新聞主題	柴油發電機保護系統的主要功能

 

摘要：柴油發電機組具有綜合可靠性高、調峰性能好、機動性優良的突出優點，但是此類發電設備存在投資成本相對過高、備件價格昂貴、機械負荷和熱負荷相當高、運動件特別多、突發性事故多等問題。因此，現代柴油發電機大都配備了相當先進且安全地自動保護系統，以便在不利于設備安全運行的情況出現時，及時、有效、安全地停止柴油發電機組的運行。

 

一、自動保護系統的原理和要求

      由于柴油發電機經常運行，在使用期間存在各種問題，如超載、過熱等，這些問題如果得不到及時的解決，會致使發電設備受損，影響使用壽命。因此，完善的自動保護裝置對于柴油發電機組的正常運行至關重要，一般常規的四保護功能模塊默認裝設在隨機控制屏中。其外觀如圖1所示，組成如圖2所示。

1、自動保護系統的原理

      自動保護裝置的基本原理主要是通過采集柴油發電機在工作的過程中的影響使用和安全狀態下的參數以及設定的安全數據進行比較， 當任何一個可能影響柴油發電機的安全工作的情況出現的時候， 自動保護裝置就會通過自動的控制系統， 從而在一分鐘之內自動停止柴油發電機的工作狀態，并且在故障或者危險排除前，不能重新的進入正常工作狀態。

      對于由于技術條件限制，尚未發展出來的自動保護方面，只能在當環境的條件變化時， 手動去停止柴油發電機的工作， 從而保證柴油發電機和人員的安全。

2、自動保護系統的要求

      柴油發電機的主要用途為備用電源，常以多臺柴油發電機并聯運行的方式運行，系統復雜、價格昂貴。以上特點決定了后者需要更加完善的電氣保護措施。柴油發電機組的自動保護裝置具有以下要求：

（1）1000KW以下柴油發電機組應具備低電壓保護、過電壓保護、高頻保護、低頻保護、逆功率保護等功能，發電機組內部發生某些故障時基本上可由自身的控制器監測并進行保護。

（2）根據相關國家規范規定，1000KW以上的發電機應裝設縱聯差動保護。例如大型數據中心內單臺柴油發電機的功率段一般介于1600～2200kW之間，需配置差動保護，并將其作為發電機的主保護。

（3）我國的低壓市電配電系統以TN系統為主，因此低壓柴油發電機組多采用中性點直接接地的方式；我國的中壓市電配電系統多為非直接接地系統，各廠家的柴油發電機對單相接地故障電流有各自的限值要求，因此中壓發電機系統不采用中性點直接接地的方式，由此造成發電機單相接地時的故障電流較小，在工程設計中需要采用適當的單相接地保護方案限制這一故障。

圖1  柴油發電機組控制屏外觀（背包式）

圖2  柴油發電機四保護裝置基本組成

 

二、柴油機的標準保護裝置

 

      柴油機是發電機組的動力裝置，為了保證其安全可靠的運行，需要設置多種安全保護裝置。

1、低油壓保護裝置

      柴油機的機油壓力是通過安裝于機體潤滑油路中的油壓傳感器KP和機油壓力表YYB來檢測的。當機油壓力降低到某一固定值以下，警示燈亮或發出警報聲，同時油壓傳感器KP的常閉觸點釋放，切斷柴油機燃油電磁閥的工作電源，使柴油發電機組自動停機。

2、高水溫保護裝置

      當機油溫度達到一定水平，低速動力狀態下發動機后冷卻系統水溫超過90℃，高速動力狀態下水溫超過95℃的時候，發動機自動停車，以防止發動機因為溫度過高而損壞。

3、超速保護裝置

      柴油機的轉速是通過安裝在飛輪齒圈緣外側的傳感器來檢測的，由它產生電信號送到控制屏內的可編程控制器PLC進行計數。超速保護裝置如圖3所示，當柴油機在運行過程中發生超速故障時，由可編程控制器PLC檢出，使其內部繼電器吸合，超速保護常閉觸點釋放，切斷燃油電磁閥的工作電源，從而切斷燃油通路而自動停機。

4、燃油泄漏保護裝置

      當燃油系統出現泄漏時，感應器會發出警報并停機以避免火災發生。

5、低油位保護裝置

      當發動機油量降低到一定的程度時，感應器會發出聲音或者警示燈亮起，提示操作員及時添加機油。

6、機油溫度過高保護

      柴油機的機油溫度是通過油溫傳感器KT1和機油溫度表YWB來檢測的。當柴油機的機油溫度上升到上限調整值時，其溫度傳感器KT1的常閉觸點釋放，切斷柴油機燃油電磁閥的工作電源，使發電機組自動停機。

7、起動保護系統

      在柴油機控制系統中，因操作者長時間強制起動馬達、頻繁起動、頻繁點動馬達、發動機起動后沒有及時斷開起動馬達等錯誤操作方法，很可能導致起動馬達過熱而損壞。柴油機起動保護系統原理如圖4所示，該裝置由可編程控制器根據實時采集到的發動機工作參數和設置在可編程控制器中的保護程序，保護起動馬達和柴油機的工作。

      以上是常規配置的柴油機的安全保護裝置，保持好柴油機的安全保護裝置可以增加發電機組的使用壽命，保證供電的安全。

 

圖3  柴油發電機超速停機保護裝置

圖4  柴油機起動機保護系統原理圖

 

三、防爆柴油機的保護裝置

 

