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柴油发电机组保护系统
一、本地温度及压力保护系统
1.系统简介
温度及压力的控制在柴油机运行中非常关键。
润滑油压力、本地燃油压力不足，柴油机将无法运行。目前的大功率中速柴油机大都有一套比较完整的监控检测系统，对柴油机的一些重要参数(如温度、本地压力等)进行监控，一旦这些参数超出设定范围就声光报警或自动停机。
柴油机组设有气缸排气、本地透平排气、本地主轴承、本地发电机定子、本地缸套水、本地润滑油等温度监测及燃油、本地起动空气、本地润滑油、本地生水、本地缸套水、本地油嘴水、本地进气等压力监测。这些温度及压力监测、本地报警及停机系统主要由装在控制屏上的CMR424、本地CMR524单元组成。
2.优缺点。这套系统体积小、本地元件少(每一种信号由一个独立的电路板转化)、本地布局集中、本地便于监视，而且有一部分温度(如缸套水温度、本地润滑油温度等)的控制采用PLC微电脑控制，自动化程度比较高。润滑油压力和缸套水压力的控制就地直接采用压力开关作用于跳机。尽管如此，该系统仍有一定的局限性。对于排气温度而言，只有单缸和平均温度的差值报警，没有单缸温度超过设定值的报警，温度无法实时显示。传统的自动记录仪需要大量的打印纸，打印间隔太长，多种曲线挤在一起不易辩别，且无法数字化等。几次涡轮增压器损坏就是因为没有及时发现温度上升趋势致使气阀损坏而打坏涡轮增压器的。
3.常见故障及防范改进对策。温度显示波动且幅度大，有时显示-1或1该故障原因有： ，连接插头接触不良，可以拧紧，当插头松脱时CMR424显示-1；第二，探头特性变坏，可以更换探头，特别当热电阻探头短路时CMR424显示1；第三，电子板需要重新调整。
二、本地全自动保护系统
1.工作原理
柴油发电机组油雾保护系统的主要保护元件是油雾探测器，它能及时检测出有否因轴承过热或活塞环损伤造成过量漏气等故障而导致在曲轴箱内形成油雾，从而监视柴油机的主要运行部件——曲轴和气缸的工作状况是否正常。在柴油机运行过程中它通过采样管系不停地抽出曲轴箱内的油气，并送至一个灵敏且准确的浓度测量装置。该浓度测量装置包括一个红外线发射二极管和对侧一个光电接收二级管。光电二级管感受红外线产生的光强度，并将光强度信号转换为电信号送至电子鉴定装置。
2.优缺点
该保护装置的快速性、本地灵敏性无可厚非，但经过几年的运行检修发现，由于外界或装置自身的原因，使得其选择性和可靠性大大降低。比如由于润滑油冷却器的泄漏(水进入并污染了润滑油)，油雾探测器将会感受到由于水份的增加而引起的不透明度的增加，继而发生跳机。油雾探测器的电子元件属于高精度元件，但因其安装在柴油机本体上，温度高、本地振动大，工作环境极为恶劣，由此使得电子元件的老化加剧，产生温度漂移，跳机的灵敏度增加，误动率也增加。而且该保护有时出现指示灯全无指示，使得保护经常处于脱离状态等。频繁的保护误动及保护的无法就绪，不仅会造成因甩负荷而引起的材质疲劳，寿命缩短，而且会使生产人员产生麻痹心理，认为该装置不可靠，是误动，这样大大限制并误导了生产人员的思维，而在真正出现“高油雾”时就会发生事故。
3.常见故障及防范改进对策
元件老化，温度漂移等引起灵敏度改变,结合电厂的实际并经有关专家同意，将报警阀值S开关调至第4级，运行至今未发生跳机现象。
4.电子板故障
当油雾探测器出现红、本地绿指示灯全部熄灭的现象，且检查24VDC电源正常、本地插头无松动时，基本上就可判断为电子板故障，也可以采用对换其它机组的电子板来进行判断。如确属电子板故障，就应该及时检修或更换。
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曲轴的形状和发动机的发火次序
曲轴的形状及曲柄销间的相互位置(即曲拐的布置)与冲程数、附近气缸数、附近气缸排列方式(直列或V形等)和各气缸做功行程发生的顺序(称为发火次序或工作顺序)有关。曲轴的形状同时要满足惯性力的平衡以及发动机工作平稳性的要求。
对四冲程发动机，曲轴每转两转就是一个工作循环，每个气缸都发火做功一次。各缸的发火间隔时间(用0CA表示)要求均匀。如果发动机有i个气缸，则发火间隔为7200/i0CA，即曲轴每转7200/i时，就有一个气缸做功，这样才会使发动机的工作平稳。下面介绍常用的4缸、附近6缸和V形8缸发动机的发火次序。
