发电机继电器的工作原理及作用

（一）同步发电机晶体管继电保护装置

同步发电机晶体管继电保护装置电路如图1所示。

1．功能

该装置具有欠压延时跳闸保护；特大短路瞬时跳闸保护；短路短延时跳闸保护及过载长延时跳闸保护功能。

2．继电保护电路原理

1）直流稳压工作电源电路

当发电机建立电压后，其输出的线电压U_AC加到变压器B₁的原边，经降压后，从第二个副边绕组得74V电压，再经单相桥式整流电路整流，R₃₄、C₁₀阻容滤波及稳压管W₅稳压后，作为电路直流稳压工作电源。

2）欠压延时保护电路

①欠压保护的电压形成 从变压器B₁第一个副边绕组降压后，得15V电压经二极管．VD₁₅半波整流，电容C₅滤波，电阻R₁₉、R₂₀分压，在电阻R₂₀上取出直流电压控制信号U_R20。此电压信号U_R20与发电机输出电压U_AC成正比，加到后面启动电路上。

当发电机输出正常电压时，电阻R₂₀上的电压U_R20将稳压管W₄击穿，三极管VT₅处于饱和导通，时限电路的延时电容C₆被短路。由于三极管VT₅饱和导通，因此，VT ₅集电极电位V_C3，约0.3V，故二极管VD₁₇截止，其单结晶体管VU和可控硅SCR组成的出口电路，不输出欠压信号。

②欠压保护启动及延时电路 欠压保护启动及延时电路由电阻R₂₂、R₂₃和电容C₆、C₇组成。当发电机输出电压下降到65％额定电压U_fe时，由于发电机输出的电压已低于欠压保护启动电压的整定值，此时，电阻R₂₀上的电压U_R20随之下降，低到不能使稳压管W₄击穿，因此，三极管VT5由饱和导通转为截止。此时，工作电源通过电阻R₂₂、R₂₃及二极管VD₁₇对电容C₆、C₇进行并联充电，随着充电过程，电容C₆、C₇的电压逐渐升高，电容_C6、C₇充电达单结晶体管VU的峰点电压所需的时间，就是欠压保护的延时时限。

③出口电路 它由单结晶体管VU和可控硅SCR等零件组成无触点出口电路。欠压延时、特大短路电流瞬时、短路短延时及过载长延时跳闸保护信号，由二极管VD₁₇、VD₁₈、VD₁₉组成的三端或门进行控制，只要前述保护其中的一种，就能启动出口电路，使单结晶体管触发器输出触发脉冲，触发可控硅SCR导通，通过出口电路输出跳闸控制信号。

图1中S是脱扣器线圈，当它失电时，开关就会自动跳闸。发电机在正常供电时，其输出电压经变压器B₁降压，第三个副边绕组得到84V电压，经单相桥式整流电路整流，经可调绕线电阻R₂₅下半部分，对脱扣器线圈S供电，其电流的流向由7端流向8端，使自动开关处于合闸状态。

④欠压保护的控制过程 当发电机输出电压低于欠压保护启动电压的整定值时，三极管VT₅由饱和导通转为截止，电容C₆、C₇被充电，电容器电压达到VU管的峰点电压时，VU管导通，电容C₆、C₇通过VU管对电阻R₃₃放电，电阻R₃₃得到尖脉冲电压U_R33去触发可控硅SCR导通，整流电路ZL₁经R₂₅上半部向脱扣器线圈S反方向（由8端到7端）提供电流，相互抵消，脱扣器线圈S失压，开关自动跳闸。

3）过流保护的电压形成电路

当发电机对负载供电时，其三相电流分别由三只电流互感器LH₁～LH₃进行检测，经三个单相桥式整流电路VD₁～VD₁₂进行整流，再经电容C₁、C₂、R₁滤波和三相并联的分压器分压，将电流信号变换为直流电压控制信号。各组分压器输出的直流电压控制信号与发电机输出的交流电流成正比。

图2电路中，从左至右，第1组由电阻R₂、R₃、电位器R₂₆组成的分压器为特大短路电流瞬时跳闸保护的信号U₁检测电路；第2组由电阻R₄、R₅、电位器R₂₇组成的分压器为短路短延时保护的信号U₂检测电路；第3组由电阻R₆、电位器R₂₈组成的分压器为过载长延时保护的信号U₃检测电路。

4）短路短延时保护电路

①启动和充电延时电路 该保护电路由稳压管W₂及三极管VT₃、VT₄构成射极耦合触发器式的启动电路，由电容器C₄、电阻R₁₆、R₃₂组成充电延时电路。

短路短延时保护电路的控制信号从电阻R₄、R₅和电位器R₂₇分压电路中的检测环节输出，经二极管VD₁₄、稳压管W₂及电阻R₁₄加在三极管VT₃的基极上。

短路短延时保护启动电流值的调整，可调整电位器R_27/1，在（3～5）I_LH·e范围内整定启动电流值。I_LH·e为电流变换器LH的额定电流。延时的时间可调整电位器R₃₂阻值的大小，可在0.2～0.6s范围内整定延时时限。

