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船用发电机

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简介  

       船用发电机组一般包括常用船用柴油发电机组、应急船用柴油发电机。

       按功能分为普通型发电机组、自动化型发电机组、监控型发电机组、自动切换型发电机组、自动并车型发电机组。

       船用发电机组广泛应用于船舶以及类似环境的场所,可以作为主用电源,亦可作为备用电源。

       船用50Hz 或60Hz 交流发电机多为三相同步发电机。按拖动发电机的原动机可分为汽轮发电机和柴油发电机两种。在一些大型船舶及某些舰艇上,采用汽轮发电机或燃气轮发电机。一般船舶都用中速柴油发电机。还有的船舶则采用低速轴发电机,大多为中型容量。

船舶发电机运行中的监视

       运行中的发电机,应根据配电板上仪表指示情况,对发电机不断进行监视,以便及时发现不正常现象,消除隐患,保证船舶正常供电。

       1、发电机温升的监视

       发电机运行时,由于铜耗、铁耗及机械损耗等原因会使其温度升高。发电机各部分实际温度等于冷却介质的温度与其对冷却介质的温升之和。发电机各部分温度过高,会加速绝缘老化,缩短发电机使用寿命,甚至会引起发电机事故。所以,对运行中的发电机必须严格监视各部分温度,使其不超过最高允许温度。

       对无限航区的船用发电机,环境温度规定为50摄氏底,但实际上由于季节变化,船舶航行海域和气候条件的不同,使环境温度有所变化。当机舱温度升高时,发电机的温升就应相应降低。温升的测量,可以用埋置在发电机定子槽内或定子绕组端部的测量元件来测取,也可以通过测量绕组的电阻值来求取绕组平均温升。日常检查时,可用手摸粗略估计发电机温升是否正常。

       2、发电机电压的监视

       运行中的发电机电压应达到额定值。其允许变化范围不应超过±5%Ue。 若端电压过低,则影响船上电机,电器舶正常工作;若端电压过高,除影响电机正常工作外,尚由于激磁电流的增大而导致发电机温度增高。

       船舶交流发电机的调压多采用自激恒压系统,但是当多台电动机同时启动时,也会引起电网电压波动,同时使发电机电流增大,因此,应当注意电压回复情况。

       3、发电机功率因数与频率的监视

       船用交流同步发电机的额定功率因数大多数定为0.8,但实际工作时,负载的功率因数是变化的。对于并联运行的多台发电机,希望它们的功率因数基本上一致,避免某台发电机功率因数太高,而另一台发电机功率因数太低,以提高电网系统的稳定性。交流发电机正常运行时,电网频率的波动范围应保证在额定频率的±5%以内,以免影响电动机,电器的正常运行。

       4、 绝缘电阻的监视

       发电机在投入运行前必须测量定、转子绕组的绝缘电阻。可用摇表测量,也可以通过配电盘上的兆欧表测量,每月至少一次。定,转子绕组的热态绝缘电阻值不应低于0.5M欧,若低于此值,应当查明原因采取措施,使绝缘电阻提高。

       5、其它部分的监视与检查

       对运行中的发电机还必须监视、检查机组转动情况,滑环与电刷工作情况,滑环表面是否有电刷粉末和污垢聚集,刷架及刷握上是否有积灰。应经常吹拂、清洁电刷、刷握,刷架及滑环等。

发电机的日常维护与保养

       1.一般维护

       为保证发电机正常工作,在它附近不应有水,油及污物堆积,不能有腐蚀性气体,以免损伤发电机绕组绝缘。在防潮防尘的同时,要注意不能影响发电机的正常通风冷却。要经常清洁通风孔道内的灰尘污物,保持畅通无阻。冷却空气的温度不得过低,以免绕组及其它导电器件上凝结水珠。对因故短期停止运行的发电机,集电环可不必包扎保护,但要在电刷与集电环之间垫以绝缘纸板、石腊纸或沥青纸,以免电刷在集电环表面—上形成斑点。发电机的加工面,如果由于油,漆脱落而锈蚀时,应及时除锈,并涂以防锈漆。