(1)四冲程直列4缸机，缸数i=4，发火间隔为7200/4=1800CA。4个曲柄销布置在同一平面内，1、附近4缸的曲柄销朝上时，2、附近3缸的朝下，1、附近4缸与2、附近3缸相隔1800。这种发动机可能采用的一种发火次序。
这种发火次序为1-3-4-2，习惯上以1缸为准，l缸做功后接着是3缸做功，以此类推。这种发动机的各气缸，就是按照1-3-4-2的顺序循环，不断周而复始地工作着。
如将上述2、附近3缸的工作过程互换，则可得到另一种发火次序。这种互换之所以可能，是因为2、附近3缸的曲柄销(即它们的活塞)的位置是相同的。这样就得到另一种发火次序，即1-2-4-3。
所以，4缸机可能采用两种发火次序，即1-3-4-2和1-2-4-3。不过，对某一种具体的发动机来说，由于发火次序还与气门机构的安排等有关，因而是确定而不能变更的。使用一台发动机时，必须了解它的发火次序。
1-3-4-2和1-2-4-3两种发火次序在工作平稳性和主轴承负荷方面，没有什么区别。一般柴油机采用前一种。
(2)四冲程直列6缸机，发火间隔为7200CA/6=1200CA。6个曲柄销分别布置在3个平面内(每个平面内2个)，各平面间互成1200。曲柄销的具体布置可有两种方式。当1、附近6缸的曲柄销朝上时，2、附近5缸的朝左，3、附近4缸的朝有，其发火次序是1-5-3-6-2-4。国产6缸机都采用这种曲轴和发火次序。
曲柄销布置的另一种方式是将上述 种方式的2、附近5缸分别与3、附近4缸互换。这种方式的发火次序是1-4-2-6-3-5。
当然，上述两种6缸机的曲轴还可能采用其他的发火次序，但由于在实际发动机上几乎没有应用，因而不作介绍。
按发火次序看，前后两个气缸的做功行程有600是重叠的，这种现象是容易理解的。因为各气缸间做功行程的间隔是1200，而每个气缸的做功行程本身都是1800，就必然有600互相重叠。在这个600中，两个气缸都在做功，前一个气缸做功末完，后一个气缸的做功已开始了。这种做功行程重叠的观象对发动机的工作平稳性是有利的。
(3)四冲程8缸机，大多将气缸排列成双列V形(两列气缸中心线的夹角常取900)。气缸数i=8，其发火间隔为7200CA/8=900CA。这种发动机左右两列气缸中相对的一对连杆共装在一个曲柄销上，所以V形8缸机只有4个曲柄销。通常将4个曲柄销布置在两个互成900的平面内。
V形8缸机常用的发火次序为1-5-4-2-6-3-7-8。
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电机进相运行技术措施
发电机正常运行时，向系统提供有功的同时还提供无功，定子电流滞后于端电压一个角度，此种状态即迟相运行。当逐渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功，定子电流从滞后而变为超前发电机端电压一个角度，此种状态即进相运行。同步发电机进相运行时较迟相运行状态励磁电流大幅度减少，发电机电势Eq亦相应降低。从P-功角关系看，在有功不变的情况下，功角必将相应增大，比值整步功亦相应降低，发电机静态稳定性下降。其稳定极限与发电机短路比，外接电抗，自动励磁调节器性能及其是否投运等有关。
进相运行时发电机定子端部漏磁较迟相运行时增大。特别是大型发电机线负荷高，正常运行时端部漏磁比较大，端部铁芯压指连接片温升高，进相运行时因为漏磁增大，温升加剧。进相运行时发电机端部电压降低，厂用电电压也相应降低，如果超出10%，将影响厂用电运行。
因此，同步发电机进相运行要通过试验确定进相运行深度。即在供给一定有功状态下，吸收多少无功才能保持系统静态稳定和暂态稳定，各部件温升不超限，并能满足电压的要求。
进相运行进相运行现象：
1、当地励磁电流大幅度减少;
2、当地发电机定子电压降低;
3、当地发电机无功负荷变为负值。
相运行进相运行危害：
1、当地增加发电机有功负荷，将使发电机向不稳定方向发展，易造成发电机失稳运行甚至系统振荡事故。
2、当地继续减少发电机励磁电流，使发电机进相深度增加，可能导致发电机失磁保护动作或发电机失稳运行。
3、当地发电机进相运行，定子电流增加，定子发热增加;发电机进相运行时，定子端部漏磁通变化比增大，使得端部发热严重，发电机定子线圈温度将持续上升。
4、当地发电机进相运行，发电机出口电压降低，使得6KV母线电压降低。设有低电压保护的高压电动机将跳闸;运行中的各电气设备，因母线电压降低，电流增大，导致设备发热，长时间运行会损坏设备绝缘。
