船舶同步发电机的保护.

课题6船舶同步发电机的继电保护船舶电力系统保护的任务船舶电力系统保护的作用船舶电力系统保护装置的基本要求第一节概述课题6船舶同步发电机的继电保护第一节概述船舶电力系统在运行中可能会出现各种不正常运行状态和故障，不正常运行状态主要有过载、欠压、过压、欠频、过频以及中性点绝缘系统发生的单相接地等。这些不正常状态发展到一定程度就演变成故障，最常见且最严重的故障就是各种形式的短路，有三相短路、两相短路、两相接地短路、三相四线制系统单相接地短路。另外，还可能发生电机或变压器绕组匝间短路和线路的断线等故障。课题6船舶同步发电机的继电保护第一节概述船舶电力系统的任何故障，均可能带来不良的后果，特别是短路故障造成的后果是严重的。三相短路时，发电机的短路电流可达额定电流的10倍以上，此电流产生的热量和机械力可以比正常值大100倍以上，对发电机产生巨大的破坏作用。若不及时切除，将有可能导致并联运行的发电机解列，使整个电力系统失电，甚至会发生火灾，危及船舶和人命安全。因此在船舶电力系统的设计和运行中，都要采取切实有效的措施，尽量避免不正常运行状态和短路故障的发生。最有效的办法之一，就是在船舶电力系统中装设继电保护装置，以自动迅速地切除故障。课题6船舶同步发电机的继电保护第一节概述一、船舶电力系统保护的任务和作用1.船舶电力系统供电的基本要求是：第一、要保证安全可靠地供电；安全可靠性第二、要保证电能质量；优质第三、要考虑经济运行。经济性2.船舶电力系统保护的作用和任务船舶电力系统保护的任务可归纳如下：预防事故发生，增加船舶电力系统的安全性、可靠性、经济性⑴当船舶电力系统发生故障或有必将导致故障趋势时，保护装置准确、自动检测故障并迅速及时地将故障电路从系统中切除。⑵当船舶电力系统出现不正常运行状态、且短时还不足以造成破坏时，保护装置应自动发出报警信号。⑶配合自动控制装置，自动消除或减少事故的发生船舶电力系统继电保护的作用就是监视电力系统运行状态，提高电力系统运行的安全可靠性。同时它还是船舶电力系统自动化的重要组成部分。二、船舶电力系统保护内容主要包括：船舶发电机的保护；船舶变压器的保护；船舶电力网的保护船舶用电设备（电动机）的保护其他二、船舶电力系统保护内容8三、船舶电力系统保护装置的基本构成1、电路参数的监测部分2、逻辑判断部分3、不正常状态的预警和报警部分4、故障保护动作部分1、电路参数的监测部分测量电路实时地测量被保护设备的工作状态，反映被保护系统运行参数的变化（如电流、电压等），并与预先给定保护的整定值进行比较。鉴别被保护设备有无故障或不正常工作情况，并输出相应的参量。如果运行参数达到整定值，则测量电路就起动，向逻辑电路送去信号。2、逻辑判断部分逻辑电路：接受测量电路送来的信号，根据测量单元输出的参量及保护的要求，进行综合判断，决定装置是否该动作于跳闸或动作于信号、是否需要带延时跳闸或延时给出信号，向输出部分送去相应的参量信号。3、不正常状态的预警和报警部分输出电路（执行单元）：根据逻辑单元输出的参量，送出跳闸信息或报警信息至断路器的控制回路或报警信号回路。4、故障保护动作部分四、对保护装置的基本要求根据船舶电力系统继电保护装置所承担的基本任务和作用，要求保护元件具有可靠性、选择性、快速性和灵敏性。1）具有选择性继电保护的选择性是指当电力系统发生故障时，继电保护装置应仅把故障元件切除，使停电范围尽量缩小，从而保证电力系统中其它非故障部分仍然能够继续安全地运行。电力系统中从发电机到负载，应分级设置保护装置，使保护具有选择性，在系统发生故障时使离故障电路最近的保护装置动作；短路保护动作整定电流逐级减少、动作整定延时逐级减少四、对保护装置的基本要求1）具有选择性实现保护的选择性的原则A）时间原则：是指以保护装置动作时限的不同，来保证选择性。由负载至电源端，逐级加大整定各级保护的延时。注意：相邻两级延时差不能太小（0.15----0.25S），否则不易分辨（保护装置灵敏度不够）级数不能太多（3~5级），否则不利于快速性。