②短路短延时保护的控制过程 发电机输出的电流在正常情况下，由于正常输出的电流小于短路延时的启动电流，因此，分压器R₄、R₅、R₂₇输出的信号电压U₂低于稳压管W₂的击穿电压，故W₂截止，三极管VT₃无基极电流而截止，三极管VT₄饱和导通，电容量C₄的电压很低，二极管VD₁₉截止，出口电路不工作，短路短延时保护不起作用。

当发电机供电系统发生短路时，其系统中的电流增大，整流电路VD₁～VD₁₂输出的电压升高，第2组分压电路中电位器R₂₇整定输出的直流控制电压U₂使稳压管W₂击穿，经二极管VD₁₄和电阻R₁₄，将检测信号U₂加到三极管VT₃的基极，使其导通，三极管VT₄截止，于是工作电源经电阻R₁₆、R₃₂对电容C₄进行充电，随着C₄充电其电压使二极管VD₁₉正向导通后，C₄和C₇被并联充电。电容C₄、C₇的电压达到单结晶体管VU的峰点电压时间，即为时限电路的延时时间，一般为0.2～0.6s。当C₄、C充电到VU管的峰点电压时，VU管导通，电容C₄、C₇经VU管对电阻R₃₃进行放电，输出尖脉冲电压UR₃，使可控硅SCR导通，使脱扣器线圈S失压，开关自动跳闸。

5）过载长延时保护电路

①启动和充电延时电路 它由稳压管W₁、三极管VT₁、VT₂构成射极耦合触发器式的启动电路，由电阻R₁₁、R₃₀、电容C₃组成充电延时电路。

过载长延时保护启动电流值的调整，可调整电位器R_28/1，在（1.0～2.5）I_LH·e范围内整定启动电流值。当启动电流值整定在1.2I_LH·e时，充电延时时间，可调整电阻R₃₀在5～30s之间整定。

②过载长延时保护的控制过程 发电机输出的电流在正常情况下，其电流小于过载电流，第3组分压电路较低，电阻R₈两端的电压也较低，稳压管W₁截止，保护电路不起作用。

当发电机输出的电流出现过载时，分压电路中电阻R₈的电压U_R8升高，稳压管W₁击穿，信号加到三极管VT₁饱和导通，VT₂截止。VT₁、VT₂的工作电源经电阻R₁₁、R₃₀对电容C₃进行充电，充电的时间常数τ₃＝C₃（R₁₁＋R₃₀）而定，随着充电C₃的电压U_C3，逐渐升高，当Uc，上升到足以使稳压管W₂击穿时，延时结束，稳压管W₂击穿后，其后面的控制过程同短路短延时过程相同，使开关自动跳闸，不再赘述。

6）特大短路电流瞬时跳闸保护

如果短路故障发生在靠近电源的地方，由于短路径特短，其阻抗特小，因此，短路电流特大，要求电流速断保护，即瞬时跳闸。

特大电流保护检测信号U₁从电阻R₂、R₃及电位器R_26/1分压电路取得，经由稳压管W₃和二极管VD₁₈组成的启动电路送到出口电路。

当发电机输出电流正常时，稳压管W₃截止，出口电路无信号输出，保护电路不起作用。

当发生特大短路时，电流特大，分压电路检测信号电压足以将稳压管W₃击穿，经二极管VD₁₈，对电容C₇迅速充电到VU管峰点电压，使VU管导通，电容C₇经VU管对电阻 R₃₃放电，其电压U_C3触发可控硅SCR导通，使脱扣器线圈S失压，开关瞬时迅速跳闸保护。

（二）同步发电机逆功率保护

1．何谓逆功率保护

当两台以上柴油发电机组并联运行时，若其中一台柴油发电机组的柴油机工作不正常或柴油机与发电机并联器损坏等原因，使该机组的发电机不但不能输出有功功率，反而从供电系统中吸收功率，同步发电机变成同步电动机，即同步发电机处于逆功率状态下运行。

如果同步发电机在逆功率状态下运行，对供电系统是不利的，造成参与并联运行其他机组过载跳闸，供电中断，因此，应采取措施进行逆功率保护。

2．晶体管逆功率保护装置

晶体管逆功率保护装置电路如图2所示。

由于逆功率保护是有功功率方向保护，因此，它的检测信号应取电压、电流两方面的信号及其相位关系，并将其转换为反应有功功率的方向和大小的直流电压控制信号。

该装置逆功率保护信号是取自发电机S相的电压和电流来进行单相逆功率检测。它的电压形成回路中，电压变换器m₁、m₂的原边接成对称星形，取出电压Ú_so′作为电压信号，并使Ú_so′与发电机输出的相电压Ú_so′同相位，其电流信号İ_s，由S相的电流互感器取得，经两个单相桥式整流电路VD₁、VD₂整流，在电阻R₃得电压U₁，电阻R₄得电压U₂，功率检测环节是应有绝对值比较原理进行检测，当R₁＝R₂时，功率检测环节输出的直流控制信号电压U_mn与有功功率P成正比，并反映P的方向。在逆功率时，直流控制信号电压U_mn为负值，即_n点电位高于_m点电位。当逆功率达8％发电机额定功率时，三极管VT₁导通，VT₂截止，工作电源经电阻R₁₅、R₁₆对电容C进行充电，充电延时约5s，电容C充电电压U_C达到稳压管W₁击穿电压时，W₁管导通，二极管VD₃及三极管VT₃导通，出口继电器d₁通电动作，供电开关自动跳闸，从而达到保护的目的。