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技術(shù)維修與康明斯知識 |
斯坦福發(fā)電機（電球）過(guò)載故障及處理方法 |
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康明斯柴油發(fā)電機組正視圖 |
● 過(guò)載和故障清理數據
當電氣工程師考慮一個(gè)將包含發(fā)電機組的電氣系統時(shí)，他們所考慮的一個(gè)方面將是電氣保護要求。這就需要了解發(fā)電機組在持續、臨時(shí)和瞬態(tài)過(guò)載條件下的特性。本文的目的并不是要描述如何進(jìn)行這種復雜的考慮，而是要對必須遵循的過(guò)程和交流發(fā)電機制造商可以提供的有用的文件提供一個(gè)基本的故障檢驗方法。
交流發(fā)電機的技術(shù)數據表（TDS）包括短路下降曲線(xiàn)，這為負責選擇發(fā)電機組斷路器的工程師提供了足夠的技術(shù)信息，以考慮交流發(fā)電機可能遇到的各種故障情況 （L-L-L、L-L、L-N） 隨時(shí) 間變化的預期故障電流標準。熱損傷曲線(xiàn)可根據要求提供，這提供了交流發(fā)電機提供穩態(tài)過(guò)載標準到瞬態(tài)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(shuō)明，建議如何考慮兩相或單相故障情況。
（1）遞減曲線(xiàn)顯示從時(shí)間0到10秒的故障電流標準。通過(guò)對遞減曲線(xiàn)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(shí)間的值，如果需要，電氣工程師可以轉換成循環(huán)標準。有關(guān)衰減曲線(xiàn)的進(jìn)一 步指導，請參考斯坦福發(fā)電機故障電流和短路衰減曲線(xiàn)。
（3）熱損傷曲線(xiàn)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(huì )遇到 。熱損傷曲線(xiàn)上的說(shuō)明表明，必須確保故障條件的斷開(kāi)時(shí)間必須在圖形顯示的電流范圍內，以 避免引發(fā)永久性損傷，從而導致交流發(fā)電機絕緣系統的熱退化。
（4）斷開(kāi)時(shí)間由負責選擇斷路器的工程師實(shí)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(xiàn)時(shí)間限制內為跳閘時(shí)間設置的預期故障電流標準。
以下三頁(yè)中有這樣一個(gè)例子：短路下降曲線(xiàn)、熱損傷曲線(xiàn)和典型斷路器的跳閘特性。
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斯坦福發(fā)電機三相相短路遞減曲線(xiàn) |
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斯坦福發(fā)電熱損傷曲線(xiàn)圖 |
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發(fā)電機斷路器的跳閘特性 |
● 故障條件峰值扭矩標準
○ 故障環(huán)境
當發(fā)電機組發(fā)生短路故障時(shí)，如L-L-L或L-L或L-L或L-L-N，交流發(fā)電機將以與故障類(lèi)型特征相關(guān)的復雜磁場(chǎng)相關(guān)的方式運行。其特征主要在于故障是否導致流過(guò)交流發(fā)電機繞組的三相的平衡電流。在電氣學(xué)術(shù)語(yǔ)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(fā)生在與零（中心）線(xiàn)的正弦模式中對稱(chēng)（平衡+/-）標準一致的時(shí)刻，或者故障發(fā)生在與產(chǎn)生的輸出波形相關(guān)的時(shí)刻，導致不對稱(chēng)情況，因此完全偏置于零（中心）線(xiàn)的一側（例如；所有+及以上），我們用電氣術(shù)語(yǔ)將其描述為具有直流分量。
○ 量化故障標準
交流發(fā)電機的短路下降曲線(xiàn)圖形化顯示L-L-L（3ph）故障條件下產(chǎn)生的電流標準，L-L-L和L-N下的情況可參考下降曲線(xiàn)表注2中的信息計算。遞減曲線(xiàn)顯示了對稱(chēng)（實(shí)線(xiàn)）和不對稱(chēng)（虛線(xiàn)）故障電流標準，從故障發(fā)生的瞬間（時(shí)間零）在接下來(lái)的時(shí)間段內，故障電流標準下降，最終對稱(chēng)和不對稱(chēng)曲線(xiàn)的合并。然后，交流發(fā)電機的電磁場(chǎng)系統的作用被“激發(fā)”，整個(gè)勵磁系統被“強迫”進(jìn)入飽和，如故障電流的穩態(tài)條件是一個(gè)穩定和恒定的（標準線(xiàn)）標準。
我們可以公平地假設，99%的“故障”從來(lái)沒(méi)有發(fā)生在對稱(chēng)或不對稱(chēng)的位置，而只是發(fā)生在兩者之間的某個(gè)位置。作為工程師，我們必須始終考慮這兩個(gè)極端，然后引入適當的安全因素，以涵蓋所有情況的長(cháng)期但成本有效的解決方案。
