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技術維修與康明斯知識 |
斯坦福發電機（電球）過載故障及處理方法 |
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康明斯柴油發電機組正視圖 |
● 過載和故障清理數據
當電氣工程師考慮一個將包含發電機組的電氣系統時，他們所考慮的一個方面將是電氣保護要求。這就需要了解發電機組在持續、臨時和瞬態過載條件下的特性。本文的目的并不是要描述如何進行這種復雜的考慮，而是要對必須遵循的過程和交流發電機制造商可以提供的有用的文件提供一個基本的故障檢驗方法。
交流發電機的技術數據表（TDS）包括短路下降曲線，這為負責選擇發電機組斷路器的工程師提供了足夠的技術信息，以考慮交流發電機可能遇到的各種故障情況 （L-L-L、L-L、L-N） 隨時 間變化的預期故障電流標準。熱損傷曲線可根據要求提供，這提供了交流發電機提供穩態過載標準到瞬態故障清除電流標準的詳細信息。
以上兩種文件都顯示了平衡負載或故障情況，并附有指導說明，建議如何考慮兩相或單相故障情況。
（1）遞減曲線顯示從時間0到10秒的故障電流標準。通過對遞減曲線的適當考慮，就有可能獲得對增量的升值。
（2）故障電流標準與時間的值，如果需要，電氣工程師可以轉換成循環標準。有關衰減曲線的進一 步指導，請參考斯坦福發電機故障電流和短路衰減曲線。
（3）熱損傷曲線故意在8倍額定電流下停止，這種情況只有在幾乎為零阻抗的單相故障下才會遇到 。熱損傷曲線上的說明表明，必須確保故障條件的斷開時間必須在圖形顯示的電流范圍內，以 避免引發永久性損傷，從而導致交流發電機絕緣系統的熱退化。
（4）斷開時間由負責選擇斷路器的工程師實現，該斷路器具有適當的可調跳閘特性，以確保符合在熱損傷曲線時間限制內為跳閘時間設置的預期故障電流標準。
以下三頁中有這樣一個例子：短路下降曲線、熱損傷曲線和典型斷路器的跳閘特性。
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斯坦福發電機三相相短路遞減曲線 |
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斯坦福發電熱損傷曲線圖 |
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發電機斷路器的跳閘特性 |
● 故障條件峰值扭矩標準
○ 故障環境
當發電機組發生短路故障時，如L-L-L或L-L或L-L或L-L-N，交流發電機將以與故障類型特征相關的復雜磁場相關的方式運行。其特征主要在于故障是否導致流過交流發電機繞組的三相的平衡電流。在電氣學術語中，這些條件被描述為具有：正、負或零序列成分。
此外，故障是否發生在與零（中心）線的正弦模式中對稱（平衡+/-）標準一致的時刻，或者故障發生在與產生的輸出波形相關的時刻，導致不對稱情況，因此完全偏置于零（中心）線的一側（例如；所有+及以上），我們用電氣術語將其描述為具有直流分量。
○ 量化故障標準
交流發電機的短路下降曲線圖形化顯示L-L-L（3ph）故障條件下產生的電流標準，L-L-L和L-N下的情況可參考下降曲線表注2中的信息計算。遞減曲線顯示了對稱（實線）和不對稱（虛線）故障電流標準，從故障發生的瞬間（時間零）在接下來的時間段內，故障電流標準下降，最終對稱和不對稱曲線的合并。然后，交流發電機的電磁場系統的作用被“激發”，整個勵磁系統被“強迫”進入飽和，如故障電流的穩態條件是一個穩定和恒定的（標準線）標準。
我們可以公平地假設，99%的“故障”從來沒有發生在對稱或不對稱的位置，而只是發生在兩者之間的某個位置。作為工程師，我們必須始終考慮這兩個極端，然后引入適當的安全因素，以涵蓋所有情況的長期但成本有效的解決方案。
