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大型空压机用同步电机逆功率保护延时研究

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Ｖｏ１．３０，Ｎｏ．９，２００２　ＦＬＵＩＤ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　３５　文章编号：　ｌ００５—０３２９（２００２）０９—００３５—０３　

大型空压机用同步电机逆功率保护延时研究　戴松岩张焰　（上海交通大学，上海２０００３０）　

摘要：针对宝钢现有的制氧设备用空压机同步电动机在瞬时低电压情况下脱网的问题，利用电力系统机一网相互作　用、数字仿真及电动机轴系疲劳寿命评估程序，研究了大型空压机用同步电机的逆功率保护延时问题，从而为在设备安　全和简化经济运行之间寻求最佳逆功率保护整定方案提供了决策依据。　关键词：　同步电机；逆功率保护；机一网相互作用动态仿真；轴系疲劳寿命　中图分类号：ＴＨ４５　文献标识码：Ａ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｂｏｕｔ　Ｒｅｖｅｒｓａｌ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ＇Ｉ￣ｍｅ－ｄｅｌａｙ　ｏｆ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｍｏｔｏｒ　Ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　Ｌａｒｇｅ　Ａｉｒ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　Ｄａｉ　Ｓｏｎｇｙａｎ　Ｚｈａｎｇ　Ｙａｎ　Ａｂ　：Ｄｉｓｅｎｇａｇｉｎｇ　ａｔ　ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ　ｌｏｗ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｏｆ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ　ｏｆ　ｏｘｙｇｅｎ－ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　Ｂａｎ　Ｓｔｅｅｌ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ｔａｋｉｎｇ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ｎｅｔ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｅｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｌｉｆｅ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ｍｏｔｏｒ　ｓｈａ缸　．Ａ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ－ｍａｋｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｆｉｎｄｉｎｇ　ａｌｌ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ｒｅｖｅｒｓａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｓａｆｅｌｙ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｌｙ　ｉｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ－ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ；ｒｅｖｅｒｓａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ｎｅｔ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　ｄｙ￣ｍｉｃ　ｅｍｕｌａｔｉｏｎ；ｆａｔｉｇｕｅ　ｌｉｆｅ　ｏｆ　ｓｈａｆｔｉｎｇ　

１前言　１９９７年，宝山钢铁股份有限公司的供电系统　（分别为２２０ｋＶ系统及１１０ｋＶ系统）曾两次发生短　路故障，引起瞬时低电压，造成供电系统大面积停　电。特别是能源部所管辖的制氧分厂多台空压机　大型高压同步电动机因低电压造成逆功率保护瞬　时动作而跳机。尽管事故发生后迅速开车成功，　但由于制氧机工艺特殊，正常恢复生产供应仍花　费了较长时间（１０　２０ｈ）。制氧分厂空压机同步　电动机逆功率保护均整定为瞬时动作，系统出现　故障，机组立即脱离电网，对于连续生产非常不　利。在不影响机组安全运行的前提下寻求延长保　护动作的最佳时间，既可避免烦琐的同步机启动　问题，又可保证机组甚至整个制氧分厂的连续运　行。　收稿日期：２００２—０ｌ—ｌ６　２仿真系统及数学模型　以向宝钢供电的１１０ｋＶ及２２０ｋＶ上海电网为　研究系统，以宝钢制氧分厂６台制氧空压机大型　高压（１０ｋＶ）同步电动机为研究对象，采用上海交　通大学研制开发的“机一网相互作用动态仿真程序　——ＭＡＮＤＩｓＰ软件和轴系疲劳寿命程序——　ＳＴＯＦＬＥＰＬ软件”进行仿真，仿真程序见图１，通过　仿真计算对电机的暂态稳定性、冲击电流、冲击电　磁转矩、最大剪切应力、轴系疲劳寿命等综合考核　和评估。　２．１仿真系统的组成　仿真系统主要包括以下几部分：　（１）电力网络，包括输电线路、变压器、开关　等；　（２）同步电机；　

维普资讯 http://www.cqvip.com ３６　流体机械　２００２年第３０卷第９期　（３）励磁系统；　（４）同步电动机轴系统模型。　各部分之间的相互关系如图２所示。　２．２数学模型简介　园　ｊ　