峰值扭矩標準（s）的持續時(shí)間，衰減到最小，然后強制到一個(gè)穩定狀態(tài)標準，可以與遞減曲線(xiàn)上顯示的變化電流標準的持續時(shí)間相關(guān)。峰值故障電流標準的持續時(shí)間可以被認為是高達5毫秒。必須承認，這個(gè)峰值扭矩的大部分不會(huì )通過(guò)軸聯(lián)軸器傳遞到發(fā)動(dòng)機，而是交流發(fā)電機轉子存儲的動(dòng)能的乘積，由電氣工程師確定為慣性常數（H）。顯然，聯(lián)軸器在零時(shí)刻會(huì )受到一定程度的瞬態(tài)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(fā)電機組內產(chǎn)生機械力的最大條件是在“誤并聯(lián)”條件下，即在電源和發(fā)電機之間關(guān)閉斷路器的情況，將導致峰值瞬態(tài)扭矩標準是不對稱(chēng)L-L-L故障狀態(tài)的1.3倍。每種類(lèi)型的交流發(fā)電機的技術(shù)數據表將包含一個(gè)短路衰減曲線(xiàn)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(guò)載和故障保護
自勵交流發(fā)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(fā)電機的輸出額定電流，通常是發(fā)電機組制造商和交流發(fā)電機供應商之間技術(shù)討論的主題。經(jīng)驗豐富的發(fā)電機組制造商非常理解技術(shù)解決方案，他們考慮電氣保護系統的基本設計原則，通過(guò)這樣做，確保安裝有SX或AS型AVR的交流發(fā)電機的電氣輸出受到“分級”或“級聯(lián)”保護系統的保護。因此，其發(fā)電機組的設計適當地考慮了缺乏與自激系統相關(guān)的穩態(tài)短路電流。如果這些保護裝置的額定電流相當于交流發(fā)電機額定輸出電流的60%，則自勵系統通常會(huì )熔斷保險絲或跳閘標準的A級跳閘特性斷路器。針對一個(gè)實(shí)際的場(chǎng)景，我們提供了以下指導意見(jiàn)：
○ 如果自激系統嚴重過(guò)載，輸出電壓會(huì )下降
使SX或AS類(lèi)型AVR失去電源。交流發(fā)電機的輸出電壓崩潰，故障電流崩潰，因此發(fā)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(fā)電機組，通常也會(huì )連接到一個(gè)配電系統上
包含電路的“分級”級[級聯(lián)級平]，每個(gè)電路的電流識別標準低于交流發(fā)電機的輸出額定電流。這樣的電路確保發(fā)電機組為電路提供一個(gè)設計的保護網(wǎng)絡(luò )，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(fā)生在主電纜從發(fā)電機組到主連接點(diǎn)
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(fā)電機達到嚴重過(guò)載和輸出電壓崩潰，所以發(fā)電機組停止給輸出，那么我們已經(jīng)在一個(gè)情況下“連接配電系統”和負載不能供應故障主電纜已經(jīng)修復。
○ 設計良好的發(fā)電機組將有一個(gè)電壓和頻率監測
通過(guò)檢測電路來(lái)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(dòng)負載斷開(kāi)和發(fā)動(dòng)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(shù)論文的研究，以及與具有供應、調試和支持發(fā)電包經(jīng)驗的關(guān)鍵發(fā)電機組制造商進(jìn)行技術(shù)討論，這些包將嵌入主電源(電網(wǎng))網(wǎng)絡(luò )或多臺發(fā)電機孤島發(fā)電方案。技術(shù)意見(jiàn)的協(xié)商一致意見(jiàn)堅決支持，在簽訂任何合同協(xié)議之前，每項此類(lèi)申請都必須進(jìn)行徹底的技術(shù)考慮。此外，如果這種技術(shù)考慮變得復雜，則必須進(jìn)行仔細進(jìn)行的潮流研究，或基于計算機的建模系統，以確定新的發(fā)電包促進(jìn)系統不穩定的操作風(fēng)險，或固有的不穩定的現有電力系統破壞新安裝的發(fā)電包的風(fēng)險。
○ 電壓
以下設置標準是主觀(guān)的，因此根據商定的合同標準進(jìn)行適當設置：
♦ 過(guò)/下
♦ 瞬時(shí)穩定狀態(tài)
○ 頻繁性
以下設置級別對于主機主電網(wǎng)確定的變化是主觀(guān)的，因此根據合并的發(fā)電集的能力考慮進(jìn)行適當設置：
♦ 過(guò)/下
♦ 瞬時(shí)穩定狀態(tài)
○ 當前
以下設置標準對于已確定的操作條件是主觀(guān)的，因此根據與商定的合同標準相結合的能力考慮進(jìn)行適當設置：
♦ 額定值
♦ 使負載太重
♦ 瞬態(tài)過(guò)載/故障
○ 矢量位移
對于這種保護模塊的能力有不同的意見(jiàn)；通常被認為是一個(gè)粗糙的設備，實(shí)際上只是一個(gè)擾動(dòng)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(wǎng)系統，設置將為0.3Hz/s。對于像北愛(ài)爾蘭這樣的軟網(wǎng)絡(luò )，然后高達1Hz/秒。
