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技術(shù)維修與康明斯知識(shí) |
斯坦福發(fā)電機(jī)（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(jī)組正視圖 |
● 過(guò)載和故障清理數(shù)據(jù)
當(dāng)電氣工程師考慮一個(gè)將包含發(fā)電機(jī)組的電氣系統(tǒng)時(shí)，他們所考慮的一個(gè)方面將是電氣保護(hù)要求。這就需要了解發(fā)電機(jī)組在持續(xù)、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(fù)雜的考慮，而是要對(duì)必須遵循的過(guò)程和交流發(fā)電機(jī)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(yàn)方法。
交流發(fā)電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)表（TDS）包括短路下降曲線，這為負(fù)責(zé)選擇發(fā)電機(jī)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(jī)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(yù)期故障電流標(biāo)準(zhǔn)。熱損傷曲線可根據(jù)要求提供，這提供了交流發(fā)電機(jī)提供穩(wěn)態(tài)過(guò)載標(biāo)準(zhǔn)到瞬態(tài)故障清除電流標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)信息。
以上兩種文件都顯示了平衡負(fù)載或故障情況，并附有指導(dǎo)說(shuō)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(shí)間0到10秒的故障電流標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)遞減曲線的適當(dāng)考慮，就有可能獲得對(duì)增量的升值。
（2）故障電流標(biāo)準(zhǔn)與時(shí)間的值，如果需要，電氣工程師可以轉(zhuǎn)換成循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)衰減曲線的進(jìn)一 步指導(dǎo)，請(qǐng)參考斯坦福發(fā)電機(jī)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(huì)遇到 。熱損傷曲線上的說(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(nèi)，以 避免引發(fā)永久性損傷，從而導(dǎo)致交流發(fā)電機(jī)絕緣系統(tǒng)的熱退化。
（4）斷開(kāi)時(shí)間由負(fù)責(zé)選擇斷路器的工程師實(shí)現(xiàn)，該斷路器具有適當(dāng)?shù)目烧{(diào)跳閘特性，以確保符合在熱損傷曲線時(shí)間限制內(nèi)為跳閘時(shí)間設(shè)置的預(yù)期故障電流標(biāo)準(zhǔn)。
以下三頁(yè)中有這樣一個(gè)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(fā)電機(jī)三相相短路遞減曲線 |
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斯坦福發(fā)電熱損傷曲線圖 |
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發(fā)電機(jī)斷路器的跳閘特性 |
● 故障條件峰值扭矩標(biāo)準(zhǔn)
○ 故障環(huán)境
當(dāng)發(fā)電機(jī)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(jī)將以與故障類(lèi)型特征相關(guān)的復(fù)雜磁場(chǎng)相關(guān)的方式運(yùn)行。其特征主要在于故障是否導(dǎo)致流過(guò)交流發(fā)電機(jī)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(fù)或零序列成分。
此外，故障是否發(fā)生在與零（中心）線的正弦模式中對(duì)稱（平衡+/-）標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)致不對(duì)稱情況，因此完全偏置于零（中心）線的一側(cè)（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(biāo)準(zhǔn)
交流發(fā)電機(jī)的短路下降曲線圖形化顯示L-L-L（3ph）故障條件下產(chǎn)生的電流標(biāo)準(zhǔn)，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(jì)算。遞減曲線顯示了對(duì)稱（實(shí)線）和不對(duì)稱（虛線）故障電流標(biāo)準(zhǔn)，從故障發(fā)生的瞬間（時(shí)間零）在接下來(lái)的時(shí)間段內(nèi)，故障電流標(biāo)準(zhǔn)下降，最終對(duì)稱和不對(duì)稱曲線的合并。然后，交流發(fā)電機(jī)的電磁場(chǎng)系統(tǒng)的作用被“激發(fā)”，整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)被“強(qiáng)迫”進(jìn)入飽和，如故障電流的穩(wěn)態(tài)條件是一個(gè)穩(wěn)定和恒定的（標(biāo)準(zhǔn)線）標(biāo)準(zhǔn)。
