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关于柴油发电机组的探讨 一、发电机组主要参数 当前,性能优良的柴油发电机是一个功能完善、功率容量范围大、对环境和场地条件要求低、安装使用方便的小型发电设备。其使用相对广泛,输出容量从数KVA到数兆VA。柴油发电机组主体主要由发动机、发电机和控制系统三部分组成。其中与现代柴油发电机组配套的同步交流发电机由于性能及结构的特点，普遍采用自励恒压型,通常选用自激式同步交流发电机和PMG永磁式激励式同步交流发电机。发电机组包括以下几项主要性能参数。 电压调整率：在负载功率因数为0.8-1、负载空载至满载变化、从冷机到满机及转速下跌4.5%以内等情况下,电压调整率可以控制在±1%以内。 频率调整率：负载从0-100%范围内变化,频率稳定不变。 随机频率波动：负载处于0-100%功率之间任何值,随机频率波动率 值±0.25%。 电压波形：电路开路空载, 总波形畸变1.5%,只相平衡负载 总波形畸变5%。 金融业机房一般采用“市电——发电机——UPS”并机系统组成的供电系统。系统中,发电机的负载主要包括UPS、机房专用空调、应急照明、消防电梯等,这些负载启动或运行时都会对发电机产生振荡和干扰。尽管在组成“市电——发电机——UPS”供电系统时,发电机的负载量在其额定输出容量范围内，但在实际情况中，市电中断而发电机投人运行过程中却经常发生工作不稳定，产生多种使“发电机——UPS”系统不能正常工作的现象。 1、负载反馈的波动电压造成发电机输出电压稳定度较差，常出现发电机组输出电压振荡现象。UPS整流器允许的输人电压范围一般在±15%巧或更宽,发电机的输出电压不稳定对其影响较小。 2、UPS整流器的输人谐波造成多个过零点。 3、发电机的频率（转速）振荡一般情况下，频率振荡比电压、电流振荡范围小，但影响比较大，导致UPS处于频繁切换及非正常工作状态。频率振荡一般在±5%以内，由于负载有规律地忽大忽小，造成发电机组工作也忽强忽弱，加剧机组振动，加速机械磨损,甚至引起机件严重损坏。频率振荡明显的特征之一，即柴油机工作噪声有规律地忽大忽小，因此必须引起高度重视。 4、工作不正常空调压缩机启动和电梯升降的瞬间会导致发电机发生±Hz频率漂移,造成UPS频繁切换。当频率、电压振荡变化超出UPS输入工作范围时，UPS由蓄电池供电,而发电机在无UPS负载时恢复正常，随即UPS又自动投人，这样交错进行。频率漂移会对UPS正常运行产生两方面影响。一方面是不能旁路，另一方面是电池寿命缩短。 二、发电机运行不稳定原因分析 在“市电——发电机——UPS”供电系统中，UPS电路结构决定了其输人非线性的特性。典型的是传统双变换在线式UPS，由于其输人端AC/DC变换器是整流滤波电路，它的输入电流是脉动电流，不仅输入功率因数低（0.7一0.8），还包括大量的高次谐波电流（30%一40%）。低输人功率因数和谐波电流都会通过发电机定子线圈的感性内阻，由于发电机组定子线圈内阻大于电力变压器的短路阻抗，因此发电机更易受到非线性负载的影响,即在同样的负载电流波形失真度（THDI）情况下，其电压波形失真度（THDI）大于变压器。同时的谐波电流使发电机损耗明显增大（磁滞损耗正比于电流频率,涡流损耗比于电流频率的平方及导线的电流趋肤效应），并使得发电机的输出电压波形失真度明显增大，严重影响发电机的正常工作。 此外，负载的阶跃变化、UPS前端滤波器提供的容性电流都是造成发电机组不能正常工作的主要原因。 三、发电机组的使用与维护 为确保发电机组的安全运行,日常运行维护和快速的故障排除至关重要。根据发电机组的不同,维护和检修的内容、步骤、方法有所区别，一般应按照发电机组保养要求和本单位制定的维护计划进行。 (1)定期检查项目定期测量发电机电池组的电压及内阻情况,并进行记录定期检查空气过滤器、冷却液位、驱动皮带、排烟系统、燃油液位、机油液位、各种控制器及工作环境等情况。 (2)须按照发电机组保养要求及时更换机油、三滤、启动电池及冷却液。 (3)定期由供应商对发电机组进行检测,并出具报上口 (4)定期(至少一个季度一次)进行发电机组空载、带载测试。 针对柴油发电机组出现的故障，应该有步骤有目的地进行检查与分析，切不可盲目检查，胡乱拆卸。应根据故障的异常征兆、迹象、响声、出现时机、变化规律来寻找故障产生的部位，从原理与结构层面进行细致的分析推理，做出正确判断来寻找产生故障原因。查找故障时,应从简到繁、由表及里,按系统部位分段分步骤进行。
