1.引言

發(fā)電機(jī)是船舶電站中最重要的設(shè)備之一，發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行是船舶安全航行的前提條件。針對(duì)船舶發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行和故障，必須裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置。

2.故障描述

船舶同步發(fā)電機(jī)的故障主要包括：過(guò)載、外部短路、欠壓、頻率不正常和逆功率等。

船舶同步發(fā)電機(jī)本身內(nèi)部也可能產(chǎn)生故障。例如：定子繞組的相間短路、單相繞組層間短路、單相繞組接地；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的匝間短路、轉(zhuǎn)子繞組接地等。但由于船舶發(fā)電機(jī)屬于低壓系統(tǒng)，而且又定期檢查，因此船舶發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障出現(xiàn)的概率極小，另外發(fā)電機(jī)至主配電板之間的電纜也比較短，故均不設(shè)保護(hù)裝置。

3.跳閘機(jī)理分析

3.1 發(fā)電機(jī)的過(guò)載保護(hù)

電站運(yùn)行中，如果出現(xiàn)發(fā)電機(jī)容量不能滿足負(fù)載的要求或并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組負(fù)載分配不均勻等情況，都會(huì)造成發(fā)電機(jī)過(guò)載。

發(fā)電機(jī)過(guò)載又分為2種：功率過(guò)載和電流過(guò)載。長(zhǎng)期的電流過(guò)載會(huì)使發(fā)電機(jī)過(guò)熱引起絕緣老化和損壞；長(zhǎng)期的功率過(guò)載會(huì)使導(dǎo)致原動(dòng)機(jī)壽命縮短和部件損壞。

從外部系統(tǒng)的要求方面來(lái)看，要求發(fā)電機(jī)過(guò)載保護(hù)是帶時(shí)限的。例如：當(dāng)大電機(jī)啟動(dòng)或多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流可能會(huì)超出發(fā)電機(jī)的電流額定值，但此時(shí)發(fā)電機(jī)的過(guò)載保護(hù)裝置不應(yīng)動(dòng)作，而應(yīng)從時(shí)間上避開這種暫時(shí)的過(guò)載現(xiàn)象。啟動(dòng)過(guò)程一般不超過(guò)10秒。若遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)處發(fā)生短路時(shí)，短路電流也可能超過(guò)發(fā)電機(jī)過(guò)載電流的整定值，但為了保證保護(hù)裝置動(dòng)作的選擇性，也應(yīng)從時(shí)間上避開這種情況，先讓下一級(jí)的開關(guān)動(dòng)作，這段時(shí)間一般僅為幾十到一百多豪秒。因此對(duì)發(fā)電機(jī)的過(guò)載保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)，必須有一個(gè)合理的時(shí)間來(lái)鑒別過(guò)載的性質(zhì)，以避開暫時(shí)性的過(guò)載狀態(tài)。

某船發(fā)電機(jī)功率過(guò)載保護(hù)是由PMS發(fā)出指令進(jìn)行保護(hù)。

一級(jí)卸載：0.95Ie，延時(shí)15秒。當(dāng)發(fā)電機(jī)過(guò)載時(shí)，卸去空調(diào)等用電負(fù)載，保證重要負(fù)載連續(xù)供電。

二級(jí)卸載：0.95Ie，延時(shí)15秒。發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，當(dāng)發(fā)電機(jī)過(guò)載時(shí)，卸去側(cè)推，保證重要負(fù)載連續(xù)供電。

某船發(fā)電機(jī)的電流過(guò)載保護(hù)是有框架式自動(dòng)空氣斷路器中的過(guò)流脫扣器。

某船對(duì)發(fā)電機(jī)過(guò)載保護(hù)有如下規(guī)定：

過(guò)流長(zhǎng)延時(shí)，1.25Ie，延時(shí)15～30秒。

過(guò)流短延時(shí)，2Ie，延時(shí)0.4秒。

瞬時(shí)保護(hù)，當(dāng)電流達(dá)到10Ie時(shí)，延時(shí)0.06秒。

3.2 欠壓保護(hù)

當(dāng)調(diào)壓裝置失靈或發(fā)電機(jī)外部故障尚未切除或發(fā)生嚴(yán)重欠頻時(shí)，均有可能出現(xiàn)電壓下降的情況。發(fā)電機(jī)在欠壓下運(yùn)行，將引起電動(dòng)機(jī)電流增加，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩下降，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)熱、絕緣老化損壞。

