摘要：高壓柴發與低電壓發電機組在保護裝置上具體差異是高壓機組通常把差動保護和接地保護作為必須的保護系統。因為高壓柴油發電機組的電壓高，對繞組的絕緣要求更高，當定子繞組出現三相或兩相短路時，將導致很大的短路電流，造成繞組過熱，故障點發生的電弧使繞組絕緣損壞，甚至會引起發電機起火，這是發電機內部較嚴重的故障。因此，對高壓發電機繞組相間短路進行保護是十分必要的。此外，發電機絕緣保護和逆功率保護裝置也是高壓發電機組常配置的功用，了解這些保護功能的內容有助于日后裝置的操作和維護。

      發電機絕緣電阻是指在一定的溫度和濕度要素下，發電機繞組與繞組、繞組與地之間的電阻值。絕緣電阻是發電機正常運轉的基礎**，可以預防發電機內部短路、漏電等損壞。我國對于高壓發電機絕緣電阻有明確的標準，主要包括熱態絕緣電阻和冷態絕緣電阻。

      柴油發電機的發電電樞一般由導電銅線，導磁的硅鋼鐵芯以及絕緣系統結構，其中發電機定子絕緣系統為例，所處位置如圖1所示。絕緣裝置作為柴油發電機中較脆弱的部分，其運行可靠性決定了柴油發電機運行的安全性與穩定性。而對于停運后或是不經常運轉的柴油發電機，按相關規程規定，在柴油發電機運行前，要確保柴油發電機的絕緣良好，所以傳統的人工手動搖絕緣變得不可或缺。為保證柴油發電機起動前的絕緣電阻不低于相關標（1MΩ/KV），而備載柴油發電機詳細絕緣性能下降是由受潮而引發，因此后備柴油發電機會不間斷連續加熱保證柴油發電機不由于受潮而絕緣性能下降，有的工況要求在發電機啟機前解體動力電纜，并用搖表對柴油發電機進行手搖絕緣預判發電機對地電阻是否合格，如絕緣電阻低則再起動加熱器等步驟排除，耗費大量人力，時間及資源且存在安全隱患。

      為改善上述問題，可對高壓柴油發電機加裝絕緣監測裝置，該系統應能在柴油發電機停運狀態下自動檢查其繞組整體絕緣水平，并在絕緣不良時觸發閉鎖或遠程報警信號，控制加熱器加熱而無需加熱器連續不斷對柴油發電機加熱，節省了電能，也防止運行人員將存在絕緣缺陷的發電機投入運行；并且集成接入現有在運監控系統，以實現就地、遠程自動監測柴油發電機的絕緣情形。

      發電機絕緣監測儀裝置接線，其作業機理是當發電機備用時，斷路器輔助觸頭信號（或其他開關信號）反饋給PLC，PLC控制發電機中性點接地電阻回路斷路器斷開，同時絕緣監測儀主機自動在發電機繞組和地之間施加電流限定、電壓恒定的直流測試電壓（2500Vdc）測試發電機絕緣狀態，PLC同時控制高壓轉換模塊切換被測發電機，當絕緣監測儀監測到電機繞組對地絕緣電阻低于設定值后輸出干節點報警信號。當后備發電機起動時，YNY-10H絕緣監測儀退出絕緣監測模式同時接地電阻投入線路。

      發電機組差動保護的組成原理是根據比較被保護發電機定子繞組兩端電流的相位和大小的原理而組成的，如圖3所示。為此，在發電機中性點側與靠近發電機出口斷路器各處裝配一組型號、變比相同的電流互感器，其二次側按環流法連接如圖2所示。如同線路的差動保護一樣，在正常運轉及外部故障時，流入繼電器的電流IK＝Iunb，若繼電器的動作電流Iact.k＞Iunb.max，則保護不動作；而在內部（兩側電流互感器之間的定子繞組及其引出線）故障時，IK＝Isc/Ki；，若IK＞Iact.k，則保護動作。可見，差動保護并不反應外部故障，不需要與相鄰元件保護進行時限配合，可以瞬時跳閘。