Ｉ输入Ｉｇ．始数据ｌ　Ｉ　｛潮流放初值计算【　——］■一　

处理数值振荡　

图１仿真程序框　图２仿真系统组成　（１）电动机模型：采用Ｐａｒｋ方程来表示详细　模型，用同步发电机习惯定义各物理量的正方向　建立。电动机ｄ轴和ｑ轴各有３个绕组，即定子　的ｄ、ｑ绕组，转子ｄ轴的Ｆ（励磁）、Ｄ（阻尼）绕组　

以及转子ｑ轴的Ｈ、Ｑ绕组’，通过各绕组的电压方　程（一阶微分）和磁链方程进行求解。　（２）开关模型：以小电阻和大电阻来模拟开关　的分合建立方程。　（３）短路故障模型：用相间或对地电阻模拟，　建立方程。　（４）网络方程的坐标系统：由于ａｂｅ坐标下　ｙ／Ａ变压器两侧电量不可逆，进行机一网接口有　一定困难，因而采用ｏ４３ｏ坐标，较好地解决了这一　问题，而且在元件基本对称的情况下导纳矩阵更　稀疏，便于压缩存放、节省内存和提高计算速度。　（５）网络方程：网络各元件的微分方程均以隐　式梯形法进行差分化，形成瞬态等值电路，所有元　件的瞬态方程按ＫＣＬ定律组合起来。　（６）机一网接口：将发电机方程差分化，再经　ｏ４３坐标变换即可与机一网方程式接口。　（７）机组轴系模型：轴系采用质量．弹簧模型，　将轴系分解成质量块，建立质量块的运动方程，然　后将各质量块的方程组合在一起。　

３研究系统及计算条件　３．１供电系统简化接线图　／ｖ　２２０ｋ、　，、　《　ｉ　《　；　

／　，　ｌｌ０ｋ、　‘氧１３２３　氧ｌ３２　

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／／．，　Ｉ　１０ｋＶ　

１３７ｏ０ｋＷ　１５７ｏ０ｋＷ　１　３７００ｋＷ　１３６８０ｋＷ　（ａＪ　

匾　４０　ｌ　，、　》　｝　Ｉ　１ｌＯｋ　ｖ＼　氧１４１４　，’　新板ｌ４　＼　，、　ｊ　｛　ｉ　，＼　ｌ　

５＃电机（３１０００ｋＷ）　６挣电机（２８５００ｋＷ）　（ｂ）　图３宝钢制氧分厂１　至６　机简化接线图　

３．２原始数据的处理　由于参数不全，在研究中采用比照和套用标　准的办法处理：　

维普资讯 http://www.cqvip.com Ｖｏ１．３０，Ｎｏ．９，２００２　ＦＬＵＩＤ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　３７　（１）电缆１３２３、１３２４、１４２３、１４２４缺单位长度电　抗，因电缆性质类似，参照１４１４和１４１５给出。　（２）除４　同步电机参数较齐外，其余电机参　数缺得较多，参照国内外同容量机组给出，不可避　免地会给计算带来一定的误差。　（３）１　、２　、３　机组无轴系参数，通过轴颈、轴　间距等认证其在故障情况下轴系扭转疲劳损耗应　小于５　、６　机组，可参照５　、６　机组的寿命损　耗。　（４）４　、５　、６　机组的压缩机参数无法获得，　取其扭转弹性系数等于电机主轴的系数，并且程　序中不考虑压缩机轴系的扭转疲劳。　（５）各机组轴系材料的拉伸强度极限和拉伸　屈服极限参数缺乏，参考国标对电机主轴的规定　后给出。取ｐ６＝６３７Ｎ／ｍｍ２，　＝４４１Ｎ／ｍｍ２。　３．３计算条件　仿真计算中假设２２０ｋＶ母线为无穷大系统，　故障情况和操作方式如下：　（１）模式一：２２０ｋＶ、１１０ｋＶ母联开关打开，不　计其它电动机影响。１　至６　机组机端母线出　线、１１０ｋＶ出线和２２０ｋＶ出线三相短路故障，０．１６　０．２８ｓ切除出线故障。　（２）模式二：２２０ｋＶ、１１０ｋＶ母联开关闭合，计　其它电动机影响。计及１０ｋＶ母线相邻电动机影　响下，１　至６　机组机端母线出线、１１０ｋＶ出线和　２２０ｋＶ出线三相短路故障，０．１６　０．２８ｓ切除出线　故障。　

