三相柴油发电机的缺相保护

摘要：三相柴油发电机的缺相保护是一个非常重要且必要的安全功能。缺相（又称断相）是指三相输出中有一相或两相因熔断器熔断、接线松动、接触器故障等原因失去电压。

缺相对用电设备危害极大：

对于三相电动机： 会导致绕组过热、扭矩下降、噪音增大，短时间内烧毁电机。

对于发电机本身： 缺相运行可能导致转子励磁系统工作异常，绕组受力不均，长期运行损坏发电机。

对于三相负载： 造成电压不平衡，影响其他正常相所接设备的运行。

因此，必须为柴油发电机配置可靠的缺相保护。

一、缺相保护的主要实现方式

柴油发电机的缺相保护通常通过加装保护继电器或利用具备此功能的控制器来实现。以下是几种常见方案：

1. 专用缺相与相序保护继电器

原理： 持续监测三相电压的平衡和相序。当检测到任一相电压丢失或严重不平衡（通常可设定阈值，如低于额定电压的70%-80%），或相序错误时，继电器动作。

动作： 输出一个继电器开关量信号，用于立即分断发电机的输出断路器（ACB/MCCB），并同时急停柴油发动机（通过切断燃油电磁阀或触发电子调速器停机信号）。

优点： 专一可靠，响应速度快，通常还附带相序保护功能（防止逆相序送电）。

安装： 并联在发电机输出端（主开关上口）。

2. 多功能数字保护继电器（综合保护装置）

原理： 这是现代发电机控制系统（并机柜、控制柜）的标准配置。它集成了过流、过载、短路、欠压、过压、缺相/不平衡、频率异常等多种保护功能。

动作： 通过可编程逻辑，同时发出分闸和停机指令。

优点： 功能全面，保护精度高，可设定参数和延时，有事件记录功能，便于故障诊断。

应用： 适用于所有重要场合，尤其是并机系统和自动化电站。

3. 发电机自动控制器（AGC/发电机组控制器）的内置保护

原理： 许多智能型发电机控制器（如Deepsea、ComAp、MC系列等）本身就集成了发电机保护功能，包括电压不平衡（缺相）保护。

动作： 控制器直接发出指令，控制输出断路器和发动机启停。

优点： 无需额外硬件，集成度高，成本相对较低，是单机自动化机组的理想选择。

4. 基于电压监测的简易方案（不推荐作为主保护）

原理： 使用三个单相电压继电器，分别监测每相电压。当任一相失压，其对应的继电器释放，串联的常闭触点回路断开，触发停机。

缺点： 响应可能不如专用继电器快，功能单一，需自行组装逻辑电路。通常仅用于低成本或老旧机组改造。

二、保护动作逻辑的关键点

对于柴油发电机组，缺相保护的动作必须是 “双管齐下” ：

切断输出： 立即跳开发电机主输出断路器，隔离故障，防止损坏后端负载。

停止发电： 同时（或稍后延时）向柴油发动机发出停机信号，使其停止运行。仅跳闸而不停机是错误的，因为发动机会继续空载或轻载运行，而发电机内部仍可能处于故障状态。

三、设计、选型与安装注意事项

电压取样点： 保护装置的电压信号应直接取自发电机输出端（主断路器上口），以确保在断路器断开前能持续监测发电机本身输出的电压。

响应时间设定： 应设定一个合理的短延时（如0.1-0.5秒），以避免因瞬时干扰或负载投切造成的瞬时不平衡导致误动作。

不平衡度设定： 通常电压不平衡保护阈值设定在15%-25% 之间。缺相可视为100%不平衡。

与ATS的配合： 如果发电机作为备用电源与市电切换（通过ATS），要确保ATS动作完成后，保护装置监测的是发电机侧的电压，逻辑清晰。

环境适应性： 选择适用于柴油机房环境（可能有震动、油污、温度波动）的工业级产品。

定期测试： 应定期模拟缺相故障（如在停机检修时断开一相电压信号），测试保护功能是否正常动作。

四、推荐方案总结

应用场景	推荐方案	说明
新建标准自动化单机	发电机智能控制器（内置保护）	性价比高，集成化，安装调试简便。
重要供电、并机系统	多功能数字保护继电器	保护最全面，可靠性高，可通信，适用于复杂系统。
老旧机组改造或增补保护	专用缺相与相序保护继电器	目标明确，改造方便，有效提升安全性。
低成本、非关键备用机组	电压继电器组合方案	可作为一种补充或简易保护，但需确保逻辑正确。

核心要点：

为三相柴油发电机配置缺相保护，本质上是为其配置一个可靠的“电子医生”，时刻监测其输出电压的健康状况。一旦发现“心肌梗塞”（缺相），必须立即“停止供血”（跳闸）并“让心脏休息”（停机）。正确的保护配置是保障发电机组自身安全和下游用电设备安全不可或缺的环节。在选型和安装时，建议咨询专业电气工程师或发电机组供应商。

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