      為了使發電機組差動保護在外部故障時不動作，其動作電流應大于發電機外部損壞時的較大不平衡電流，這勢必降低保護在內部故障時的靈敏性。因此，必須采取舉措解決或減輕不平衡電流的影響。目前，除采用D級鐵心（差動保護專用）電流互感器組成縱差動保護外，對于容量不大的發電機，通常是采用具有中間速飽和變流器的BCH（DCD）型差動繼電器。

      帶斷線監視的發電機組差動保護采用三相式接線型差動繼電器。

      在正常情形下，電流互感器二次回路斷線時保護不應誤動作。為此，保護的動作電流應大于發電機的額定電流，即

      式中，Krel ——可靠系數，取1.3；Irat.g  ——發電機的額定電流。

      對于采用BCH-2型差動繼電器結構的發電機組差動保護，只要在接線上做一些改進，就可以既減少發電機縱差動保護的動作電流，使其小于發電機的額定電流，又保證二次回路斷線時保護不致誤動作。其保護的動作電流：

      式中，Irat.g.2——發電機額定負載下電流互感器的二次電流。

      高靈敏性差動保護的動作電流小于發電機額定電流，但在電流互感器二次回路斷線時，保護又不會誤動作。對照以上兩式可知，動作電流大約減小了一半，故內部故障時保護的靈敏性大大提升，死區也減少了。

      目前，普遍采用性能更好的比率制動式差動保護，其保護范圍如圖4所示。該保護的動作電流只需躲過發電機較大負載狀況下的不平衡電流，可減輕為0.2Iatg2，而在外部故障時利用穿越性短路電流進行制動，能夠可靠地躲過外部故障時的不平衡電流的危害。

      在發電機組裝置發生接地故障時，因為電容電流超前電壓90°，當損壞點的電容電流在第一個半波過零熄弧時，加在損壞點上的電壓正好為峰值，若電容電流過大，空氣游離嚴重，極易把損壞點重新擊穿。這種重燃有時不可防止。但多次重燃將會致使市電電壓振蕩，產生間歇性弧光過電壓。這種過電壓時間長、幅值高康明斯發電機組廠家、能量大、缺乏高效辦法加以防護。避雷器在這種過電壓的長時間用途下，會加載老化，甚至損壞。因此，首先應采取措施防止這種過電壓的出現。

（1）發電機中性點采用消弧線圈接地方法的目的，是給故障點注入感性電流，抵消部分電容電流（欠補償）或大于電容電流（過補償），把接地損壞電流降低到危險數值以下，維持運轉2h。發電機經消弧線圈接地方式包括可調電感接地、固定電感接地兩種措施。

（2）發電機中性點采用電阻接地步驟的目的是給故障點注入阻性電流，使接地損壞電流呈阻容性質，降低與電壓的相位差角，降低故障點電流過零熄弧后的重燃率。當阻性電流足夠大時，重燃不再發生。并且，阻性電流大于容性電流尚可提升零序保護靈敏度，功用于跳閘。電阻接地程序包括直接經電阻接地、經單相或三相配電變壓器（其低壓側接電阻）接地。其中，柴發機組接地所在位置如圖5所示，單相定子經變壓器接地方法如圖6所示。

     發電機不同接地步驟下出現單相間歇性電弧接地故障時，較大過電壓一般不超過下列數值：

      由于出現單相間歇性電弧接地損壞時，電阻接地的較大過電壓較小，于是，在電氣裝備的絕緣水平偏低或較弱的場合，如發電機等旋轉電機，其耐壓水平較弱，保護內過電壓，避雷器不能可靠保護，宜采用單相接地故障瞬時跳閘的電阻接地程序。但對于單相接地損壞點的電容電流不超過10A的架空和電纜網絡采用不接地方法。

      高電阻接地通常用于單相接地故障要求瞬時停機為125KW及以上的發電機回路

      中電阻接地主要用于以電纜為主構成的市電。電纜外絕緣為固體，線芯部與大氣直接接觸，發生單相接地損壞的幾率大大減輕，而且一旦損壞，絕緣性能又不能自行恢復，應當快速切除損壞。故障切除之前，要求不能出現間歇性弧光過電壓。其條件是故障點的阻性電流不得小于市電容性電流，這一技術因素便是選定電阻阻值的主要根據。在此前提下，希望阻值不要太大，以保證繼電保護的靈敏度；又希望阻值不要太小，預防接地損壞電流過度，產生一些低值接地步驟存在的問題。