峰值扭矩標準（s）的持續時間，衰減到最小，然后強制到一個穩定狀態標準，可以與遞減曲線上顯示的變化電流標準的持續時間相關。峰值故障電流標準的持續時間可以被認為是高達5毫秒。必須承認，這個峰值扭矩的大部分不會通過軸聯軸器傳遞到發動機，而是交流發電機轉子存儲的動能的乘積，由電氣工程師確定為慣性常數（H）。顯然，聯軸器在零時刻會受到一定程度的瞬態峰值扭矩需求，負責的機械工程師考慮的“典型”標準是12倍額定扭矩。不應忘記，在發電機組內產生機械力的最大條件是在“誤并聯”條件下，即在電源和發電機之間關閉斷路器的情況，將導致峰值瞬態扭矩標準是不對稱L-L-L故障狀態的1.3倍。每種類型的交流發電機的技術數據表將包含一個短路衰減曲線和從第一原理計算中考慮峰值轉矩標準的所有必要參數。
● 過載和故障保護
自勵交流發電機配備SX或AVR型和勵磁系統能夠熔斷熔斷器或跳閘斷路器，因為它的設計額定電流等于交流發電機的輸出額定電流，通常是發電機組制造商和交流發電機供應商之間技術討論的主題。經驗豐富的發電機組制造商非常理解技術解決方案，他們考慮電氣保護系統的基本設計原則，通過這樣做，確保安裝有SX或AS型AVR的交流發電機的電氣輸出受到“分級”或“級聯”保護系統的保護。因此，其發電機組的設計適當地考慮了缺乏與自激系統相關的穩態短路電流。如果這些保護裝置的額定電流相當于交流發電機額定輸出電流的60%，則自勵系統通常會熔斷保險絲或跳閘標準的A級跳閘特性斷路器。針對一個實際的場景，我們提供了以下指導意見：
○ 如果自激系統嚴重過載，輸出電壓會下降
使SX或AS類型AVR失去電源。交流發電機的輸出電壓崩潰，故障電流崩潰，因此發電機組是“自我保護”自身和連接的故障的電氣設備。
○ 即使是很小的發電機組，通常也會連接到一個配電系統上
包含電路的“分級”級[級聯級平]，每個電路的電流識別標準低于交流發電機的輸出額定電流。這樣的電路確保發電機組為電路提供一個設計的保護網絡，從而確保只有故障電路激活其保護裝置，使所有健康的電路仍然有電源。
○ 如果故障發生在主電纜從發電機組到主連接點
連接配電系統，那么該“連接配電系統”在任何情況下都不能供應。如果自勵交流發電機達到嚴重過載和輸出電壓崩潰，所以發電機組停止給輸出，那么我們已經在一個情況下“連接配電系統”和負載不能供應故障主電纜已經修復。
○ 設計良好的發電機組將有一個電壓和頻率監測
通過檢測電路來識別電壓和頻率的上下情況。這是因為超出預期+/-限值的供應負荷將損壞所連接的設備。一旦這些模塊檢測到故障情況，它們應啟動負載斷開和發動機停機。
● 保護參數和標準
以下保護參數和包括值是基于適當技術論文的研究，以及與具有供應、調試和支持發電包經驗的關鍵發電機組制造商進行技術討論，這些包將嵌入主電源(電網)網絡或多臺發電機孤島發電方案。技術意見的協商一致意見堅決支持，在簽訂任何合同協議之前，每項此類申請都必須進行徹底的技術考慮。此外，如果這種技術考慮變得復雜，則必須進行仔細進行的潮流研究，或基于計算機的建模系統，以確定新的發電包促進系統不穩定的操作風險，或固有的不穩定的現有電力系統破壞新安裝的發電包的風險。
○ 電壓
以下設置標準是主觀的，因此根據商定的合同標準進行適當設置：
♦ 過/下
♦ 瞬時穩定狀態
○ 頻繁性
以下設置級別對于主機主電網確定的變化是主觀的，因此根據合并的發電集的能力考慮進行適當設置：
♦ 過/下
♦ 瞬時穩定狀態
○ 當前
以下設置標準對于已確定的操作條件是主觀的，因此根據與商定的合同標準相結合的能力考慮進行適當設置：
♦ 額定值
♦ 使負載太重
♦ 瞬態過載/故障
○ 矢量位移
對于這種保護模塊的能力有不同的意見；通常被認為是一個粗糙的設備，實際上只是一個擾動探測器。因此，它只能作為更復雜的多參數“系統干擾”保護包的一部分：
♦ 典型設置：10度