當主電網(wǎng)系統較弱且可再生發(fā)電方案盛行時(shí)，如當確定的運行頻率帶寬為+/-1Hz時(shí)，則可能需要甚至高于1Hz/s的變化速率。
請注意，來(lái)自不同制造商的RoCoF模塊具有不同的特性，因此必須使用經(jīng)驗來(lái)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(guān)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(shù)，因為這是基于交流發(fā)電機終端的電壓和電流監測，而不是實(shí)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(jià)值
意見(jiàn)建議轉子角度不應該超過(guò)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(fā)生在機械驅動(dòng)線(xiàn)組件。
○ 浪涌避雷器
預計架空線(xiàn)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(kāi)關(guān)設備。發(fā)電設備包供應商/安裝商應意識到他們有責任考慮如果沒(méi)有沖擊保護，每個(gè)應用和由此產(chǎn)生的相關(guān)風(fēng)險。
有一些公司專(zhuān)門(mén)從事這類(lèi)套餐。例如：罷工技術(shù)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(zhuān)門(mén)用于電機（讀取發(fā)電機）和變壓器保護的產(chǎn)品。
○ 勵磁損失
康明斯發(fā)電機技術(shù)公司一直考慮包括斯坦福德和AvK交流發(fā)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(chēng)額定值的8%左右。反向kVAr保護應設置在領(lǐng)先功率因數的標準上，這可能會(huì )促進(jìn)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(gè)不穩定和不穩定的發(fā)動(dòng)機速度-例子；冷氣體發(fā)動(dòng)機產(chǎn)生一個(gè)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(mǎn)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(fā)生在一個(gè)短暫的情況下，實(shí)際上交流發(fā)電機的轉子嚴重不定位。這將導致一個(gè)補償的非常高的“對準”扭矩，這可能會(huì )損壞交流發(fā)電機或發(fā)動(dòng)機內的機械部件到交流發(fā)電機驅動(dòng)/耦合系統。
電壓的基本參數必須與以下參數相匹配：
♦ 發(fā)電機至電源：+/-3%
♦ 發(fā)電機至發(fā)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(chǎn)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(shí)際建議主觀(guān)，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(guān)閉限制
將導致最低的可能的壓力，并導致產(chǎn)生集壽命。接近極限被認為是+/-5度。
♦ 如果發(fā)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(fā)電機組有一個(gè)燃氣發(fā)動(dòng)機，因此；相對不穩定期間
同步過(guò)程，但要長(cháng)時(shí)間連續工作，閉合角度應為+/-15度。
超過(guò)+/-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(huì )失敗。
○ G59認證
對于連接到英國的主電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )，國家電網(wǎng)包含了對嵌入式發(fā)電機組的具體要求。由于英國電網(wǎng)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(wǎng)。例如；北愛(ài)爾蘭的主要電網(wǎng)系統）。
● 結論
在安裝擬議的發(fā)電機組設備包之前，必須對主主電網(wǎng)進(jìn)行全面的技術(shù)評估。這種網(wǎng)絡(luò )調查應提供足夠的技術(shù)數據，以便能夠進(jìn)行模擬研究。從這些計算結果來(lái)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(fā)電機組保護級別設置必須根據本地開(kāi)關(guān)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(jìn)行調整。
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