為了避開大負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)引起電網(wǎng)電壓短時(shí)可能下降的特殊情況，欠壓保護(hù)一般分為：有延時(shí)和無(wú)延時(shí)兩種。

對(duì)有延時(shí)機(jī)構(gòu)的欠壓保護(hù)，一般整定在電壓低于70%～80%額定電壓，延時(shí)1～3秒后動(dòng)作，使發(fā)電機(jī)自動(dòng)跳閘。

對(duì)無(wú)延時(shí)機(jī)構(gòu)的欠壓保護(hù)，整定在電壓低于40%～70%額定電壓時(shí)瞬時(shí)動(dòng)作，使發(fā)電機(jī)自動(dòng)跳閘。

某船發(fā)電機(jī)當(dāng)電壓降至額定電壓的70%～35%時(shí)，自動(dòng)空氣斷路器延時(shí)動(dòng)作。

3.3 逆功率保護(hù)

同步發(fā)電機(jī)的逆功率運(yùn)行是指該發(fā)電機(jī)不是發(fā)出有功功率，而是從電網(wǎng)吸收有功功率。同步發(fā)電機(jī)出現(xiàn)逆功率運(yùn)行的原因主要有：當(dāng)幾臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，若其中一臺(tái)發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)發(fā)生故障(例如：燃油中斷或發(fā)電機(jī)與原動(dòng)機(jī)的聯(lián)軸節(jié)損壞等，將使該臺(tái)機(jī)組不但不能輸出有功功率，反而從電網(wǎng)功率即成為同步電動(dòng)機(jī))；在并車操作時(shí)，失誤(例如：在待并機(jī)組負(fù)頻差或滯后相位時(shí)合閘)。對(duì)于后者，因其逆功率的數(shù)值一般不大，發(fā)生的時(shí)間也較短，故逆功率保護(hù)也應(yīng)避開此種情況。

某船柴油機(jī)逆功率整定值在10%Pe的逆功率，延時(shí)6S，使自動(dòng)空氣斷路器開斷。

3.4 外部短路保護(hù)

發(fā)生短路的原因不外乎是導(dǎo)線絕緣老化、受機(jī)械及生物(如老鼠)的損壞損傷、誤操作、維護(hù)不當(dāng)及導(dǎo)電物品不慎掉在裸導(dǎo)體或匯流排上所造成的。短路時(shí)產(chǎn)生的短路電流，對(duì)電力系統(tǒng)的設(shè)備和運(yùn)行又巨大的破壞作用，因此要求保護(hù)裝置要正確、可靠、快速而有選擇地?cái)嚅_故障點(diǎn)。

某船發(fā)電機(jī)的過(guò)載保護(hù)與短路保護(hù)都是根據(jù)對(duì)電流的檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。負(fù)載電流超過(guò)額定值不太大時(shí)成過(guò)載，負(fù)載電流電流超過(guò)額定值較多時(shí)稱短路。短路也可以看成一種嚴(yán)重過(guò)載。實(shí)際上，負(fù)載電流達(dá)到短路電流時(shí)，其可能是發(fā)電機(jī)外部短路引起的，也可能是負(fù)載過(guò)多或其它原因引起的。因此，需要從實(shí)際出發(fā)，分析、檢查故障的原因所在。

瞬時(shí)保護(hù)，當(dāng)電流達(dá)到10Ie時(shí)，由自動(dòng)空氣斷路器中的過(guò)流脫扣器瞬時(shí)來(lái)完成跳閘的。

4.發(fā)電機(jī)保護(hù)主開關(guān)跳閘的判別

4.1 發(fā)電機(jī)過(guò)載保護(hù)的判別

發(fā)電機(jī)過(guò)載主開關(guān)跳閘一般是發(fā)生在發(fā)電機(jī)運(yùn)行在較大負(fù)荷下，在不察看發(fā)電機(jī)實(shí)際功率時(shí)啟動(dòng)大負(fù)荷運(yùn)行，如消防總用泵、特艙冷水機(jī)組等導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過(guò)載而跳閘；也可能發(fā)生在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，其中一臺(tái)發(fā)電機(jī)因機(jī)電故障保護(hù)立即跳閘，而分級(jí)卸載裝置失靈或卸載后仍過(guò)載導(dǎo)致運(yùn)行機(jī)組出現(xiàn)過(guò)載而發(fā)生保護(hù)跳閘等場(chǎng)合。