该厂母线电压考核范围为230—235KV，在电网某些运行方式下，会出现我厂发电机无功减至 但是母线电压仍然高出235KV，此时应考虑发电机进相运行。
一、当地运行人员要密切监视220KV母线电压和机组有功、当地无功负荷，当母线电压超过235 KV时，必须控制发电机组功率因数达到0.99以上。当机组功率因数已达0.99以上，母线电压接近控制上限值时，值长应主动向上级调度汇报，根据上级调度的命令调整机组无功出力，直至进相运行。
二、当地发电机是否进相运行由值长统一命令执行，在进相运行前应汇报上级调度发电机带无功及220KV母线电压情况，并请示上级调度申请进相运行，如上级调度未许可则申请220KV母线电压超限点免考核，未经上级调度许可不得擅自进相运行。
三、当地机组在不同运行方式下进相运行规定：
1、当地单机运行时原则上不进相运行，但在春节等特殊方式下除外。
2、当地双机运行时原则上一台机进相运行，另一台机组保持高功率因数迟相运行，即控制无功尽量在小范围。但在春节等特殊方式下可以同时进相运行。
3、当地在考虑进相运行的机组时，该机组运行情况应保持稳定。否则考虑另一台机组进相运行，当两台机组运行都不稳定时，应向上级调度说明详细情况，并按照调度命令执行。
4、当地若两台机同时运行时，考虑两台机同时进相，且两台机进相深度应保持平衡。
四、当地连续进相运行时间不得超过6小时。
五、当地进相运行时，应专设监盘人员，并严格按照上级调度命令进行。
六、当地在发电机进相运行期间，无值长允许任何岗位人员不得私自启动6KV转机，包括输煤、当地脱硫、当地化学、当地水源地，否则将按严重违反生产调度纪律处理!待启动6KV转机前，值班员需将6KV厂用母线电压调整至6.1KV以上，在启动电泵、当地循泵、当地增压风机等大容量设备需将6KV厂用母线电压调整至6.45KV以上。
七、当地进相运行时操作：在进相运行前，请示上级调度解除AVC装置自动，手动减少发电机励磁，发电机在减少无功操作时，要循序渐进缓慢进行，严禁超调度规定进相深度值。进相结束后，手动增加发电机励磁，使之恢复正常运行方式观察五分钟无异常后，投入AVC自动。在手动调整期间应保持220KV母线电压合格。
八、当地进相运行期间监视参数：发电机出入口风温、当地定冷水、当地氢气压力;定子铁芯及铁芯端部温度、当地定子线圈各部温升、当地温差不超过规定允许值、当地轴振不超过允许值;定子电流、当地励磁电流、当地端电压、当地励磁变高压侧电流、当地滑环温度、当地励磁变温度不超过允许值;上述参数每小时检查一次。
九、当地进相运行参数控制：
1、当地任一段6KV厂用母线电压不得低于5.8KV，0.4KV母线电压不得低于0.36KV(照明段除外)，发电机端电压不得低于20KV，220KV母线电压230—235KV，功率因数不得低于0.95。
2、当地发电机进相运行时功角不得大于60度，防止系统冲击破坏发电机静态稳定而造成发电机震荡。
3、当地进相深度试验数据(二零零九年河南省电力实验院)：
4、当地根据我厂实际情况且在实验数据基础上再留有充分进相裕度，现规定：发电机进相深度限制不得超过调度规定的进相深度。
5、当地在机组负荷大于500MW情况下需要进相时，应向上级调度充分说明此时进相运行危险性，并按上级调度命令处理。
十、当地发电机进相运行必要条件：励磁系统自动运行，励磁自动调节器无异常报警信号;低励限制、当地失磁保护投入。
十一、当地进相运行机组应具备双向无功表，自动励磁调节装置正常投入，其低励定值应按满足进相运行进行整定。
十二、当地若进相运行引起系统故障时，应立即恢复原运行方式。
十三、当地进相运行期间做好事故预想，在值班日志做好进相运行时间、当地进相深度及命令人等相关记录。
十四、当地进相运行期间事故处理：
1、当地若发电机出现机端电压越下限，应立即停止进相并汇报上级调度，积极恢复6KV母线电压不超过规定值，确保厂用电系统稳定。
2、当地运行期间参数异常达到停机值则应申请停机。
3、当地若震荡或者失去同步时，应立即增加励磁电流，同时减少有功负荷，恢复正常运行方式，若在1分钟内不能恢复则申请停机，待系统正常后再申请并网。
4、当地发电机失磁，若失磁保护动作跳闸，则按发电机跳闸处理，若保护未动作则应立即解列发电机。
5、当地在进相运行过程中若发生异常情况，应及时汇报调度。