A）时间原则设ACB1、MCB3和MCB5的过电流保护的动作时限分别为t1、t3和t5。t1＞t3＞t5t3=t5+Δtt1=t3+Δt=t5+2Δt一般继电保护装置取Δt=（0.1～0.4）秒。B）电流原则电流原则：通常依次整定各级继电保护装置的始动值来保证选择性。（船电系统线路不长，短路电流大，不易分辨；保护电器的性能也很难保证）从负载至电源端，逐级加大各级保护的动作电流整定值。从原理上讲按时间原则或电流原则都能实现保护的选择性，但由于船舶输电线路较短，线路阻抗较小，电网各段短路电流都很大，因此按电流原则实现选择性保护往往是有困难的，而按时间原则实现选择性保护，则整定比较容易，而且比较可靠。但是，完全按时间原则实现选择性往往又带来影响保护快速性要求和使保护装置复杂化等弊病，甚至是不可能的。所以，在一个系统中，常常采用时间和电流原则混合的方法，来满足保护选择性和快速性的要求。C)时间和电流原则结合用四、对保护装置的基本要求2）具有速动性继电保护的速动性就是保护装置的动作时限应力求短。对于故障保护电器要求动作快速，迅速切除故障，可减轻被保护设备的损坏程度；防止故障蔓延，以免事故扩大，缩小破坏范围。并减少对非故障电路的影响要求快速切除短路故障的理由主要有以下两方面。(1)热效应方面：通过电气元件的短路电流产生的热量Q与短路电流Ik的平方和时间t成正比，由此可见，短路切除得越快，产生的热量越小，设备越不易烧坏。2KQKIt四、对保护装置的基本要求2）具有速动性(2)对负荷的影响方面短路对异步电动机的影响最明显，因异步机的转矩是和电压的平方成正比的，即若电压U下降较大，转矩M下降更大，会使电动机停止运转。若短路故障很快切除，非故障部分的电压可迅速恢复。2MKU四、对保护装置的基本要求3）具有灵敏性继电保护装置的灵敏性是指对于其保护范围内故障和非正常状态的反应能力。对属于自己保护之内的故障，都应反应灵敏，达到整定值时即动作。灵敏性愈高，故障发觉和切除得就愈早，对系统的影响和设备的破坏就愈小。保护装置的灵敏性，可用灵敏系数来表示。四、对保护装置的基本要求4）具有可靠性继电保护装置的可靠性是指保护装置本身必须工作可靠，对它保护范围之内的故障，不应拒绝动作；在正常运行或不属于它保护的范围故障时，不应误动作。继电保护装置的可靠性主要取决于：保护方式的选择，装置本身的质量，整定计算和调试，安装、维护和检修质量等。总结：从对保护装置的上述基本要求中可以看出，这四个方面是互相联系、互相制约的。例如：若速动性很高，则选择性就要差些，反之亦是。若可靠性很高，则灵敏性就要差些，反之亦是，对于具体问题需结合实际，具体分析和解决，例如，对于过载保护，主要要考虑它的可靠性，并不要求它的速动性；而对于短路保护，则要尽量考虑它的速动性。第二节船舶同步发电机的保护内容一、外部短路保护1．外部短路定义：发电机不同相线之间或者相线和零线之间相碰输出电流大大超过额定电流；2．原因:主要是维护不周、检修不良；绝缘老化或受机械损伤；误操作；停电检修时，导电物品遗放在裸体导体上以及动物触电等。3.外部短路保护一般应设有短路短延时和短路瞬时动作保护要求Id=2（或3）～5Ie、延时0.2（或0.3）～0.6s动作（短路短延时）；Id=5～10Ie、瞬时动作（短路瞬时动作）。4.船舶发电机的外部短路保护是由万能式自动空气断路器中的过电流脱扣器来承担的。23一、船舶同步发电机外部短路保护（补充培训教材）1.短路故障的危害：发生短路时，由于外部电路负载被短接，发电机定子绕组中将产生极大的短路电流，电网电压也急剧下降。例如：当发电机端部发生三相短路时，短路电流可达额定电流的10倍以上，此电流产生的热量和机械力可比正常值大一百倍以上，对发电机有巨大的破坏作用。电压的下降，会使电动机停转，甚至发电机主开关全部断开，导致全船停电。2.