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发电机多种异常状态及危害
随着电力工业的迅速发展，发电机单机容量的不断增加，大型发电机组在电力系统中越来越重要。人们对发电机的可靠性、性要求越来越高。发电机的运行对保证柴油发电机组的正常工作和电能质量起着极其重要的作用。但是较之故障，异常运行状态发生的机率更大，比如定子绕组过负荷、发电机失磁、失步，发电机逆功率运行，非全相运行等。这些威胁同样不容忽视，所以研究大型发电机的异常运行及保护是很有必要的。由于大型发电机多采用三相分相操作主开关，非全相运行已成为发电厂电气运行的重点防止对象。本文针对大型发电机非全相运行进行了分析研究，采用对称分量法得出了各相电流、各序电流及相序电流间的关系，并用KATLAB软件进行了仿真，验证了理论分析的结果。同时，就发电机组非全相保护存在的问题提出了改进方案，并给出了发电厂发生非全相运行故障时的一些处理方法：
1、低励磁或失磁对于容量在100KW以下不允许失磁运行的发电机，当采用直流励磁机时，应在灭磁开关断开时同时断开发电机断路器。容量在100KW以上的发电机也应装设失磁保护。对于水轮发电机，保护动作于解列灭磁；对于柴油发电机，保护动作于减出力，以便缩短异步运行时间尽快恢复同步运行，在不允许继续异步运行或失磁后母线电压低于允许值时，保护动作于解列灭磁。
2、定子过电流或过负荷保护
在定子绕组、励磁绕组上应装设定时限和反时限过负荷保护。定时限过负荷保护动作于信号或自动减负荷、降低励磁电流。反时限过负荷保护动作于解列或程序跳闸、解列灭磁。
3、逆功率保护
对于容量在200KW及以上的柴油发电机，宜装设逆功率保护。保护带时限动作于信号，经长时限动作于解列。 以上所述的解列灭磁，是指断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。减出力，是指将原动机出力减到给定值。程序跳闸，对柴油发电机来说，是指首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁。对水轮发电机，是指首先将导水翼关到空载位置，再跳开发电机断路器灭磁。
4、发电机失步保护对于容量在300KW及以上的发电机，需装设失步保护，保护动作于信号或解列。若发生失步现象，应尽快创造恢复同期的条件，一般可采取增加发电机的励磁，或减少该失步电机的有功出力，进而将其牵入同步。动减负荷、降低励磁电流。反时限过负荷保护动作于解列或程序跳闸、解列灭磁。
5、非全相运行保护
发电机变压器组的非全相运行故障，大多数发生在机组解列、并列的操作过程中，正确地进行机组解列或并列的操作是大幅度地减少因负序电流烧损发电机转子的简单而有效的措施。因此只要遵循保持发电机励磁、稳定机组转速、减少机组出力、控制定子电流的原则，严格按照合理顺序进行操作和调整，完全可以把负序电流控制在允许的范围之内。 由于现在大型发电机多采用三相分相操作主开关，非全相运行已成为发电厂电气运行的重点防止对象。所以在下面的章节中我将重点分析发电机非全相运行及其相应的保护措施。
非全相运行时，由于发电机组接线方式、主变接地方式、断相形式、导致原因不同，非全相运行时的故障特征是不同的，所以对非全相运行进行合理有效的分类是分析研究的前提。非全相运行一般采用对称分量法来分析计算。对称分量法是一种线性变换，利用它可将任意一组不对称的三相电流(或电压)分解成正序、负序和零序三组三相对称的电流(或电压)，这三组各自独立的对称电流(或电压)就称为不对称电流(或电压)的对称分量，每组对称分量的三相之间都有大小相等、彼此间相位差相等的关系。电流或电压的相序、大小关系是机组非全相运行时的重要故障信息，这些量的提取与判断，对于保护机组与系统的运行有着非常重要的意义。