       2.拆装注意事项

       发电机拆装方法与异步电动机大致相同,但由于发电机重量大,拆装时应注意不要碰伤。拆卸端盖时,注意不要碰伤凸出在机座处面的定子线圈;取出转子时,要在电机定、转子间垫以纸板,以防损伤铁芯和绕组,在用钢索绑扎转字时,钢索不得碰到转子轴颈、凤扇、集电滑及转手引线。绑钢索处必须垫以木板或橡皮;转子放置时,应放在硬木衬垫上,衬垫放在轴颈或转子的铁芯下面,不得垫在集电环下面,以防集电环被压变形;转子取出后,集电环要用绝缘厚纸包扎起来,以免碰坏。

       3.发电机的烘干

       新安装好的同步发电机,在运行前,一般都应进行烘干。如果绝缘电阻满足要求,可以不进行烘干,但运行开始的24h内负荷最好不超过额定容量的50%。凡是运行中的发电机停车检修或停用时间超过规定的限度,绝缘电阻低于规定值时,必须进行烘干。如确定是表面受潮时,可以用带负荷干燥法进行烘干。凡是因水浸或蒸汽管道漏气而浸湿的发电机必须进行烘干。

       烘干的方法很多,在船舶上可用下列方法:

       (1)热风法:把主机产生的干燥清洁的废热风吹入发电机中,对定、转子绕组进行烘干。为防止转轴变形,应周期地把转子转过180度。干燥时,应控制绕组表面温度。用温度计测量,绕组表面不得超过85℃,进风口的风温不得超过90度。

       (2)短路电流干燥法:把发电机输出端经电流表短接,调节转子励磁电流,使定子每相电流为额定电流的50-70%。发电机可以不在额定转速下运行,但转速应保持恒定,以免温度不稳定。

       短接点最好选在定子引出线端,也可以经变压器短接,与变压器一起干燥。

       干燥开始时,先保持定子电流在额定电流的50一70%,运转4-5h,然后逐渐提高电流值,使绕组温度达到75—80℃。并在整个烘干时间内保持此值。温度的调节可以通过改变定子电流的大小来实现。此方法可以同时干燥定子和转手绕组。

       (3)带负荷干燥法:船用发电机如果仅为表面受潮时,可用带负荷干燥法烘干。干燥时,发电机可先带50%额定电流负载运行。然后按65%,,85%,100%数值增加到额定电流。每一级负荷运行24h。在干燥的过程中应定时地测量各绕组的绝缘电阻。

       干燥时的注意事项:

       加热干燥应在清洁的空气中进行,干燥前用压缩空气将发电机吹拂干净。若绕组潮湿严重,则需先用热风法进行干燥,经一定时间干燥后,再带负荷干燥,以免绝缘被击穿。干燥时,应多放些温度计,分布在发电机的各部分,以便掌握各部分的温度,防止局部过热。加热应缓慢进行,以免线圈内部的潮气骤然蒸发而发生绝缘损伤。若干燥温度达不到要求的温度时,可在略低的温度下进行干燥,只是时间应适当加长。干燥开始后每隔30min测量一次温度和绝缘电阻。当温度稳定后,每隔1—2h测量一次,并作好记录。发电机干燥初期,由于绕组发热,水分蒸发出采,使绝缘电阻下降,然后又逐渐上升,上升的速度愈来愈慢,最后稳定在一定的数值上。在恒定温度下,绝缘电阻保持3h以上不变时,干燥工作即可结束。不论何种方法,在干燥后,当线圈冷却到60℃时,定子绕组和转手绕组的绝电阻以 500V兆欧表测量,应不低于0.5M欧。