      低阻接地僅用于接有大量高壓發電機的大電，因為單相接地電流太大，會帶來

危及人身和裝備安全、導致發電機組差動保護的誤動作等不良危害。因此，低阻接地方法應限制使用。5、接地電阻的選購策略

      接地電阻器的選取應根據市電的電容電流來考慮，應包括有電氣連接的所有架空線路、電纜線路柴油發電機保養標準、發電機、變壓器以及母線和電器的電容電流，并考慮市電5～10年的發展。

c——架空線——系數，適合于無架空地線——系數，實用于有架空地線的線路；

      同桿雙回線路的電容電流為單回路的1.3～1.6倍。

eL      架空線和電纜線路的電容電流也可通過直接查表獲得。并可通過乘以1.25即可為全系統的近似值，或通過各部分分別進行計算累加。      綜上所述，各柴油發電機公司對中壓柴油發電機中性點接地電阻選擇不一樣，控制步驟也不一樣，國家對此也沒有統一規定，國內基本都是采用中阻接地。多臺柴發機組并車＋多臺接觸器＋合用1個電阻接地方案，也有多臺柴油發電機組并機＋多臺接觸器＋多個電阻接地措施，前者造價低、占地小，但控制邏輯復雜，后者反之。在選取時詳細關于項目進行購買。

      高壓柴油發電機組功率范圍通常為1600～2200kW已廣泛運用于數據中心和半導體OEM主機廠中，且大多數都多機或并網運轉。當柴油發電機一發電機組與電力裝置連接時，如果某一臺柴油發電機出力突然下降，可使機組由發電機運轉狀態轉入發電機運行狀態。為了避免發電機組連接軸等部件的故障及柴油發電機中未燃盡的燃油爆炸和著火，通常在柴油發電機組上操作逆容量繼電器組成的逆功率保護，該當注意的是僅在柴油發電機多臺并車運行時逆功率才會產生。

保護機理      逆功率保護根據所要求的靈敏度采用不一樣類別的繼電器。對于柴油發電機來說，當柴油發電機沒有功率輸入而以同步速度旋轉時，使發電機作發電機運轉所需要逆功率數值，在沒有氣缸著火，約需額定容量的25%。如果一個或幾個氣缸很難著火，空載時逆容量將有少許增量，其值取決于調速板的用途和對裝置頻率的影啊。對汽輪機約需額定功率的3%左右.這樣，汽輪機的逆功率保護裝置靈敏度就要比柴油發電機的高。2

      逆容量繼電器是利用感應原理而工作的。動作電流倍數與動作時限呈反時限特點。改變容量整定值是通過改變電流線圈匝數來達到的。由于電流線圈接至電流互感器，為了防范電流互感器次級繞組開路，在轉換負荷時必須首先根據所要求的動作功率把后備插銷旋入插孔，然后旋出原插銷。繼電器的延時整定值是通過改變繼電器動觸頭止擋塊來實現的。

（2）動作功率檢測：接通電源，調節移相器及調壓器，使繼電器接入額定電壓及電流超前電壓相角30*，改變接至電流線圈匝數使動作容量符合規定。

（3）延時時間檢驗，調節調壓器及移相器使繼電器接入額定電壓，在1.2倍動作電流及電流超前于電壓30·相角使動作時間符合規定值。

（4）返回系數：動作時間整定在2～5秒時，要求返回到初始位置的轉動系統返回容量與動作功率之比不小于0.6。

      高壓發電機組保護裝置的機理是基于測量電氣參數的變化情形，與預設的設定值進行比較，判斷發電機的作業狀態是否正常，以便選型準確的動作步驟進行保護。-它能夠監測發電機的電流發電機組廠家、電壓、頻率、相序等參數，一旦發現異常情況或損壞，就會及時切斷發電機的電力輸出或進行報警，以防范進一步的風險和損失。