1、缸蓋溫度過高保護

      最大表面溫度是根據對柴油機工作情況的分析， 最大溫度應該出現在柴油機的氣缸蓋 排氣口的附近，正常工作的條件下，沒有加裝防爆系統的柴油機排氣的溫度應保持在 600~700℃之間。 但由于柴油機的內部冷卻循環水的作用， 柴油機缸蓋和機體表面并不會出現高于150℃的情況。在經過夾層充水排氣管時， 其最大表面的溫度也不高于 150℃。 但當冷卻的水位過低或者缺水時，則有極大的可能出現溫度超過 150℃的情況，因此這時出現極端情況的可能性增加了。 因此根據柴油機的工作狀況， 應該加裝最大的表面溫度監測儀器。最大表面溫度的探頭安裝在柴油機排氣管的附近，從而準確的探測柴油機的表面溫度值， 這樣就能通過與設定數值的比較，從而確定柴油機是否處于正常的工作狀態。

2、排氣溫度過高保護

      為了保證柴油機工作安全的狀態， 柴油機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，當尾氣箱有了充足的水量時，排氣的溫度不會超過 70℃。然而但當水位過低時工作，短時間內就會使排氣的溫度超過 70℃，由于防爆柵欄的作用，即使在繼續工作，也不會影響到安全。但為了確保柴油機的工作安全， 因此要對排氣溫度進行監測。當排氣溫度超過了70℃時，自動保護的裝置動作會使柴油機在一分鐘之內自動的停止工作。為了保證排溫的探頭不影響防爆的性能，柴油機排氣的溫度探頭裝于防爆柵欄外，排氣的氣流經排氣溫度的探頭后排入周圍環境。

3、低水位保護裝置

      因為柴油機的最大的表面溫度有可能超過了150℃，因此，在柴油機冷卻水位過低時工作，繼續工作會存在一定的風險。因此，加裝水位保護是必要的。水位的探頭通常采用了常開形式的結構，當水位低于要求的容積的時候，二個觸點結合，使自動保護的裝置開始動作。柴油機水位保護探頭安裝在冷卻的水箱上方，當水位低于水箱的容積的1/3時，水位的探頭開始工作，并在通過防爆電磁閥在一分鐘內，使柴油機自動的停止運轉。

      防爆電磁閥是柴油機自動保護裝置的執行機構。在正常工作時，電磁閥沒有帶電，增加了安全、可靠性。防爆電磁閥安裝在了柴油機的主油路上，并且在靠近高壓的油泵的位置上。當柴油機上述的三項指標的任一項超標時，自動保護裝置均會輸出執行的信號，使防爆的電磁閥運作，從而切斷柴油機供油，使柴油機在一分鐘之內停止工作。

 

四、發電機標準保護裝置

 

      發電機保護原理是為了保護發電機免受損壞，并確保其安全運行。以下是發電機保護的主要原理：

1、過電流保護

      通過監測發電機額定電流和短路電流來判斷是否存在過電流情況。一旦檢測到過電流，保護系統將立即切斷電源，防止發電機受到損害。

2、過載保護

      發電機的額定負載能力是有限的，當負荷超過額定值時，過載保護系統立即停止發電機組運行，以避免發電機超負荷運行。

3、過壓保護

      發電機工作時，電壓波動可能會導致過電壓情況。過壓保護系統會監測發電機輸出電壓，一旦檢測到過壓，保護系統將采取措施降低電壓，以保護發電機。

4、低壓保護

      發電機輸出電壓過低可能會導致設備故障。低壓保護系統會監測發電機輸出電壓，一旦檢測到低壓，保護系統將立即調整電壓或停電，以防止發電機損壞。

5、頻率保護

      發電機輸出頻率過高或過低都可能會導致設備故障。頻率保護系統會監測發電機輸出頻率，并在異常情況下采取相應的措施，以確保發電機的正常運行。

6、溫度保護

      過高的溫度可能會引起發電機內部部件的損壞。溫度保護系統會監測發電機的溫度，并在溫度超過安全范圍時采取措施，如降低負載或自動停機，以防止發電機受損。

7、短路保護

      發電機輸出電路中的短路可能會導致設備受損。短路保護系統會監測電路的電流和電壓，一旦檢測到短路，保護系統將切斷電源，以保護發電機。

8、差動保護

      縱聯差動保護反應發電機定子繞組及其引出線的相間短路故障，其中相間短路對發電機的危害最大，差動保護可作為發電機內部相間短路故障的主保護。考慮到實際運行中存在穿越電流、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，實際運用中，多選用具有比率制動特性的縱聯差動保護。比率制動式縱聯差動保護的動作電流隨制動電流變化，保證外部短路故障不誤動的同時又對內部短路故障有很高的靈敏度。圖2為發電機縱聯差動保護的接線圖，規定一次電流流入發電機為正方向。

9、單項接地保護

      單相接地時電力系統中發生頻率最高的接地故障，單相接地保護方式與發電機組的接地方式密切相關。而中性點接地方式的選擇是一個復雜的綜合性問題，它涉及數據中心的安全性、可靠性、連續性、系統過電壓水平、設備絕緣水平、單相接地電容電流對設備的損壞程度等許多方面。對于數據中心內的10kV電壓等級，主要可從供電持續性、與市電接地方式是否匹配、設備投資和對通信的影響等方面分析。

 

總結：

      柴油發電機自動保護裝置所采用的元器件均為通用的器件，因此具有良好的經濟性以及實用性，能有效的滿足自動保護裝置的工作需求，對柴油發電機組的安全運行起到了十分良好的保障作用。總結起來，發電機保護原理主要是通過監測和反饋控制，及時發現并處理柴油發電機可能面臨的故障情況，從而確保柴油發電機的安全并穩定的運行。

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