       4.发电机轴承的维护与保养

       在油环润滑的滑动轴承中,轴承的油量应一定,一般不在运行时注油。油量在规定液面下,轴承不应甩油,以免溅到绕组上。润滑油需定期取出样品检查。若油色变暗,混浊,有水或污物时,应予更换。轴承发热时,均应更换新油。一般每隔250-400工作小时,应换油一次,但至少每半年更换一次。换油时,应先用煤油洗净轴承,再用汽油神刷干净后,才可注入新润滑油。采用滚珠或滚柱轴承的电机,当运行约2000h时,即需更换润滑脂一次。轴承用于灰尘多而又潮湿环境中时,应根据情况经常更换润滑油。在启动长期停用的发电机前:如装有滚动轴承时,必须先检查其润滑状态,若原有润滑脂已脏或已经硬化变质,必须先将轴承冲洗干净,再用汽油清洗。最后填人清洁的润滑脂。 填入量为轴承室空间的2/3,不可填入过多。

       5.集电环与电刷的维护

       集电环的表面应保持光滑,并呈圆柱形。如果表面有铜绿及灼痕时,应用00号细砂布研磨。研磨时,应把砂布装在直径与滑环相适应的弧形木瓦上进行。也可在运行中研磨。如果表面严重灼伤或集电环变形,应进行光车,光车可在船舶进厂检修时进行。为了使集电环磨损均匀,一年内必须更换其极性一次到两次。电刷为易于损坏的部件,应经常检查。若电刷磨损过多,应更换新电刷,新电刷牌号必须与原来的电刷相同。.在同一极性刷杆上的电刷应一起更换。新电刷应进行研磨,使其与集电环表面接触良好,再在轻负载下(额定负载的1/3—1/4),运转到其接触面光滑为止。

发电机投入运行前的检查

       对于新安装的发电机或经检修及长期停用的发电机投入运行前应进行检查,以保证发电机安全运行。

       1.仔细查看发电机内部,不得有杂物存在,防止落入螺钉,工具、抹布等异物。

       2.用大约两个大气压的干燥压缩空气或皮老虎清除发电机各部分的灰尘。为避免损坏线圈,不得使用金属吹管。

       3.检查发电机轴承的润滑情况。润滑油和润滑脂的质量与数量必须符合维护要求的规定。

       4.检查发电机与其原动机的连接情况是否良好。同时检查两机的轴线是否在同一直线上。

       5.检查转子是否灵活,同时检查轴承质量。

       6.清洁集电环。

       7.检查电刷装置;电刷压力为14.7一19.6kPa。

       8.测量绝缘电阻,用500V兆欧表测量不得小于0.5M欧。

       9.如果发电机结构允许,可用塞尺测量气隙,其最大最小气隙之差与平均气隙之比一般不超过±5%,低速发电机不应超过±10%。

       10.检查励磁接线是否正确,引线是否良好。

       11.检查各紧固件,有松动者应上紧。

       12. 正式运转前应进行试车,使发电机空转,达到额定转速后再停机检查转向、振动情况、轴承温度等是否符合要求。

船用发电机的保护

      船舶电站是现代船舶的心脏,发电机是船舶电站中最重要的设备,保护发电机不损坏是船舶安全航行的重要保证。针对船舶发电机各种不正常运行和故障,必须装设相应的继电保护装置。

       船舶同步发电机的不正常运行情况主要有过载、外部短路、欠压、频率不正常和逆功率等状态。

       船舶同步发电机内部也有可能产生故障,例如,定子绕组的相间短路、单相绕组层间短路、单相绕组接地;发电机转子绕组的匝间短路、转子绕组接地等。但由于船舶发电机属于低压系统,即电压不高,而且又进行定期检查,因此船舶发电机内部故障出现的机会极少。另外,发电机到主配电板之间的电缆也比较短,故均不专设保护装置。

