目的。
三、整定計算
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(fā)電機逆功率保護的動作功率可按下式計算：
pdz=(krel*p1)/η
pdz－逆功率保護的動作功率
krel－可靠系數(shù)，取0.8
p1－主汽門關(guān)閉后，柴油機維持同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)所消耗的功率，該功率的大小除與柴油機的結(jié)構(gòu)及容量有關(guān)之外，還與柴油發(fā)電機的主蒸汽系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（管道結(jié)構(gòu)及有無旁路管道等）有關(guān)，一般取額定功率的1.5~2% η－發(fā)電機拖動柴油發(fā)電機旋轉(zhuǎn)時的效率，取0.98~0.99 所以：
pdz≈（1.2~1.6%）pn
pn－發(fā)電機的額定功率。實際中，pdz=可取1~1.5%pn。
2、動作延時
發(fā)電機逆功率保護的動作延時，應(yīng)按照柴油發(fā)電機主汽門關(guān)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(dāng)柴油機蒸汽系統(tǒng)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(guān)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(fā)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(nèi)，由于柴油機及發(fā)電機的慣性，實際逆功率可能很小，因此逆功率的定值不應(yīng)大于1%pn。
四、逆功率保護與程序逆功率保護的區(qū)別
（1）逆功率保護是為了防止逆功率后，發(fā)電機變?yōu)殡妱訖C，帶動柴油機旋轉(zhuǎn)，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(tǒng)帶著跑。
程序逆功率保護電路圖
（2）程序逆功率保護是為了防止發(fā)電機組突然解列后，主汽門未完全關(guān)閉，導(dǎo)致柴油機超速，從而利用逆功率來規(guī)避。歸根到底，是怕原動機動力太足導(dǎo)致機組超速!
所以說嚴格意義上來說，逆功率保護是發(fā)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(xiàn)程序跳閘而設(shè)置的動作過程，也叫程序跳閘，一般應(yīng)用于停機方式。最關(guān)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，還要求汽機主汽門關(guān)閉，所以說在發(fā)電機組啟動過程中并網(wǎng)瞬間，一定要避免逆功率動作。
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目前，在大型發(fā)電機組上一般裝設(shè)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(fā)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(fā)電機可以逆功率運行。但實際上，康明斯逆功率運行時發(fā)電機就成了電動機了，不但發(fā)出的電送布出去要自身消耗，而其還要使用電網(wǎng)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(fā)電機長時間逆功率運行。康明斯發(fā)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(tǒng)向發(fā)電機倒送功率的。當(dāng)功率方向發(fā)生改變后，發(fā)電機就變成了電動機，從發(fā)出功率變?yōu)槲展β省＿@樣由于柴油機的轉(zhuǎn)速非常快，受到這里的功率變換后會在柴油機上產(chǎn)生一個反向力矩，損壞柴油機，同時無謂地消耗電力。
并網(wǎng)柜二次原理圖
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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(yīng)取電壓、電流兩方面的信號及其相位關(guān)系，并將其轉(zhuǎn)換為反應(yīng)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(fā)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uso作為電壓信號，并使uso與發(fā)電機輸出的相電壓uso同相位，其電流信is號由s相的電流互感器取得，經(jīng)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(huán)節(jié)是應(yīng)用絕對值比較原理進行檢測，當(dāng)r1=r2時，功率檢測環(huán)節(jié)輸出的直流控制信號電壓umn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umn為負值，即n點電位高于通m點電位。當(dāng)逆功率達8％發(fā)電機額定功率時，三極管vt1導(dǎo)通，vt2截止，工作電源經(jīng)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uc達到穩(wěn)壓管w1擊穿電壓時，w1管導(dǎo)通，二極管vd3及三極管vt3導(dǎo)通，出口繼電器d1通電動作，供電開關(guān)自動跳閘，從而達到保護的目的。
三、整定計算
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(fā)電機逆功率保護的動作功率可按下式計算：
pdz=(krel*p1)/η
pdz－逆功率保護的動作功率
krel－可靠系數(shù)，取0.8
p1－主汽門關(guān)閉后，柴油機維持同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)所消耗的功率，該功率的大小除與柴油機的結(jié)構(gòu)及容量有關(guān)之外，還與柴油發(fā)電機的主蒸汽系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（管道結(jié)構(gòu)及有無旁路管道等）有關(guān)，一般取額定功率的1.5~2% η－發(fā)電機拖動柴油發(fā)電機旋轉(zhuǎn)時的效率，取0.98~0.99 所以：
pdz≈（1.2~1.6%）pn
pn－發(fā)電機的額定功率。實際中，pdz=可取1~1.5%pn。
2、動作延時
發(fā)電機逆功率保護的動作延時，應(yīng)按照柴油發(fā)電機主汽門關(guān)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(dāng)柴油機蒸汽系統(tǒng)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(guān)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(fā)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(nèi)，由于柴油機及發(fā)電機的慣性，實際逆功率可能很小，因此逆功率的定值不應(yīng)大于1%pn。
四、逆功率保護與程序逆功率保護的區(qū)別
（1）逆功率保護是為了防止逆功率后，發(fā)電機變?yōu)殡妱訖C，帶動柴油機旋轉(zhuǎn)，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(tǒng)帶著跑。
程序逆功率保護電路圖
（2）程序逆功率保護是為了防止發(fā)電機組突然解列后，主汽門未完全關(guān)閉，導(dǎo)致柴油機超速，從而利用逆功率來規(guī)避。歸根到底，是怕原動機動力太足導(dǎo)致機組超速!
所以說嚴格意義上來說，逆功率保護是發(fā)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(xiàn)程序跳閘而設(shè)置的動作過程，也叫程序跳閘，一般應(yīng)用于停機方式。最關(guān)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，還要求汽機主汽門關(guān)閉，所以說在發(fā)電機組啟動過程中并網(wǎng)瞬間，一定要避免逆功率動作。
如何設(shè)計柴油發(fā)電機組的監(jiān)控系統(tǒng)？
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柴油發(fā)電機組知識分享：柴油機電起動系統(tǒng)如何工作的
康明斯發(fā)電機組噴油器壓力過高維修案例
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