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技术维修与康明斯知识 |
斯坦福发电机（电球）过载故障及处理方法 |
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康明斯柴油发电机组正视图 |
● 过载和故障清理数据
当电气工程师考虑一个将包含发电机组的电气系统时，他们所考虑的一个方面将是电气保护要求。这就需要了解发电机组在持续、临时和瞬态过载条件下的特性。本文的目的并不是要描述如何进行这种复杂的考虑，而是要对必须遵循的过程和交流发电机制造商可以提供的有用的文件提供一个基本的故障检验方法。
交流发电机的技术数据表（TDS）包括短路下降曲线，这为负责选择发电机组断路器的工程师提供了足够的技术信息，以考虑交流发电机可能遇到的各种故障情况 （L-L-L、L-L、L-N） 随时 间变化的预期故障电流标准。热损伤曲线可根据要求提供，这提供了交流发电机提供稳态过载标准到瞬态故障清除电流标准的详细信息。
以上两种文件都显示了平衡负载或故障情况，并附有指导说明，建议如何考虑两相或单相故障情况。
（1）递减曲线显示从时间0到10秒的故障电流标准。通过对递减曲线的适当考虑，就有可能获得对增量的升值。
（2）故障电流标准与时间的值，如果需要，电气工程师可以转换成循环标准。有关衰减曲线的进一 步指导，请参考斯坦福发电机故障电流和短路衰减曲线。
（3）热损伤曲线故意在8倍额定电流下停止，这种情况只有在几乎为零阻抗的单相故障下才会遇到 。热损伤曲线上的说明表明，必须确保故障条件的断开时间必须在图形显示的电流范围内，以 避免引发永久性损伤，从而导致交流发电机绝缘系统的热退化。
（4）断开时间由负责选择断路器的工程师实现，该断路器具有适当的可调跳闸特性，以确保符合在热损伤曲线时间限制内为跳闸时间设置的预期故障电流标准。
以下三页中有这样一个例子：短路下降曲线、热损伤曲线和典型断路器的跳闸特性。
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斯坦福发电机三相相短路递减曲线 |
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斯坦福发电热损伤曲线图 |
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发电机断路器的跳闸特性 |
● 故障条件峰值扭矩标准
○ 故障环境
当发电机组发生短路故障时，如L-L-L或L-L或L-L或L-L-N，交流发电机将以与故障类型特征相关的复杂磁场相关的方式运行。其特征主要在于故障是否导致流过交流发电机绕组的三相的平衡电流。在电气学术语中，这些条件被描述为具有：正、负或零序列成分。
此外，故障是否发生在与零（中心）线的正弦模式中对称（平衡+/-）标准一致的时刻，或者故障发生在与产生的输出波形相关的时刻，导致不对称情况，因此完全偏置于零（中心）线的一侧（例如；所有+及以上），我们用电气术语将其描述为具有直流分量。
○ 量化故障标准
交流发电机的短路下降曲线图形化显示L-L-L（3ph）故障条件下产生的电流标准，L-L-L和L-N下的情况可参考下降曲线表注2中的信息计算。递减曲线显示了对称（实线）和不对称（虚线）故障电流标准，从故障发生的瞬间（时间零）在接下来的时间段内，故障电流标准下降，最终对称和不对称曲线的合并。然后，交流发电机的电磁场系统的作用被“激发”，整个励磁系统被“强迫”进入饱和，如故障电流的稳态条件是一个稳定和恒定的（标准线）标准。
我们可以公平地假设，99%的“故障”从来没有发生在对称或不对称的位置，而只是发生在两者之间的某个位置。作为工程师，我们必须始终考虑这两个极端，然后引入适当的安全因素，以涵盖所有情况的长期但成本有效的解决方案。
