HAWKER叉车电瓶舰船用大型发电机保护方案配置

摘要：当下，大功率发电机在船舶领域已被广泛运用，其运行的安全可靠乃是保障船舶动力系统正常运转的关键所在。本文对船用大容量发电机的保护方案予以了介绍，并且基于此，结合海上电网的实际情形，针对船舶发电机采取纵差动保护展开了研究。与此同时，本文还针对大型船舶发电机的过载保护、外部短路保护、欠压保护、逆向保护等层面进行了研究。

关键词：发电机；电力系统；纵差动保护；舰船

和陆地上处在高压状态用以输运的网络来比较，海上的电网所含输电的线路是更短的，输配电相关的设备也是更为简单的。因为受到船舶空间方面的制约，电力一类设施相对而言是集中的，网线的长度是短的，并且全部都是电缆，所以，针对发电机、电网去做保护会比陆地上的情形要容易许多。依照国内船舶入级以及建造所遵循的标准，发电机需要安置过载、外部短路保护，与此同时对于并联起来的发电机也要设置欠电压保护以及反向保护。要是出现意外状况，会致使发电机遭受重大损伤，那么就应当启动防护设备。遇到不会对发电机这类电器予以损害或者引发意外的情况时，理当确保持续常态的电力供应，以避免其对航行安全产生负面的作用。过去，鉴于船用发电机属于低压装置，要定期开展检修工作，故而内部故障较难出现。另外，鉴于发电机和主配电盘之间的缆线长度较为短少，所以在本区段整体都没有设置安全防护措施。伴随现代科技不断发展，船舶电气化程度得以提升，船舶自动化程度也有所提高，在此种情况之下，船舶的载重要求跟着增加，并且大功率的发电机于船舶当中的应用日益广泛，所以，怎样去加强对大功率发电机的保护变得分外地必要。

1.差动保护

有着检测发电机跟主配开关之间线路是不是存在短路或者有接地现象功能的一种保护装置，是差动保护装置。像图1这样 。

安装了两个电流变压器，在发电机一侧的每相上，差动保护设备是如此，在配电板一侧的每相也这般，并且每个相位的电流被设计成一个迭减情况，也就是差分电流为 Id = |i1 - i2| ，而且次级电流的矢量差处在同相发生器一侧被检测到，此矢量差进入差动保护设备。源于两端电压等级一样、型号一样、变比一样、性能一样的变流器，它的不均衡电流比变压器纵联差动保护小，因而只需考虑因两端电流互感性不一样而引发的不均衡电流，也就是Ibp = 0.1 KtxKfzqId, max/nl （1）。

等同于Ktx的电流互感器的等效系数，Kfzq是不连续的成分因子，Id、max是最大短路电流周期成分，nl是变压器的变化比率。差动回路那儿能够加入断线闭锁准则啦，目的在于防止变压器二次环断线引起的保护误动作。当不符合灵敏度指标之际，可挑选具有比例制动特性的差动继电器，致使其启动电流依照制动电流的变化而产生改变，这样子在发生外部故障之时，可以可靠地避开最大不均衡电流，并且也能够保证内部故障的敏感性，它的工作特点是下面这样：

Ir< In, Iop=k1In （2）

在Ir大于In的情况下，Iop等于k1乘以In加上k2乘以（Ir减去In）的结果，这是（3）所。

制动电流等于|i1 与 i2 的和的绝对值|，工作电流是 Iop，i1、i2 是差动继电器两端的二次电流，当差动电流 Id 大于 Iop 时，保护发挥作用。 。

基于发电机所能承受的差动电流（典型情况是不大于5%），微分保护区内部检测回路作判断，决定是否发出对发电机的消磁指令，决定是否断开主母线上的开关，以使发电机处于待机状态。这样做能防止绕组线圈遭受损伤，进而保护发电机，还能降低不必要的损耗 。

2.发电机的过载保护

在船舶技术规范里头，交流发电机的电流通常是以电流当作单位，而负荷同样是以电流作为单位。船舶电厂于使用期间，一旦出现发电机容量没法达到负荷需求的情况，或者并联机组负荷分布不均衡之时，就会致使发电机过载。长时间处于上述过载状态，会使得发电机过热，进而造成绝缘老化与破损；长时间处于超负荷状况，会造成原动机的使用寿命缩短以及零件受到损伤。

存在这样一种情况，针对发电机存在的超负荷现象，当处在一种状况，即额定电流为1.1倍时，这种状态可维持2小时，还有一种状况，额定电流为1.25倍时，可以维持30分钟，另外一种状况，额定电流为1.3倍时是5分钟。进而提出了一种单体的、有时间限制规定以发挥性能阻挡大电流的保护方案，经由对信号采取延迟的操作方式，从而让设备运行时的电流在处于额定负荷额度的状态下能够稳妥地恢复到正常状态。