我們可以公平地假設(shè)，99%的“故障”從來(lái)沒(méi)有發(fā)生在對(duì)稱或不對(duì)稱的位置，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(dāng)?shù)陌踩蛩兀院w所有情況的長(zhǎng)期但成本有效的解決方案。
峰值扭矩標(biāo)準(zhǔn)（s）的持續(xù)時(shí)間，衰減到最小，然后強(qiáng)制到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，可以與遞減曲線上顯示的變化電流標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)時(shí)間相關(guān)。峰值故障電流標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)時(shí)間可以被認(rèn)為是高達(dá)5毫秒。必須承認(rèn)，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(jī)，而是交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存儲(chǔ)的動(dòng)能的乘積，由電氣工程師確定為慣性常數(shù)（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(fù)責(zé)的機(jī)械工程師考慮的“典型”標(biāo)準(zhǔn)是12倍額定扭矩。不應(yīng)忘記，在發(fā)電機(jī)組內(nèi)產(chǎn)生機(jī)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(jī)之間關(guān)閉斷路器的情況，將導(dǎo)致峰值瞬態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)是不對(duì)稱L-L-L故障狀態(tài)的1.3倍。每種類(lèi)型的交流發(fā)電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)表將包含一個(gè)短路衰減曲線和從第一原理計(jì)算中考慮峰值轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn)的所有必要參數(shù)。
● 過(guò)載和故障保護(hù)
自勵(lì)交流發(fā)電機(jī)配備SX或AVR型和勵(lì)磁系統(tǒng)能夠熔斷熔斷器或跳閘斷路器，因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)額定電流等于交流發(fā)電機(jī)的輸出額定電流，通常是發(fā)電機(jī)組制造商和交流發(fā)電機(jī)供應(yīng)商之間技術(shù)討論的主題。經(jīng)驗(yàn)豐富的發(fā)電機(jī)組制造商非常理解技術(shù)解決方案，他們考慮電氣保護(hù)系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)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(jī)的電氣輸出受到“分級(jí)”或“級(jí)聯(lián)”保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)。因此，其發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)乜紤]了缺乏與自激系統(tǒng)相關(guān)的穩(wěn)態(tài)短路電流。如果這些保護(hù)裝置的額定電流相當(dāng)于交流發(fā)電機(jī)額定輸出電流的60%，則自勵(lì)系統(tǒng)通常會(huì)熔斷保險(xiǎn)絲或跳閘標(biāo)準(zhǔn)的A級(jí)跳閘特性斷路器。針對(duì)一個(gè)實(shí)際的場(chǎng)景，我們提供了以下指導(dǎo)意見(jiàn)：
○ 如果自激系統(tǒng)嚴(yán)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(jī)的輸出電壓崩潰，故障電流崩潰，因此發(fā)電機(jī)組是“自我保護(hù)”自身和連接的故障的電氣設(shè)備。
○ 即使是很小的發(fā)電機(jī)組，通常也會(huì)連接到一個(gè)配電系統(tǒng)上
包含電路的“分級(jí)”級(jí)[級(jí)聯(lián)級(jí)平]，每個(gè)電路的電流識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)低于交流發(fā)電機(jī)的輸出額定電流。這樣的電路確保發(fā)電機(jī)組為電路提供一個(gè)設(shè)計(jì)的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，從而確保只有故障電路激活其保護(hù)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(jī)組到主連接點(diǎn)
連接配電系統(tǒng)，那么該“連接配電系統(tǒng)”在任何情況下都不能供應(yīng)。如果自勵(lì)交流發(fā)電機(jī)達(dá)到嚴(yán)重過(guò)載和輸出電壓崩潰，所以發(fā)電機(jī)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(tǒng)”和負(fù)載不能供應(yīng)故障主電纜已經(jīng)修復(fù)。