       关于运行发电机出现过电压的情况。对于不可控自励发电机,从调压器工作原理中可看出几乎不可能产生;对于带电压校正器的发电机,在可控硅失控等情况下是完全可能产生的。在这种情况,可考虑在电压超过15%~20%时延时2~3s断开主开关。因过电压故障情况较少,所以目前船舶上几乎都不使用过电压保护。

       对频率不正常运行保护是没有必要的。因为频率下降显然影响系统中机械的正常运行,但这些将转为引起主机油压降低、循环水压力降低等故障,从而会很快报警,通知值班人员采取措施。频率下降,对机械和电动机(拖动位能性负载除外)本身也无过热等不良影响;频率升高的可能性不大,且原动机本身已具有飞车保护,故亦可不予考虑保护。

       各国船级社对船舶发电机的保护均只设有过载保护、外部短路保护、欠压保护和逆功率保护。

       通常这些保护装置都是以中断供电来实现保护的。但如保护特性选择不合理,往往会造成不必要的电源中断,这就与我们所要求的系统能连续供电有矛盾,中断供电显然对电气设备起到了保护作用,但在发生不至于引起发电机等电气设备损坏或不至于引起事故时,保证连续供电是矛盾的主要方面,这时就不应偏重于保护设备,而使系统产生不必要的或不允许的供电中断,影响航行安全。当事故可能引起发电机等主要电气设备严重损坏时,这时保护这些设备就转化为矛盾的主要方面,保护装置就应该动作,从长远观点看,这样也是为了更有效地保证航行的安全。

       在大多数情况下,故障或不正常运行都是暂时性的。当不正常运行在一定数量之内和在一定时间之内可以认为是允许的,因为设备允许有一定的过载能力,而且不正常运行也不会立刻引起破坏性事故,因此在一般情况下,保护装置首先应能避开暂时性的故障和非正常的运行状态,以保证连续供电。在这里,“数量”和“时间”这两个概念对发电机的保护是十分重要的。

       对于具有自动电力管理系统的电站,除船级社规定的各项保护功能外一般大多还具有欠频保护处理及电压不正常报警等功能。 

       1 发电机的过载保护

       在电站运行中,如果出现发电机容量不能满足负载的要求或并联运行的机组负载分配不均匀等情况,都可能造成发电机过载。过载呈现形式,不是电流过载就是功率过载。对发电机而言为电流过载,功率过载是对原动机而言的。长期的电流过载会使发电机过热引起绝缘老化和损坏;长期的功率过载会导致原动机的寿命缩短和部件损坏。

       对于交流同步发电机,承受电流过载的能力,各国船级社大多都规定应能在功率因数滞后0.5下承载150%额定电流2min,且能近似地输出额定电压。所以对船用发电机而言完全允许-定时限的过载而不要求立即跳闸。

       从外部系统的要求方面来看,也要求发电机过载保护是带时限的。例如当大电机起动或多台电动机同时起动时,起动电流可能会超过发电机电流额定值,但此时发电机的过载保护装置不应动作,而应该从时间上避开这种暂时的过载现象。起动过程一般不超过10s。若在远离发电机处发生短路时,短路电流也可能超过发电机过载电流的整定值,但为了保证保护装置动作的选择性,也应该从时间上避开这种情况,先让下一级的分路开关动作,这段时间一般仅为几十到百余毫秒。因此对发电机的过载保护装置来说,必须有一个合理的时间来鉴别过载的性质,以避开暂时性的过载状态。

       对于过载保护,船级社大多都规定整定在过电流10%~50 %之间的过载保护必须以不超过2 min的延时使发电机断路器脱扣。通常船级社建议整定在发电机额定电流的125%一135 %,延时15~30s断路器分断。

       尽管有延时保护,但过载时间过长必将导致保护装置动作而中断供电。当电站具有分级卸载功能时即可弥补这方面的不足,使中断供电的可能性降到最低限度。一般电站有一级卸载就够了,自动切断那些不危及船舶或其他机器安全用电的设备,即通常我们称为非重要负载的设备,如空调等设施。分级卸载动作电流值可在发电机额定电流的100%~110%间整定,延时时间可在5~7s间整定。