Iop= Krel- KreIld, max/na （4）

选择通常为1.05的，是Krel - 可靠性；通常选取范围在0.85至0.95之间的，是Kre - 回归系数；通常用Ign表示的，是Ild，max - 发电机的额定负载电流；na - 是变流器的变率 。

延迟呀，要跟以上情况中，额定电流处于过载状态下的发电机所能够容许的时间保持一致，而且呢，要比电网短路防护的时间更为短小。

大延时（时长处于1至2这个范围）有delta t。另外，当大型电动机启动或者出现多个电动机同时进行启动这种情况时，启动电流会变得非常大，进而超出了发电机的额定功率，然而在这个特定时候，发电机的过载保护不会发挥作用，而是要在一定的时长范围内避免出现过负荷现象，启动程序常常不会超出10秒。在距离发电机很远之处发生短路时，短路电流会超出此范围，首先要使下一次的分路开关运作，此过程通常仅有几十到一百毫秒，所以为避免过负荷，需给发电机过载的时间。当下，大型船舶多使用数台大型发电机，当3台或更多机组并联时，必须设置瞬态动作保护，且要让断路器在比受保护的发电机略大的短路电流下瞬间断开。

动力超载的程度是由原动机的类别所决定的，柴油机，最大能够支撑1.1倍的额定功率长达2小时，又能最大支撑1.1倍的额定功率2小时没错、1.2次是可以支撑30分钟，额定功率是1.35次哩。所以，单就发电机自身来讲，完全是允许在一定时长之内出现超负荷情况的，并不需要立刻跳闸，其采取准则选取情形同一于上述所说。

哪怕存在延迟保护，长期处于超载状态也必定会致使保护设备开展工作，进而引发电力供应的中断。卸载保护装置能够对这种缺陷予以很好的弥补，把电力中断的可能性降至最小，一般来说船用电厂仅需一轮卸载就行，也就是将空调等辅助负荷予以去除。在特定条件下，要是依旧存在超载情况，能够实施二次卸载，以便减轻一些较大的负荷。分层卸荷的时间限制应当比过载延迟小，以此确保在过载保护发挥作用之前进行分级卸载。通常情况下，第一轮的卸荷能够调整至110%~120%，延迟7~12秒。

3.发电机的外部短路保护

导致短路的缘由不外乎导线绝缘出现老化，存在机械方面以及生物方面（像老鼠这种）的损害，操作出现失误，还有导电物体掉落于裸露的导线或者母线上。因短路会引发大量的短路状况，对电网的设备及操作产生严重影响，故而必须正确、可靠、快速且有选择性地切断故障 。

当发电机于更远之处发生短路时，有着较低的短路电流量级（3至5倍），在这个时候，需要负荷的分路开关投入工作，并非因主开关的操作致使整个电网的电力供应出现中断情况。

船舶同步发电机存在外接短路保护，这种保护方式，能够是常规的过流断路器运用的保障形式，也能够是微机过流保护所呈现的保护方式。

为防止过载时分发电机及其线缆温度过热，设有过流保护。船舶发电机过载容量达一倍半且持续五分钟，所以其启动电流整定值与全负载电流的一倍半相近且不低于此值。该设备的时间 - 电流特性不会超出发电机正常的入侵电流范围。限时快速断开保护能快速处理配电板母线上的低电阻故障，还可为母线、母线馈线及馈线断路器之间的所有低阻故障提供选择性保护。要进行保护的启动电流整定值大概是80%左右，短延时整定时间等同于下一次断路器短延时以及分断时间加起来的总和，通常选用最长延迟时间。

在理论层面，依据时间原理以及电流原理，均能够实现保护选择性，可是鉴于船舶输电线之中的短线路阻抗非常低，并且网络的各个环节都存在较大的短路电流，故而运用电流原则来开展选择性保护是极具难度的，而依照时间原则来进行选择性保护则更为简易、更为可靠。然而，要是仅仅依照时间原理来作出选择的话，通常会对保护设备的快速性以及复杂性造成一定的影响，所以，为确保保护的选择性以及快速性，通常会采用时间与电流相结合的方式。

结语：

船舶电站里那最为重要的设备是发电机，船舶安全航行有着重要保证在于保护发电机使其不致遭受损坏，针对船舶发电机出现的各种不正常运行状况以及故障，一定得装设相应的继电保护装置。