４研究的主要结果　通过大量的仿真计算和现场设备综合评价，　得出以下结论：　（１）１　、２　、３　机组的逆功率保护延时可整定　为１５５ｍｓ。　（２）４　、５　、６　机组的逆功率保护延时分别可　整定为１６０ｍｓ、１９５ｍｓ和１９５ｍｓ。　以上整定值均为扣除保护继电器＋中间继电　器动作时间３５ｍｓ之后给出。　

５实际应用情况　２０００年１１月该课题经鉴定认为结论可信，具　有重大工程应用价值。由于制氧设备是生产的关　键设备，宝钢方采取了慎重的态度，应用必须建立　在研究方、制造方和用户（宝钢方）均同意的情况　下才能实施。在此条件下，目前仅６　机组实施，　其逆功率保护延时整定为１６０ｍｓ。２００２年１月２４　日１５：０２，上海市网蕴藻滨变电所下２２０ｋＶ馈线蕴　钢２２２９拉弧接地，宝钢受变电所瞬时大幅度低电　压影响，６　机未跳机，生产未受影响，而相关的四　个轧钢厂却跳电，初步验证了６　机的保护延时是　合理的。　

作者简介：戴松岩，男，３７岁，工程硕士。通讯地址：２０１９００上　海市宝山区宝林一村４号１０１室。　

（上接第５２页）　（５）地下环路推荐流量为０．０２７—０．０３２Ｌ／　（ｋＷ・ｍｉｎ），超过此限后，地热换热器的效率提高　不大，但水泵的耗电量迅速增大。　（６）选择地热换热器的管径时，一般应使流经　地热换热器的流体阻力损失与流体通过热泵换热　器的阻力损失大致相同。　

参考文献　［１］　Ｏｋｌａｈｏｍａ　ｓｔａｔｅ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐｓ．ｉｎｔ—　ｒｏｄｕｃｔｏｒｙ　ｇｕｉｄｅ，Ｏｋｌａｈｏｍａ　ｓｔａｔｅ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１９９７．　［２］柳晓雷，王德林，方肇洪．竖直埋管地热换热器的传　热模型与计算［Ｊ］．建筑热能通风空调，２００１，２１（２）：　

１～３．　［３］崔萍，刁乃仁，方肇洪．地源热泵间歇运行对地热换　

热器的影响［Ｊ］．山东建筑工程学院学报，２００１，１６　（１）：５２～５７．　［４］　Ｋａｖａｎａｕｇｈ　Ｓ．Ｄｅｓｉｇｎ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｇｒｏｕｎｄ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｓｏｕｌ￣ｅ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐｓ　ｉｎ￣ｕｔｈｅｍ　ｃｌｉｍａｔｅｓ［Ｊ　Ｊ．ＡＳＨＲＡＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，１９８９，９５（２）．　［５］Ｋａｖａｎａｕｇｈ　Ｓ．Ｗａｔｅｒ　Ｌｏｏｐ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　Ｇｒｏｕｎｄ—ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｈｅａｔ　Ｐｕｍｐｓ［Ｊ］．ＡＳＨＲＡＥ　Ｊｏｕｍａｌ，１９９６，（５）．　［６］曾和义，刁乃仁，方肇洪．地源热泵竖直埋管的有限　长线热源模型［Ｊ］．山东建筑工程学院学报，２１３０２，１７　（１）．　［７］　周谟仁主编．流体力学［Ｍ］．中国建筑工业出版社，　ｌ９８１．　

作者简介：曲云霞，女，１９６５年生，在读博士。通讯地址　２５００１４山东济南市山东建筑工程学院空凋与制冷工程系。　

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膨胀机异步发电机的逆功率保护研究

膨胀机异步发电机的逆功率保护研究

膨胀机异步发电机的逆功率保护研究摘要：文章对膨胀机异步发电机的工作原理进行详细介绍，重点分析逆功率继电器和功率变送器这两种逆功率保护方式，并对这两种方式的具体应用和在异步发电机上的实现进行研究，以供参考。