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发电机的进、排气系统的作用是什么？
进气系统的作用是保证柴油发电机的各气缸在工作时得到充足的新鲜空气和排出燃烧室内燃烧后形成的废气。进排气系统主要由空气滤清器、进气管、排气管、消声器、气缸盖进气道及气缸盖排气道等组成。另外为了提高柴油发电机的输出功率，增压柴油发电机装有增压器，高级增压系统中还装有中冷器等。柴油发电机进、排气系统的结构。本文主要介绍防爆型柴油发电机组的进气和排气系统结构及作用。
一、进气系统
防爆型柴油发电机进气系统由进气管、进气阻火栅栏，空气关断阀及空气滤清器等组成。
1、进气阻火栅栏构造为叠片式，由多块1.2mm厚，51mm宽的不锈钢板叠加在一起制成的一组栅栏，栅栏片与片的间隙≤0.5mm专为熄灭火焰之用。是为了防止柴油机气缸内可能返回的火焰直接通向大气、火焰经它熄灭，不至引燃工作环境的易燃气。为了保证柴油机有足够的进气量，应经常清理栅栏的表面和间隙间的杂质。清理时应保证栅栏间隙不被破坏。空气关断阀是为了而设置的，在柴油机发生“飞车”现象时，用作紧急停车用。在空气关断阀关闭状态下进气被完全切断，在5～10秒内，柴油机即可停止运转。在正常工作状况停机时，要使用停机开关，严禁使用空气关断阀停机。
2、空气滤清器
空气滤清器的作用是滤除掉空气中的杂，以保证清洁的空气进人气缸内。否则会导致气缸套和活塞组零件早期磨损，缩短柴油发电机的使用受命，空气滤清器一般又分为干式滤清器和湿式滤清器。
纸质干式空气滤清器的结构。它不需要加注机油，即可将空气中的杂质滤除，其原理是通过改变空气流动方向或使空气穿过具有微孔的滤芯，以达到净化空气的目的。干式空气滤清器的滤芯一般有金属网状滤芯和纸质滤芯两种。这两种滤芯一般使用150h后，需要滤芯中的杂质。金属网状漶芯取出后应放在汽油中清洗，并用压缩空气吹干。纸质滤芯取出后，一般用手或木棒轻轻敲击其端面，使其吸附在滤芯上的灰尘和杂质脱落。
湿式滤清器壳的底部放置了一定量的机油，其日的是利用机油的黏性吸附进人气缸中空气的灰尘和杂质。目前，进口和国产柴油发电机较多采用的是湿式空气滤清器。
湿式空气滤清器的结构。湿式空气滤清器滤芯所吸附灰尘和杂质较多时，一般可将滤芯放置在汽油中清洗并用压缩空气吹干。更换机油后，再把吹干的滤芯装人空气滤清器。
3、进气管
进气管的作用就是按照柴油机的工作次序，分别供给各缸充足的新鲜空气。进气管一般是用铸铁或铝合金铸造，如图1所示。进气管和排气管分别安装在气缸盖的两侧，如果在一侧装配，会使排气管的高温传给进气管，造成进人气缸内的空气密度减小，影响进气量。同时，为了减小空气的流通阻力，进气管内壁一般要做的比较平整和光滑。
图1 四缸机进气管
二、 排气系统
防爆型排气系统由水夹层排气管、水夹层弯管、水夹层波纹管、废气处理箱和排气阻火栅栏以及补水箱等组成。
1、废气处理箱（如2所示）
(1) 水夹层排气管、水夹层弯管和水夹层波纹管，水夹层中的水作为冷却液与柴油机冷却系统联通封闭循环冷却，保证排气管表面温度不超150℃。各部件之间在连接处通过橡胶软管将各水夹层联通，使水夹层形成了一个通畅的循环水路。水夹层波纹管位于柴油机和废气处理箱之间，主要起减震的作用。
(2) 废气处理箱内有排气阻火栅栏、水浴箱和膨胀箱。用以处理由排气管进入的废气。主要用作熄灭废气中的火焰、进一步冷却和洗涤废气，炭烟及溶解废气中的部分有害物质。经过排气阻火栅栏熄灭火焰和水浴处理后的废气经膨胀箱、排气尾管通向大气。