峰值扭矩标准（s）的持续时间，衰减到最小，然后强制到一个稳定状态标准，可以与递减曲线上显示的变化电流标准的持续时间相关。峰值故障电流标准的持续时间可以被认为是高达5毫秒。必须承认，这个峰值扭矩的大部分不会通过轴联轴器传递到发动机，而是交流发电机转子存储的动能的乘积，由电气工程师确定为惯性常数（H）。显然，联轴器在零时刻会受到一定程度的瞬态峰值扭矩需求，负责的机械工程师考虑的“典型”标准是12倍额定扭矩。不应忘记，在发电机组内产生机械力的最大条件是在“误并联”条件下，即在电源和发电机之间关闭断路器的情况，将导致峰值瞬态扭矩标准是不对称L-L-L故障状态的1.3倍。每种类型的交流发电机的技术数据表将包含一个短路衰减曲线和从第一原理计算中考虑峰值转矩标准的所有必要参数。
● 过载和故障保护
自励交流发电机配备SX或AVR型和励磁系统能够熔断熔断器或跳闸断路器，因为它的设计额定电流等于交流发电机的输出额定电流，通常是发电机组制造商和交流发电机供应商之间技术讨论的主题。经验丰富的发电机组制造商非常理解技术解决方案，他们考虑电气保护系统的基本设计原则，通过这样做，确保安装有SX或AS型AVR的交流发电机的电气输出受到“分级”或“级联”保护系统的保护。因此，其发电机组的设计适当地考虑了缺乏与自激系统相关的稳态短路电流。如果这些保护装置的额定电流相当于交流发电机额定输出电流的60%，则自励系统通常会熔断保险丝或跳闸标准的A级跳闸特性断路器。针对一个实际的场景，我们提供了以下指导意见：
○ 如果自激系统严重过载，输出电压会下降
使SX或AS类型AVR失去电源。交流发电机的输出电压崩溃，故障电流崩溃，因此发电机组是“自我保护”自身和连接的故障的电气设备。
○ 即使是很小的发电机组，通常也会连接到一个配电系统上
包含电路的“分级”级[级联级平]，每个电路的电流识别标准低于交流发电机的输出额定电流。这样的电路确保发电机组为电路提供一个设计的保护网络，从而确保只有故障电路激活其保护装置，使所有健康的电路仍然有电源。
○ 如果故障发生在主电缆从发电机组到主连接点
连接配电系统，那么该“连接配电系统”在任何情况下都不能供应。如果自励交流发电机达到严重过载和输出电压崩溃，所以发电机组停止给输出，那么我们已经在一个情况下“连接配电系统”和负载不能供应故障主电缆已经修复。
○ 设计良好的发电机组将有一个电压和频率监测
通过检测电路来识别电压和频率的上下情况。这是因为超出预期+/-限值的供应负荷将损坏所连接的设备。一旦这些模块检测到故障情况，它们应启动负载断开和发动机停机。
● 保护参数和标准
以下保护参数和包括值是基于适当技术论文的研究，以及与具有供应、调试和支持发电包经验的关键发电机组制造商进行技术讨论，这些包将嵌入主电源(电网)网络或多台发电机孤岛发电方案。技术意见的协商一致意见坚决支持，在签订任何合同协议之前，每项此类申请都必须进行彻底的技术考虑。此外，如果这种技术考虑变得复杂，则必须进行仔细进行的潮流研究，或基于计算机的建模系统，以确定新的发电包促进系统不稳定的操作风险，或固有的不稳定的现有电力系统破坏新安装的发电包的风险。
○ 电压
以下设置标准是主观的，因此根据商定的合同标准进行适当设置：
♦ 过/下
♦ 瞬时稳定状态
○ 频繁性
以下设置级别对于主机主电网确定的变化是主观的，因此根据合并的发电集的能力考虑进行适当设置：
♦ 过/下
♦ 瞬时稳定状态
○ 当前
以下设置标准对于已确定的操作条件是主观的，因此根据与商定的合同标准相结合的能力考虑进行适当设置：
♦ 额定值
♦ 使负载太重
♦ 瞬态过载/故障
○ 矢量位移
对于这种保护模块的能力有不同的意见；通常被认为是一个粗糙的设备，实际上只是一个扰动探测器。因此，它只能作为更复杂的多参数“系统干扰”保护包的一部分：
♦ 典型设置：10度
