四、交流發電機並聯運轉時，需設有逆功率保護（reverse power protection） 裝置，請問在何種狀況下，逆功率保護裝置會啟動？其作動之程序為何？（25 分）

在交流發電機並聯運轉的電力系統中，逆功率保護（Reverse Power Protection） 是一項至關重要的安全機制，主要用於防止發電機轉變為「電動機（馬達）」運轉，從而保護原動機（如柴油機或渦輪機）。

以下詳述其啟動狀況與作動程序：

一、 逆功率保護啟動之狀況

逆功率（Reverse Power）是指電力流向發生反轉，即電力不再是由發電機送往匯流排（Busbar），而是由匯流排流回發電機。這種狀況通常發生在以下場景：

1. 原動機動力喪失（Prime Mover Failure）：

   並聯運轉中，若其中一台發電機的原動機（柴油機）因故障突然熄火、燃油供應中斷、連軸器斷裂或調速器（Governor）失靈，該機將失去推動力。

2. 調速器設定不當：

   當兩台機組負載分配極度不均，若其中一台機組的調速器設定過低，導致其分擔的功率變為負值時，電力會反向驅動該發電機。

3. 併網同步失敗：

   在進行併網作業時，若相位或頻率偏差過大，可能在閉合斷路器的瞬間產生巨大的逆功率衝擊。

後果： 此時發電機將會從電網吸收電能，變成一部「同步電動機」，反過來帶動原動機旋轉。這對柴油機而言，可能會造成嚴重的機械損壞（如連桿受力異常或曲軸箱爆炸風險）。

二、 逆功率保護裝置之作動程序

逆功率保護通常由逆功率繼電器（Reverse Power Relay, 67 號繼電器）執行，其作動程序具備「延時」特性，以避開短暫的同步擺動。

1. 偵測階段（Detection）

逆功率繼電器持續監控電壓與電流的相位關係。當功率流向反轉，且反向功率的數值超過預設值（通常設定為發電機額定功率的 2% 至 10%，視原動機類型而定，柴油機約 8%-10%）時，繼電器開始動作。

2. 延時確認階段（Time Delay）

為了防止因電網波動、負載驟變或併網瞬間的暫態現象導致誤跳脫，逆功率保護設有延時機構（通常設定為 2 至 10 秒）。只有當逆功率狀態持續超過此設定時間後，保護裝置才會確認為故障。

3. 執行跳脫階段（Tripping）

一旦計時完成且故障依舊存在，繼電器會發出訊號給該台發電機的主斷路器（ACB - Air Circuit Breaker）。

• 斷路器跳開： 立即將故障發電機與匯流排切斷，停止電力的反向流入。

• 聲光警報： 駕駛台或機艙集控室會發出「Reverse Power Trip」的警報，提醒輪機員處理。

4. 後續連鎖反應（Subsequent Actions）

• 負載自動解除（Load Shedding）： 若因該機跳脫導致剩餘機組過載，優先卸載系統（Preferential Trip）可能會自動啟動，切斷非重要設備電源，以維持電網穩定。

• 原動機停機： 在電力中斷後，相關連鎖保護通常會將原動機完全停機，以利後續檢查維修。

? 實務小撇步

在輪機當值實務中，逆功率保護是防止「黑電（Blackout）」擴大的重要屏障。考試時若能強調「預防發電機變電動機」以及「延時特性的重要性」，將是拿高分的關鍵。