(3) 排气阻火栅栏构造为叠片式，由多块1.2mm厚，51mm宽的不锈钢板叠加在一起制成的一组栅栏，栅栏片与片的间隙≤0.5mm专为熄灭火焰之用。要及时清理栅栏的表面和间隙间的杂质和积炭，以保证排气的畅通。排气阻火栅栏，要做到每天一清理，清理时打开维修门，松动顶紧轮，抽出栅栏，清理两表面上的积炭和杂质，然后将栅栏装回顶紧，关闭维修门并锁住。维修清理时应保证栅栏间隙不被破坏。
(4) 废气处理箱中的水量控制，废气处理箱中的水量约50升，与补水箱连通。废气处理箱中水量的大小由进水浮球阀和水位报警浮球控制，进水浮球阀控制 水位和在水量不足时由补水箱向废气处理箱中补水。水位报警浮球在水位降至 控制水位且补水箱无法正常向废气处理箱中补水时，启动自动保护装置报警并在1分钟内使柴油机自动停机。因此，每次工作前必须将补水箱加满水，在工作中要随时观察补水箱的水位，及时加水保证防爆柴油机工作正常。
(5) 气密封衬垫，在进、排气的管路中，各连接法兰处都夹有密封衬垫，衬垫均采用特制的铜皮包封石棉板制成，具有良好的弹性、拆装时若发现有损坏或失去弹性应予更换，对各处的密封面不许有任何碰伤和划痕。
防爆柴油机排气系统-康明斯发电机组.png
废气处理箱的结构示意图
2、消声器
消声器的作用：主要是减少废气排出时的噪声。消声器一般用钢板冲压并经焊接而成。在装配时，消声器带有斜面的出口要朝下，以防止雨水或异物进人。
3、排气管
排气管的作用是按照柴油机各缸的工作次序，分别把燃烧室燃烧后形成的废气从燃烧室中排出。排气管一般采用铸铁铸造。为了减小排气阻力，排气管内壁要做的直径较大且平整和光滑。同时，排气外管的弯曲度要做的尽可能小，否则会影响柴油机的输出功率。
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影响高压发电机选择接地方式的因素
高电压发电机组的接地保护接地是为保证电工设备正常工作和人身而采取的一种用电措施，通过金属导线与接地装置连接来实现，常用的有保护接地、工作接地、防雷接地、屏蔽接地、防静电接地等。接地装置将电工设备和其他生产设备上可能产生的漏电流、静电荷以及雷电电流等引入地下，从而避免人身触电和可能发生的火灾、爆炸等事故。
高压发电机不可缺少的是高压发电机接地保护，确保使用，影响选择接地方式的因素有:
1) 供电可靠性；
2）人身设备；
3) 过电压因素；
4) 继电保护；
5)高压发电机的投资。在机组系统发生接地故障时，由于电容电流超前电压90°,当故障点的电容电流在第个半波过零熄弧时，加在故障点上的电压正好为峰值，若电容电流过大，空气游离严重，极易把故障点重新击穿。这种重燃有时不可避免。但多次重燃将会导致电网电压振荡，发生间歇性弧光过电压。这种过电压时间长、幅值高、能量大、缺乏有效手段加以防护。避雷器在这种过电压的长时间作用下，会加速老化，甚至损坏。因此，首先应采取措施避免这种过电压的发生。发电机是电力系统的原动力，在运行中必须具备对突发性故障的应变能力，发电机中性点的接地方式与此有密切的关系。发电机中性点的接地方式有：①中性点直接接地②中性点经低阻抗接地③中性点不接地④中性点经消弧线圈接地⑤中性点经高阻抗接地。发电机在运行中，发生单相接地是常见的故障，故障点出现电弧接地时会进一步扩大定子绕组绝缘损害甚至导致铁芯灼伤烧结，如不及时发现并快速切除，故障将发展成为相间或匝间短路。基于上述原因，国际广泛采用发电机中性点高阻接地，以限制接地电流，防止各种过电压的危害，取得了良好的运行经验。中性点经电阻接地方式于20世纪90年代开始应用于我国配电网系统中，目前已广泛地应用于我国城市供电系统、电厂、地铁、冶金及石化等系统。