关键词：膨胀异步发电机；工作原理；逆功率保护1引言以氧产量为55000的空分装置为例对其气体膨胀机异步发电机组和液体膨胀机异步发电机组为例，前者在运行时会在对高压空气进行膨胀时发出动力做功来对异步发电机进行驱动并进行发电，此时会回收能量并起到制动作用来实现对飞车事故的避免。

而后者则是通过对高压液体进行膨胀来发出动力做功驱动异步发电机进行发电和能量回收。

在上述运行过程中容易出现逆功率问题而对膨胀机造成损坏，这就需要选用合适的逆功率保护来确保其长时间的稳定和安全运行。

2膨胀机异步发电机工作原理膨胀机异步发电机的工作原理就是通过膨胀机来对异步发电机起到拖动作用，在膨胀机的拖动作用下使得发电机的转子进行转动，而且要确保其转速比磁场的转速要大，这样在定子绕组上产生的感应电动势就可以满足需求，实现向外进行电能的输出。

在实际的应用中的空分装置中，需要通过电网激励发电的方式来使用膨胀机来带动发电机进行发电，而且此种方式需要的励磁电流数值比较大，且此种电流也属于感性无功电流，数值通常为发电机额定电流的1/5左右。

在运行中需要在电网上进行异步发电机定子三相绕组的连接，这样就可以在上述运转中在异步发电机的三相定子绕组中产生电流时就会产生旋转的磁动势。

上述过程的主要作用就是产生此旋转磁场，而且此旋转磁场在转动时的同步转速为n0，并且此同步转速需要按照以下公式来进行计算，也就是，从此公式中可以看出，同步转速的大小与电网频率f成正比例关系，而且与发电机的磁极对数p成反比例关系。

也就是对于确定了磁极对数的成品发电机来说，其同步转速就只与电网频率有关系。

通过膨胀机拖动发电机的方式带动转子转动并且其转速接近同步转速时就可以接入电网中，但是需要在并网之前确保其旋转方向的一致性，否则就会导致发电机产生的相序与电网不一致。

发电机的逆功率保护

发电机的逆功率保护


逆功率保护
传统
理论
jQ
理想
动作区 动作区
P -Pset
6.9 逆功率保护
大型汽轮发电机保护为什么要配置逆功率保护？
在汽轮发电机机组上， 在汽轮发电机机组上，当机炉动作关闭主汽门或由于调整控制回路故障而误关主 汽门，在发电机断路器跳开前发电机将转为电动机运行。 汽门，在发电机断路器跳开前发电机将转为电动机运行。此时逆功率对发电机本身 无害，但由于残留在汽轮机尾部的蒸汽与长叶片摩擦，会使叶片过热， 无害，但由于残留在汽轮机尾部的蒸汽与长叶片摩擦，会使叶片过热，所以逆功率 运行不能超过3min,需要装设逆功率保护。 3min,需要装设逆功率保护 运行不能超过3min,需要装设逆功率保电机组保护中动作次数最多的保护之一。 据统计，逆功率保护是大中型发电机组保护中动作次数最多的保护之一。 但从目前的运行情况看，该保护的可靠性还不够理想，时有拒动现象发生， 但从目前的运行情况看，该保护的可靠性还不够理想，时有拒动现象发生， 对机组造成永久性损伤。 对机组造成永久性损伤。 逆功率保护要考虑高灵敏的有功功率继电器，当原动机的主汽门关闭， 逆功率保护要考虑高灵敏的有功功率继电器，当原动机的主汽门关闭， 发电机变为电动机运行后， 发电机变为电动机运行后，从电网吸取有功功率稳态值只约为额定值的 4%～5.5%；若主汽门关闭不严、有泄漏，该值将更小。 4%～5.5%；若主汽门关闭不严、有泄漏，该值将更小。逆功率继电器的定 值一般只有发电机额定功率的1% 3%。 1%～ 值一般只有发电机额定功率的1%～3%。 要求在无功功率大范围变化时都能精确地测量出微小的有功， 要求在无功功率大范围变化时都能精确地测量出微小的有功，这对逆功 率继电器的测量精度提出了更高的要求 。
船舶岸电系统并网逆功率抑制技术研究