4.2 發(fā)電機(jī)欠壓保護(hù)的判別

發(fā)電機(jī)欠壓保護(hù)跳閘主要發(fā)生在調(diào)速器及燃油系統(tǒng)或調(diào)壓器出現(xiàn)故障時(shí)的場(chǎng)合。調(diào)速器及燃油系統(tǒng)故障導(dǎo)致欠壓保護(hù)的判別依據(jù)是故障發(fā)生時(shí)先出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降(可以柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音聽到)后發(fā)生跳閘，此時(shí)柴油機(jī)停機(jī)；調(diào)壓器故障導(dǎo)致欠壓保護(hù)的判別依據(jù)是故障發(fā)生時(shí)先出現(xiàn)電壓下降(可以從照明的亮度變化看出)后發(fā)生跳閘，此時(shí)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

4.3 發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)的判別

發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)跳閘主要發(fā)生在并車操作合閘時(shí)刻掌握不當(dāng)導(dǎo)致待并機(jī)組合上后跳閘，或并聯(lián)運(yùn)行時(shí)負(fù)荷分配操作調(diào)節(jié)方向反了，或并聯(lián)運(yùn)行時(shí)其中一臺(tái)機(jī)組調(diào)速器損壞或燃油中斷等場(chǎng)合會(huì)發(fā)生逆功率保護(hù)跳閘。發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘后可從逆功率繼電器上顯示出來(lái)。

4.4 發(fā)電機(jī)外部短路故障判別

發(fā)電機(jī)電流大于2.5Ie，主開關(guān)跳閘這一故障的判別。

當(dāng)發(fā)生發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘，但這一跳閘不是發(fā)生在同時(shí)啟動(dòng)幾臺(tái)大負(fù)荷負(fù)載，不是出現(xiàn)在先出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降后發(fā)生主開關(guān)跳閘，也不是出現(xiàn)在先發(fā)生電壓下降后再跳閘(從照明亮度可以得到判別)，這時(shí)一般可斷定是發(fā)生了發(fā)電機(jī)外部短路故障，但也不排除有關(guān)人員的操作失誤，如并車操作不當(dāng)使發(fā)電機(jī)達(dá)到短路保護(hù)整定值(對(duì)運(yùn)行機(jī)組)，或也有可能由于主開關(guān)本身故障引起的跳閘。

5.幾點(diǎn)建議

(1)定期對(duì)某船主要設(shè)備開關(guān)請(qǐng)專業(yè)人員進(jìn)行檢測(cè)。如：某船1、2、5號(hào)發(fā)電機(jī)主開關(guān)均因短路模塊故障，造成半自動(dòng)并列機(jī)組失敗而使自動(dòng)空氣開關(guān)保護(hù)跳閘。

(2)定期對(duì)某船開關(guān)進(jìn)行功能檢查。用儀器模擬各種保護(hù)的動(dòng)作值，檢測(cè)各種保護(hù)能否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作，從而有效保護(hù)發(fā)電機(jī)不受損害。

(3)定期對(duì)主要開關(guān)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。一是對(duì)滅弧柵片的煙痕、金屬細(xì)末進(jìn)行清潔。二是檢查主觸點(diǎn)表面，用銼刀、細(xì)砂紙打平觸面，并需保持觸點(diǎn)原有形狀。如果觸點(diǎn)損傷超過(guò)1mm時(shí)，應(yīng)更換新觸點(diǎn)。三是檢查脫扣器的銜鐵和拉簧活動(dòng)是否正常，熱元件各部位有無(wú)損壞，間隙是否正常。四是檢查內(nèi)部接線有無(wú)松動(dòng)。

6.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)這些保護(hù)裝置中斷發(fā)電機(jī)的供電，以保護(hù)發(fā)電機(jī)不受損害，這樣也是為了有效保證航行的安全。

[1][J].船舶電工.

[2]某船電器說(shuō)明[S].