判断检测方法：由于发电机外部短路时，从发电机到短路点，必将出现很大的过电流，所以可利用这一特点，来检测发电机之外部短路。3.处理发电机外部短路的措施：原则是既要保护发电机，又要保证不中断供电。因此，要着重兼顾到保护的选择性和快速性问题，视短路点的远近而分别处理。一、船舶同步发电机外部短路保护（补充培训教材）见图，当D2点发生短路时，应仅使DZ开关中的保护装置动作，把DZ开关断开，切除故障点，当D1点发生短路时，只好尽快使DW开关中的保护装置动作，使发电机跳闸。实现保护选择性有两个基本原则：时间原则和电流原则。时间原则是指以保护装置动作时限的不同，来保证选择性。如图b)所示，过电流保护装置GL1和GL2的动作时限分别为t1和t2，使t1t2。电流原则是指以保护装置动作的电流值的不同，来保证选择性。如图c)所示，过电流保护装置GL1的起动电流为Iqd1，过电流保护装置GL2的起动电流为Iqd2，使Iqd1Iqd2。从原理上讲按时间原则或电流原则都能实现保护的选择性，但由于船舶输电线路较短，线路阻抗较小，电网各段短路电流都很大，因此按电流原则实现选择性保护往往是有困难的，而按时间原则实现选择性保护，则整定比较容易，而且比较可靠。但是，完全按时间原则实现选择性往往又带来影响保护快速性要求和使保护装置复杂化等弊病，甚至是不可能的。所以，在一个系统中，常常采用时间和电流原则混合的方法，来满足保护选择性和快速性的要求。4.发电机外部短路保护装置一般在船舶发电机的短路保护装置中，都设有两套过电流保护装置。（1）第一套为带时限的外部过电流保护装置，又叫短路短延时保护装置，如图5－20a)中的GL1。它与GL2是以时间原则来实现选择性的。（2）第二套为不带时限的电流速断保护装置，又叫短路瞬时动作保护装置，如图5－20a)中的速断SD1。它与GL2是以电流原则来实现选择性的。并保证了在靠近发电机端短路时，保护动作的快速性。（3）过电流保护装置GL1是一种后备保护装置，当D2点短路而其过电流保护装置GL2拒绝动作时或当发电机内部短路而其电流速断保护装置SD1拒绝动作时，则GL1动怍，这种后备保护是完全必要的。1）发电机外部短路过电流保护整定发电机外部短路过电流保护装置GL1起动值的整定，考虑对可靠性的要求，应把短路保护、过载保护和电动机自起动区分开来。当过电流保护的起动电流按照大于发电机的额定电流来整定，并使保护装置的返回电流大于在电动机自起动情况下的最大电流时，引入可靠系数Kk和自起动系数Kzq后，返回电流Ifh可表示为feZqkfhIKKI5.发电机外部短路保护装置起动值的整定对发电机外部短路保护装置起动值的整定，要考虑到保护的选择性，快速性和可靠性的要求。GL1动作时限t1的整定：考虑对选择性的要求，必须使GL1的动作时限t1与GL2的动作时限t2相配合，按阶梯形时限特性整定，使t1比t2大一个△t时间。t1=t2+△t关键是如何确定△t。△t大了动作慢，所以应使△t尽量小，但△t也不能太小，△t太小了，易产生误动作。决定△t的因素主要有：断路器的跳闸动作时间；时间继电器的误差以及要有一定的裕度等。所以，一般t1整定为t1=(0.2～0.6)s。一般取△t=(0.1～0.4)s。5.发电机外部短路保护装置起动值的整定采用过电流保护，按时间原则保证选择性时，越靠近电源处，动作时限越大，而越靠近电源，短路电流越大，则要求保护动作越快，这是一个矛盾。为此，要用电流速断保护来加以补充。并联运行的发电机，在发电机侧短路时，短路电流可能很大，为保证选择性，可采用电流速断保护。电流速断是电流保护的一种，但它和过电流保护不同，过电流保护的起动电流的整定值是以躲开最大允许工作电流来整定的，而电流速断的起动电流的整定值，则是按躲开其外部短路电流来整定的。2）发电机外部短路速断保护的整定5.发电机外部短路保护装置起动值的整定对于船舶发电机外部短路保护，我国《钢质海船入级规范》作了规定：对于船舶发电机外部短路保护一般应设有短路短延时和短路瞬对动作保