○ 設(shè)計(jì)良好的發(fā)電機(jī)組將有一個(gè)電壓和頻率監(jiān)測(cè)
通過(guò)檢測(cè)電路來(lái)識(shí)別電壓和頻率的上下情況。這是因?yàn)槌鲱A(yù)期+/-限值的供應(yīng)負(fù)荷將損壞所連接的設(shè)備。一旦這些模塊檢測(cè)到故障情況，它們應(yīng)啟動(dòng)負(fù)載斷開(kāi)和發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)。
● 保護(hù)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)
以下保護(hù)參數(shù)和包括值是基于適當(dāng)技術(shù)論文的研究，以及與具有供應(yīng)、調(diào)試和支持發(fā)電包經(jīng)驗(yàn)的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)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(tái)發(fā)電機(jī)孤島發(fā)電方案。技術(shù)意見(jiàn)的協(xié)商一致意見(jiàn)堅(jiān)決支持，在簽訂任何合同協(xié)議之前，每項(xiàng)此類(lèi)申請(qǐng)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(fù)雜，則必須進(jìn)行仔細(xì)進(jìn)行的潮流研究，或基于計(jì)算機(jī)的建模系統(tǒng)，以確定新的發(fā)電包促進(jìn)系統(tǒng)不穩(wěn)定的操作風(fēng)險(xiǎn)，或固有的不穩(wěn)定的現(xiàn)有電力系統(tǒng)破壞新安裝的發(fā)電包的風(fēng)險(xiǎn)。
○ 電壓
以下設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)是主觀的，因此根據(jù)商定的合同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)設(shè)置：
♦ 過(guò)/下
♦ 瞬時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)
○ 頻繁性
以下設(shè)置級(jí)別對(duì)于主機(jī)主電網(wǎng)確定的變化是主觀的，因此根據(jù)合并的發(fā)電集的能力考慮進(jìn)行適當(dāng)設(shè)置：
♦ 過(guò)/下
♦ 瞬時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)
○ 當(dāng)前
以下設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于已確定的操作條件是主觀的，因此根據(jù)與商定的合同標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合的能力考慮進(jìn)行適當(dāng)設(shè)置：
♦ 額定值
♦ 使負(fù)載太重
♦ 瞬態(tài)過(guò)載/故障
○ 矢量位移
對(duì)于這種保護(hù)模塊的能力有不同的意見(jiàn)；通常被認(rèn)為是一個(gè)粗糙的設(shè)備，實(shí)際上只是一個(gè)擾動(dòng)探測(cè)器。因此，它只能作為更復(fù)雜的多參數(shù)“系統(tǒng)干擾”保護(hù)包的一部分：
♦ 典型設(shè)置：10度
○ 頻率變化率（RoCoF)
對(duì)于“硬”的英國(guó)大陸主電網(wǎng)系統(tǒng)，設(shè)置將為0.3Hz/s。對(duì)于像北愛(ài)爾蘭這樣的軟網(wǎng)絡(luò)，然后高達(dá)1Hz/秒。
當(dāng)主電網(wǎng)系統(tǒng)較弱且可再生發(fā)電方案盛行時(shí)，如當(dāng)確定的運(yùn)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(qǐng)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(yàn)來(lái)適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。
○ 極滑
對(duì)于小型嵌入式生成集，該參數(shù)通常被認(rèn)為是少數(shù)利益的。保護(hù)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?yàn)檫@是基于交流發(fā)電機(jī)終端的電壓和電流監(jiān)測(cè)，而不是實(shí)現(xiàn)內(nèi)部組件連接，因此MHO方法可能是最常用的。大多數(shù)操作是基于同等面積的適當(dāng)考慮，以及反應(yīng)性子（和超級(jí)？）同步電抗（阻抗？）價(jià)值
意見(jiàn)建議轉(zhuǎn)子角度不應(yīng)該超過(guò)90到110度-任何更大，轉(zhuǎn)子不太可能保持“極對(duì)齊”。
通常，旋轉(zhuǎn)二極管組件組件最脆弱，幾乎是犧牲的，其次是轉(zhuǎn)子繞組故障，損壞最常發(fā)生在機(jī)械驅(qū)動(dòng)線組件。
○ 浪涌避雷器