发电机过载保护主要是由框架式自动空气断路器中过流脱扣器来承担。 

       2 发电机的外部短路保护

       发生短路的原因不外乎是导线绝缘老化、受机械及生物(如老鼠)的损伤、误操作、维护不周及导电物品不慎掉在裸导体或汇流排上所造成。短路时产生的短路电流,对电力系统的设备和运行有巨大的破坏作用,因此要求保护装置要正确、可靠、快速而有选择性地断开故障点。

       通常在发电机较远处短路时,短路电流相对较小,这时希望负载开关动作,而不是发电机主开关动作使船舶电网中断供电,故主开关需有一短延时时间以避开负载开关的动作。当短路发生在发电机近端时,会产生巨大短路电流,这时必须立即切断发电机的供电电路。故保护装置应瞬时动作。

       对于短路保护,船级社大多都规定短路保护应整定在大于50%的过电流,但整定值应小于稳态短路电流;它必须具有-短延时(不大于0.6s)以适应系统选择性要求。通常船级社建议调整短路保护动作值为发电机额定电流的200%~250%,延时时间为0.4s(交流)。

发电机短路保护主要也是由框架式自动空气断路器中过流脱扣器来承担。

       3 发电机的欠压保护

       当调压器失灵或发电机外部短路故障尚未切除时或发生严重欠频时,均将可能产生电压下降的情况。

发电机在欠压情况下运行将引起电动机电流增加,电动机转矩下降,从而导致电机发热、绝缘老化损坏,这对发电机本身和电动机的运行等都是不利的。

       发电机欠压保护的任务就是当发电机电压低于一定值时,将使发电机主开关合不上闸或从电网上自动断开。欠压保护实际上还是一种短路保护的后备保护,因为短路时必定会发生欠压现象。

       系统中如有大电动机起动或突加较大负荷时,也可能引起电压的下降,这属于暂时的正常现象,这时欠压保护不应动作,所以欠压保护同样需要有延时。

       对于欠压保护,船级社大多都规定拟并联运行的发电机,其断路器应设有欠电压保护装置,防止在发电机不使用时其断路器闭合。如发电机电压下降至额定电压的70%~35%,则发电机断路器必须自动断开。欠电压保护装置必须有一与短路保护相协调的短路延时。

发电机欠压保护同样主要是由框架式自动空气断路器中失压脱扣器来承担。

       4 发电机的逆功率保护

       同步发电机的逆功率运行,是指该同步发电机不是发出有功功率,而是从电网吸收有功功率。同步发电机出现逆功率运行的原因是当几台同步发电机并联运行时,若其中一台发电机的原动机发生故障,例如燃油中断或发电机与原动机的联轴节损坏等,将使该台发电机不但不能输出有功功率,反而从电网吸收功率即成为同步电动机运行。出现这种情况时可能会使并联运行中的其他发电机发生过载。

       当同步发电机并车操作时,若待并机在负差频下或滞后相位差下合闸时,这时待并机组在并车瞬间会出现逆功率,这是允许的,此时的逆功率保护不应动作。因此逆功率保护同样需要有一定的延时时间。

       对于逆功率保护,船级社大多都规定原动机为柴油机时逆功率整定值在发电机额定功率的4 %~15%间某一区域(典型区间为4%~10%),原动机为汽轮机时为l%~6%间某一区域(典型区间为1%~3%);延时时间在2~10s间整定(典型值为3s)。

       发电机逆功率保护主要是由逆功率继电器来承担。

       具有自动电力管理系统的电站中自动化控制系统通常也均具有过载、短路、欠压、逆功率保护及分级卸载等各项保护功能,但整定值(或延时时间)均小于(或先于)框架式自动空气断路器等常规保护设备,故常规保护装置可作为后备保护设施,这样电站的安全用电得到了进一步保证。

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