○ 頻率變化率（RoCoF)
對于“硬”的英國大陸主電網系統，設置將為0.3Hz/s。對于像北愛爾蘭這樣的軟網絡，然后高達1Hz/秒。
當主電網系統較弱且可再生發電方案盛行時，如當確定的運行頻率帶寬為+/-1Hz時，則可能需要甚至高于1Hz/s的變化速率。
請注意，來自不同制造商的RoCoF模塊具有不同的特性，因此必須使用經驗來適當地設置。
○ 極滑
對于小型嵌入式生成集，該參數通常被認為是少數利益的。保護模塊和相關的仿真研究的初始成本通常比生成集更昂貴。
首選的方法仍然是基于阻抗跟蹤技術，因為這是基于交流發電機終端的電壓和電流監測，而不是實現內部組件連接，因此MHO方法可能是最常用的。大多數操作是基于同等面積的適當考慮，以及反應性子（和超級？）同步電抗（阻抗？）價值
意見建議轉子角度不應該超過90到110度-任何更大，轉子不太可能保持“極對齊”。
通常，旋轉二極管組件組件最脆弱，幾乎是犧牲的，其次是轉子繞組故障，損壞最常發生在機械驅動線組件。
○ 浪涌避雷器
預計架空線路將始終安裝適當的保護裝置，以應對由雷擊造成的所施加的電壓峰值，或本地系統設備-開關設備。發電設備包供應商/安裝商應意識到他們有責任考慮如果沒有沖擊保護，每個應用和由此產生的相關風險。
有一些公司專門從事這類套餐。例如：罷工技術公司（ZORC）有一系列適用于400V系統的浪涌保護裝置，也有一種專門用于電機（讀取發電機）和變壓器保護的產品。
○ 勵磁損失
康明斯發電機技術公司一直考慮包括斯坦福德和AvK交流發電機所必需的勵磁損耗保護。
○ 反向功率和反向kVAr
反向功率通常設置為標稱額定值的8%左右。反向kVAr保護應設置在領先功率因數的標準上，這可能會促進系統的不穩定。
○ 同步窗口
頻率的基本參數為：
♦ 頻率必須在0.1Hz范圍內相匹配。
♦ 頻率變化率為0.1Hz。/秒。
這種“頻率變化率”是非常重要的，作為一個不穩定和不穩定的發動機速度-例子；冷氣體發動機產生一個周向轉速，以快速振蕩的方式加速和減速。這種不穩定的運行條件可能滿足考慮到平均條件的“頻率變化率”監測器，因此可能允許同步發生在一個短暫的情況下，實際上交流發電機的轉子嚴重不定位。這將導致一個補償的非常高的“對準”扭矩，這可能會損壞交流發電機或發動機內的機械部件到交流發電機驅動/耦合系統。
電壓的基本參數必須與以下參數相匹配：
♦ 發電機至電源：+/-3%
♦ 發電機至發電機：+/-0.5%
斷路器閉合角度的基本參數如下：
在不必要的寬閉合角下產生的機電應力標準，最好，可導致旋轉二極管阻壓器損壞，或最壞，導致定子旋轉或軸扭曲，使閉合角值的實際建議主觀，最終由調試工程師仔細考慮。
♦ 如果要每天定期同步，則設置為關閉限制
將導致最低的可能的壓力，并導致產生集壽命。接近極限被認為是+/-5度。
♦ 如果發電機組很少同步-放入同步并保持同步
運行數周后，閉合角度應為+/-10度。
♦ 如果發電機組有一個燃氣發動機，因此；相對不穩定期間
同步過程，但要長時間連續工作，閉合角度應為+/-15度。
超過+/-10度只有在非常仔細的考慮之后，在嘗試設置更近的角度后才會失敗。
○ G59認證
對于連接到英國的主電網網絡，國家電網包含了對嵌入式發電機組的具體要求。由于英國電網是穩定和堅硬的，所包括的設置標準被認為不適合較弱的電網。例如；北愛爾蘭的主要電網系統）。
● 結論
在安裝擬議的發電機組設備包之前，必須對主主電網進行全面的技術評估。這種網絡調查應提供足夠的技術數據，以便能夠進行模擬研究。從這些計算結果來看，對系統行為的預測將為保護參數的設置提供指導，然后在安裝和調試期間應納入其中。安裝的發電機組保護級別設置必須根據本地開關設備和任何具有跳間能力的系統“偏差”監控保護包的設置進行調整。
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