預(yù)計(jì)架空線路將始終安裝適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)裝置，以應(yīng)對(duì)由雷擊造成的所施加的電壓峰值，或本地系統(tǒng)設(shè)備-開(kāi)關(guān)設(shè)備。發(fā)電設(shè)備包供應(yīng)商/安裝商應(yīng)意識(shí)到他們有責(zé)任考慮如果沒(méi)有沖擊保護(hù)，每個(gè)應(yīng)用和由此產(chǎn)生的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。
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(tǒng)的浪涌保護(hù)裝置，也有一種專(zhuān)門(mén)用于電機(jī)（讀取發(fā)電機(jī)）和變壓器保護(hù)的產(chǎn)品。
○ 勵(lì)磁損失
康明斯發(fā)電機(jī)技術(shù)公司一直考慮包括斯坦福德和AvK交流發(fā)電機(jī)所必需的勵(lì)磁損耗保護(hù)。
○ 反向功率和反向kVAr
反向功率通常設(shè)置為標(biāo)稱額定值的8%左右。反向kVAr保護(hù)應(yīng)設(shè)置在領(lǐng)先功率因數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)上，這可能會(huì)促進(jìn)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
○ 同步窗口
頻率的基本參數(shù)為：
♦ 頻率必須在0.1Hz范圍內(nèi)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(wěn)定和不穩(wěn)定的發(fā)動(dòng)機(jī)速度-例子；冷氣體發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)周向轉(zhuǎn)速，以快速振蕩的方式加速和減速。這種不穩(wěn)定的運(yùn)行條件可能滿足考慮到平均條件的“頻率變化率”監(jiān)測(cè)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(jī)的轉(zhuǎn)子嚴(yán)重不定位。這將導(dǎo)致一個(gè)補(bǔ)償?shù)姆浅８叩?ldquo;對(duì)準(zhǔn)”扭矩，這可能會(huì)損壞交流發(fā)電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的機(jī)械部件到交流發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)/耦合系統(tǒng)。
電壓的基本參數(shù)必須與以下參數(shù)相匹配：
♦ 發(fā)電機(jī)至電源：+/-3%
♦ 發(fā)電機(jī)至發(fā)電機(jī)：+/-0.5%
斷路器閉合角度的基本參數(shù)如下：
在不必要的寬閉合角下產(chǎn)生的機(jī)電應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)，最好，可導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)二極管阻壓器損壞，或最壞，導(dǎo)致定子旋轉(zhuǎn)或軸扭曲，使閉合角值的實(shí)際建議主觀，最終由調(diào)試工程師仔細(xì)考慮。
♦ 如果要每天定期同步，則設(shè)置為關(guān)閉限制
將導(dǎo)致最低的可能的壓力，并導(dǎo)致產(chǎn)生集壽命。接近極限被認(rèn)為是+/-5度。
♦ 如果發(fā)電機(jī)組很少同步-放入同步并保持同步
運(yùn)行數(shù)周后，閉合角度應(yīng)為+/-10度。
♦ 如果發(fā)電機(jī)組有一個(gè)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，因此；相對(duì)不穩(wěn)定期間
同步過(guò)程，但要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，閉合角度應(yīng)為+/-15度。
超過(guò)+/-10度只有在非常仔細(xì)的考慮之后，在嘗試設(shè)置更近的角度后才會(huì)失敗。
○ G59認(rèn)證
對(duì)于連接到英國(guó)的主電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，國(guó)家電網(wǎng)包含了對(duì)嵌入式發(fā)電機(jī)組的具體要求。由于英國(guó)電網(wǎng)是穩(wěn)定和堅(jiān)硬的，所包括的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)被認(rèn)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(tǒng)）。
● 結(jié)論
在安裝擬議的發(fā)電機(jī)組設(shè)備包之前，必須對(duì)主主電網(wǎng)進(jìn)行全面的技術(shù)評(píng)估。這種網(wǎng)絡(luò)調(diào)查應(yīng)提供足夠的技術(shù)數(shù)據(jù)，以便能夠進(jìn)行模擬研究。從這些計(jì)算結(jié)果來(lái)看，對(duì)系統(tǒng)行為的預(yù)測(cè)將為保護(hù)參數(shù)的設(shè)置提供指導(dǎo)，然后在安裝和調(diào)試期間應(yīng)納入其中。安裝的發(fā)電機(jī)組保護(hù)級(jí)別設(shè)置必須根據(jù)本地開(kāi)關(guān)設(shè)備和任何具有跳間能力的系統(tǒng)“偏差”監(jiān)控保護(hù)包的設(shè)置進(jìn)行調(diào)整。
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