1、 发电机保护发电机保护 发电机继电保护发电机继电保护 同步发电机是电力系统最重要和昂贵的设备，它的安全同步发电机是电力系统最重要和昂贵的设备，它的安全运行直接影响到电力系统的安全。然而，在发电机运行过运行直接影响到电力系统的安全。然而，在发电机运行过程中，其定子绕组和转子回路都可能出现故障和异常情况。程中，其定子绕组和转子回路都可能出现故障和异常情况。当故障发生后，对系统的影响较大，同时修复工作复杂且当故障发生后，对系统的影响较大，同时修复工作复杂且工期长，经济损失也较大。因此，发电机必须装设专门的、工期长，经济损失也较大。因此，发电机必须装设专门的、性能完善的继电保护装置。一旦发生故障，保护
2、装置能快性能完善的继电保护装置。一旦发生故障，保护装置能快速而有选择性地将发电机从系统中切除，并进行灭磁。同速而有选择性地将发电机从系统中切除，并进行灭磁。同步发电机处于不正常运行状态时，保护装置应能及时发出步发电机处于不正常运行状态时，保护装置应能及时发出信号，以便运行人员进行处理。信号，以便运行人员进行处理。一、故障类型及异常工况状态一、故障类型及异常工况状态 故故障障类类型型定子定子绕组绕组相间短路相间短路: :破坏绝缘，烧坏铁芯破坏绝缘，烧坏铁芯匝间短路匝间短路: :破坏纵绝缘，进而发展为单相接地或破坏纵绝缘，进而发展为单相接地或相间短路相间短路单相接地单相接地: :铁芯局部熔化铁芯局
3、部熔化转子转子绕组绕组一点接地或两点接地一点接地或两点接地: :两点接地时烧坏励磁绕组两点接地时烧坏励磁绕组和铁芯，破坏转子磁通对称性，引起发电机振动，和铁芯，破坏转子磁通对称性，引起发电机振动，对于水轮发电机和同步调相机，危害更大对于水轮发电机和同步调相机，危害更大励磁电流急剧下降或消失励磁电流急剧下降或消失: :发电机要从系统吸取发电机要从系统吸取大量的无功功率，引起定子过电流，同时发电机大量的无功功率，引起定子过电流，同时发电机可能失去同步而进入异步运行，若系统无功储备可能失去同步而进入异步运行，若系统无功储备不足，将引起电压下降，严重时会危机系统的稳不足，将引起电压下降，严重时会危机系
4、统的稳定运行。定运行。异常异常工况工况状态状态定子绕组过电流定子绕组过电流过负荷过负荷负序过电流和过负荷负序过电流和过负荷定子绕组过电压定子绕组过电压转子绕组过负荷转子绕组过负荷逆功率逆功率二二 . 大容量发电机组的特点大容量发电机组的特点 大容量发电机组指的是容量在大容量发电机组指的是容量在200MW以上汽轮发电机和以上汽轮发电机和容量在容量在125MW以上的水轮发电机。大容量发电机组有如以上的水轮发电机。大容量发电机组有如下特点。下特点。 1.短路比减小短路比减小(短路比意义是对应于空载额定电压的励磁电短路比意义是对应于空载额定电压的励磁电流下三相稳态短路时的短路电流与额定电流之比流下三相
5、稳态短路时的短路电流与额定电流之比) 、电抗增大、电抗增大 2.惯性时间常数降低惯性时间常数降低3.热容量降低热容量降低 4.时间常数增大时间常数增大 此外，大容量发电机组采用直接冷却方式，绝缘水平相对此外，大容量发电机组采用直接冷却方式，绝缘水平相对有所降低，且冷却系统较复杂，发生故障的几率相对增多；有所降低，且冷却系统较复杂，发生故障的几率相对增多；由于单机容量增大，机组轴向长度与直径之比增大，容易由于单机容量增大，机组轴向长度与直径之比增大，容易引起气隙不均匀，使振动加剧。引起气隙不均匀，使振动加剧。三三 . 发电机的继电保护配置发电机的继电保护配置 根据GB/T 14285-2006继
6、电保护和安全自动装置技术规程的要求，发电机应装设以下继电保护装置。发发电电机机保保护护纵联差动保护纵联差动保护接地保护接地保护接地电容电流接地电容电流5A5A时动作于跳闸的零时动作于跳闸的零序电流保护序电流保护接地电容电流接地电容电流5A5A时作用于信号时作用于信号保护区为保护区为100100的定子接地保护的定子接地保护横联差动保护横联差动保护过电流过电流负序过电流及单相式低电压起动过电流保护负序过电流及单相式低电压起动过电流保护复合电压复合电压( (负序电压及线电压负序电压及线电压) )起动的过电流保护起动的过电流保护过电流保护过电流保护负序电流保护负序电流保护过负荷保护过负荷保护过电压保护