○ 频率变化率（RoCoF)
对于“硬”的英国大陆主电网系统，设置将为0.3Hz/s。对于像北爱尔兰这样的软网络，然后高达1Hz/秒。
当主电网系统较弱且可再生发电方案盛行时，如当确定的运行频率带宽为+/-1Hz时，则可能需要甚至高于1Hz/s的变化速率。
请注意，来自不同制造商的RoCoF模块具有不同的特性，因此必须使用经验来适当地设置。
○ 极滑
对于小型嵌入式生成集，该参数通常被认为是少数利益的。保护模块和相关的仿真研究的初始成本通常比生成集更昂贵。
首选的方法仍然是基于阻抗跟踪技术，因为这是基于交流发电机终端的电压和电流监测，而不是实现内部组件连接，因此MHO方法可能是最常用的。大多数操作是基于同等面积的适当考虑，以及反应性子（和超级？）同步电抗（阻抗？）价值
意见建议转子角度不应该超过90到110度-任何更大，转子不太可能保持“极对齐”。
通常，旋转二极管组件组件最脆弱，几乎是牺牲的，其次是转子绕组故障，损坏最常发生在机械驱动线组件。
○ 浪涌避雷器
预计架空线路将始终安装适当的保护装置，以应对由雷击造成的所施加的电压峰值，或本地系统设备-开关设备。发电设备包供应商/安装商应意识到他们有责任考虑如果没有冲击保护，每个应用和由此产生的相关风险。
有一些公司专门从事这类套餐。例如：罢工技术公司（ZORC）有一系列适用于400V系统的浪涌保护装置，也有一种专门用于电机（读取发电机）和变压器保护的产品。
○ 励磁损失
康明斯发电机技术公司一直考虑包括斯坦福德和AvK交流发电机所必需的励磁损耗保护。
○ 反向功率和反向kVAr
反向功率通常设置为标称额定值的8%左右。反向kVAr保护应设置在领先功率因数的标准上，这可能会促进系统的不稳定。
○ 同步窗口
频率的基本参数为：
♦ 频率必须在0.1Hz范围内相匹配。
♦ 频率变化率为0.1Hz。/秒。
这种“频率变化率”是非常重要的，作为一个不稳定和不稳定的发动机速度-例子；冷气体发动机产生一个周向转速，以快速振荡的方式加速和减速。这种不稳定的运行条件可能满足考虑到平均条件的“频率变化率”监测器，因此可能允许同步发生在一个短暂的情况下，实际上交流发电机的转子严重不定位。这将导致一个补偿的非常高的“对准”扭矩，这可能会损坏交流发电机或发动机内的机械部件到交流发电机驱动/耦合系统。
电压的基本参数必须与以下参数相匹配：
♦ 发电机至电源：+/-3%
♦ 发电机至发电机：+/-0.5%
断路器闭合角度的基本参数如下：
在不必要的宽闭合角下产生的机电应力标准，最好，可导致旋转二极管阻压器损坏，或最坏，导致定子旋转或轴扭曲，使闭合角值的实际建议主观，最终由调试工程师仔细考虑。
♦ 如果要每天定期同步，则设置为关闭限制
将导致最低的可能的压力，并导致产生集寿命。接近极限被认为是+/-5度。
♦ 如果发电机组很少同步-放入同步并保持同步
运行数周后，闭合角度应为+/-10度。
♦ 如果发电机组有一个燃气发动机，因此；相对不稳定期间
同步过程，但要长时间连续工作，闭合角度应为+/-15度。
超过+/-10度只有在非常仔细的考虑之后，在尝试设置更近的角度后才会失败。
○ G59认证
对于连接到英国的主电网网络，国家电网包含了对嵌入式发电机组的具体要求。由于英国电网是稳定和坚硬的，所包括的设置标准被认为不适合较弱的电网。例如；北爱尔兰的主要电网系统）。
● 结论
在安装拟议的发电机组设备包之前，必须对主主电网进行全面的技术评估。这种网络调查应提供足够的技术数据，以便能够进行模拟研究。从这些计算结果来看，对系统行为的预测将为保护参数的设置提供指导，然后在安装和调试期间应纳入其中。安装的发电机组保护级别设置必须根据本地开关设备和任何具有跳间能力的系统“偏差”监控保护包的设置进行调整。
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