船舶岸电系统并网逆功率抑制技术研究

船舶岸电系统并网逆功率抑制技术研究摘要：目前随着国家各项环境保护、节能减排政策的出台，为落实《中华人民共和国大气污染防治法》要求，打好污染防治攻坚战、打赢蓝天保卫战，码头船舶岸电使用作为主要内容已被提到了日程上。

随着船舶大型化、多功能化和节能化的发展，对船舶电力系统的要求也日益提升。

联船并网及解列过程中可能会出现发电机频率及幅值调节不准确的情况，导致逆功率的产生。

文中阐述了船舶岸电并网过程中逆功率产生的原因、危害，抑制逆功率产生的重要性；研究解决逆功率防护问题的几种技术方案、并对各种方案进行比较分析；最后通过实船联船数据分析、波形记录论证选取方案的可靠性。

关键词：船舶岸电；逆功率；软件控制0引言船舶岸电系统，即船舶停靠港口期间，由岸基侧向船侧供电的系统。

船舶岸电主要保证船舶靠港后，船上仍需要的水泵、照明、通风等生产、生活及辅助设备连续运转的电力供应。

此时，船舶关闭自身的柴油发电机，不仅可以消除自身机组运行带来的噪声，也能在一定程度上减少废气的排放。

[1]早在2011年，交通运输部发布的《公路水路交通运输节能减排“十二五”规划》就将“推广靠港船舶使用岸电”作为“绿色港航建设工程”的重要内容。

2022年6月15日，《浙江省港口岸电奖补办法》正式发布，这是“十四五”期间全国首个全省域港口岸电建设奖补办法，也是浙江省贯彻交通运输部等四部委《关于进一步推进长江经济带船舶靠港使用岸电的通知》和省交通运输厅等六厅局《进一步推进靠港船舶使用岸电工作实施意见》的配套政策。

船舶用电多为柴油发电机进行发电，供船舶日常运行使用，现在多数国家的供电频率为50Hz，而美国、加拿大、日本、韩国、巴西、墨西哥、台湾等地区的供电频率为60Hz，沿海及远洋船舶的供电频率通常为60Hz。

因此，船舶靠岸后如果要使用岸上电源，就需要一套变频变压的岸电系统，将岸上工频50Hz转变为船用60Hz。

[2]港口船舶岸电电源不同于传统的船厂岸基电源，两者之间存在共性，也存在较大差异。

发电机组逆功率保护配置分析及定值整定实例

发电机组逆功率保护配置分析及定值整定实例

发电机组逆功率保护配置分析及定值整定实例作者：王旭来源：《科技创新与应用》2018年第15期摘要：文章介绍逆功率对火力发电机组的危害，分析常规火力发电机组的功率变化情况，并以厄瓜多尔埃斯梅拉达II期热电项目为例，详细阐述发电机逆功率保护的原理及定值整定。

关键词：逆功率；危害；逆功率保护；定值整定中图分类号：TM61 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）15-0054-02Abstract： In this paper， the hazards of reverse power for thermal generator unit are introduced， the power variety of conventional thermal generator unit is analyzed， the principle and setting calculation of generator reverse power protection are illustrated by Ecuador Esmeralda II Thermoelectric Project.Keywords： reverse power； hazard； reverse power protection； setting calculation引言运行中的发电机组，当由于各种原因导致原动机突然失去原动力，而发电机未能及时解列，仍与电网连接，此时发电机将过渡为电动机运行，由其带动原动机转子旋转，同时发电机由向电力系统输出有功功率（有功功率为正数）转变为从系统吸收有功功率（有功功率为负数），即逆功率。

虽然此工况对发电机并无危害，但对原动机却是不利的，其危害主要表现为：对汽轮发电机组而言，高速旋转的汽轮机尾部叶片与残留蒸汽产生摩擦，从而形成鼓风损耗，最终因过热而损坏叶片，因此大容量汽轮机组不允许在这种异常状态下长期运行；对燃气轮机、柴油机机组而言，其中未燃尽物质会有爆炸和着火危险，因此该类型机组也需要配置逆功率保护。