发电机多种异常状态及危害 随着电力工业的迅速发展，发电机单机容量的不断增加，大型发电机组在电力系统中越来越重要。人们对发电机的可靠性、安全性要求越来越高。发电机的安全运行对保证柴油发电机组的正常工作和电能质量起着极其重要的作用。但是较之故障，异常运行状态发生的机率更大，比如定子绕组过负荷、发电机失磁、失步，发电机逆功率运行，非全相运行等。这些威胁同样不容忽视，所以研究大型发电机的异常运行及保护是很有必要的。由于大型发电机多采用三相分相操作主开关，非全相运行已成为发电厂电气运行的重点防止对象。本文针对大型发电机非全相运行进行了分析研究，采用对称分量法得出了各相电流、各序电流及相序电流间的关系，并用KATLAB软件进行了仿真，验证了理论分析的结果。同时，就发电机组非全相保护存在的问题提出了改进方案，并给出了发电厂发生非全相运行故障时的一些处理方法： 1、低励磁或失磁对于容量在100KW以下不允许失磁运行的发电机，当采用直流励磁机时，应在灭磁开关断开时同时断开发电机断路器。容量在100KW以上的发电机也应装设失磁保护。对于水轮发电机，保护动作于解列灭磁；对于柴油发电机，保护动作于减出力，以便缩短异步运行时间尽快恢复同步运行，在不允许继续异步运行或失磁后母线电压低于允许值时，保护动作于解列灭磁。 2、定子过电流或过负荷保护 在定子绕组、励磁绕组上应装设定时限和反时限过负荷保护。定时限过负荷保护动作于信号或自动减负荷、降低励磁电流。反时限过负荷保护动作于解列或程序跳闸、解列灭磁。 3、逆功率保护 对于容量在200KW及以上的柴油发电机，宜装设逆功率保护。保护带时限动作于信号，经长时限动作于解列。 以上所述的解列灭磁，是指断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。减出力，是指将原动机出力减到给定值。程序跳闸，对柴油发电机来说，是指首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁。对水轮发电机，是指首先将导水翼关到空载位置，再跳开发电机断路器灭磁。 4、发电机失步保护对于容量在300KW及以上的发电机，需装设失步保护，保护动作于信号或解列。若发生失步现象，应尽快创造恢复同期的条件，一般可采取增加发电机的励磁，或减少该失步电机的有功出力，进而将其牵入同步。动减负荷、降低励磁电流。反时限过负荷保护动作于解列或程序跳闸、解列灭磁。 5、非全相运行保护 发电机变压器组的非全相运行故障，大多数发生在机组解列、并列的操作过程中，正确地进行机组解列或并列的操作是大幅度地减少因负序电流烧损发电机转子的简单而有效的措施。因此只要遵循保持发电机励磁、稳定机组转速、减少机组出力、控制定子电流的原则，严格按照合理顺序进行操作和调整，完全可以把负序电流控制在允许的范围之内。 由于现在大型发电机多采用三相分相操作主开关，非全相运行已成为发电厂电气运行的重点防止对象。所以在下面的章节中我将重点分析发电机非全相运行及其相应的保护措施。 非全相运行时，由于发电机组接线方式、主变接地方式、断相形式、导致原因不同，非全相运行时的故障特征是不同的，所以对非全相运行进行合理有效的分类是分析研究的前提。非全相运行一般采用对称分量法来分析计算。对称分量法是一种线性变换，利用它可将任意一组不对称的三相电流(或电压)分解成正序、负序和零序三组三相对称的电流(或电压)，这三组各自独立的对称电流(或电压)就称为不对称电流(或电压)的对称分量，每组对称分量的三相之间都有大小相等、彼此间相位差相等的关系。电流或电压的相序、大小关系是机组非全相运行时的重要故障信息，这些量的提取与判断，对于保护机组与系统的运行安全有着非常重要的意义。
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