7、过电压保护水轮发电机设一点接地保护水轮发电机设一点接地保护汽轮发电机定期检测一点接地；大容量汽轮发电机定期检测一点接地；大容量机组装设机组装设点接地保护和两点接地保护点接地保护和两点接地保护转子回路保护转子回路保护发发电电机机保保护护失磁保护失磁保护转子过负荷保护。转子过负荷保护。逆功率保护逆功率保护失步保护失步保护低频保护低频保护断水或漏水保护断水或漏水保护断路器断口逆闪络保护断路器断口逆闪络保护 为了快速消除发电机为了快速消除发电机内部的故障，在保护动作内部的故障，在保护动作于发电机断路器跳闸的同于发电机断路器跳闸的同时，还必须动作于时，还必须动作于自动灭自动灭磁开关磁开关，断开发电机励磁
8、，断开发电机励磁问路，以使转子回路电流问路，以使转子回路电流不会在定于绕组中再感应不会在定于绕组中再感应电势，继续供给短路电流。电势，继续供给短路电流。四四. 发电机保护出口方式发电机保护出口方式如上所述，发电机不同的保护，出口方式不同。根据故障和异常运行如上所述，发电机不同的保护，出口方式不同。根据故障和异常运行状态的性质及动力系统的条件，按规定分别作用于：状态的性质及动力系统的条件，按规定分别作用于：停机停机 是指断开发电机断路器、灭磁，对汽轮发电机还要关闭主汽门，是指断开发电机断路器、灭磁，对汽轮发电机还要关闭主汽门，对水轮发电机还要关闭导水翼。对水轮发电机还要关闭导水翼。解列灭磁解列灭
9、磁 是指断开发电机断路器，灭磁，汽轮机甩负荷。是指断开发电机断路器，灭磁，汽轮机甩负荷。解列解列 是指断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。是指断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。减出力减出力 是指将原动机出力减至给定值。是指将原动机出力减至给定值。程序跳闸程序跳闸 对汽轮发电机来说，是指首先关闭主汽门，待逆功率继电对汽轮发电机来说，是指首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁；对水轮发电机，是指首先将器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁；对水轮发电机，是指首先将导水翼关到空载位置，再跳开发电机断路器并灭磁。导水翼关到空载位置，再跳开发电机断路器并灭磁。减励磁减励磁 将发电机励磁电流
10、减到至定值。将发电机励磁电流减到至定值。励磁切换励磁切换 将励磁电源系统由工作励磁电源系统切换到备用励磁电源将励磁电源系统由工作励磁电源系统切换到备用励磁电源系统。系统。厂用电源切换厂用电源切换 由厂用工作电源供电切换到备用电源供电。由厂用工作电源供电切换到备用电源供电。分出口分出口 动作于单独回路。动作于单独回路。信号信号 发出声光信号。发出声光信号。五、发电机纵联差动保护五、发电机纵联差动保护 作为反应发电机内部定子绕组及其引出作为反应发电机内部定子绕组及其引出线相间短路的主保护线相间短路的主保护 。目前大容量发电机目前大容量发电机组都是采用组都是采用比率制动特性比率制动特性的纵联差动保护
11、。的纵联差动保护。所谓比率制动特性就是指继电器的动作电所谓比率制动特性就是指继电器的动作电流随外部短路电流的增大而自动增大，而流随外部短路电流的增大而自动增大，而且动作电流的增大比不平衡电流的增大还且动作电流的增大比不平衡电流的增大还要快。这样就可避免由于外部短路电流的要快。这样就可避免由于外部短路电流的增大而造成继电器误动作，同时对于内部增大而造成继电器误动作，同时对于内部短路故障又有较高的灵敏度。短路故障又有较高的灵敏度。下图为发电机纵差动保护的单相原理图，两组下图为发电机纵差动保护的单相原理图，两组CT特性、变比一致特性、变比一致 1I1I 2I2I 2I-2I D2WgWzhWzh1I
12、1I D22I 2I2I+2I WgWzhWzh同步发电机的纵差动保护同步发电机的纵差动保护 图4.1 发电机完全纵差保护交流接入回路完全纵差动完全纵差动 不完全纵差动不完全纵差动 (1)完全差动保护完全差动保护:能反应发电机内部及引出线上的能反应发电机内部及引出线上的相间短路、（但不能反应发电机内部匝间短路及相间短路、（但不能反应发电机内部匝间短路及分支开焊）大电流系统侧的单相接地短路故障。分支开焊）大电流系统侧的单相接地短路故障。 (2)不完全纵差保护不完全纵差保护:适用于每相定子绕组为多分支适用于每相定子绕组为多分支的大型发电机。它除了能反应发电机相间短路故的大型发电机。它除了能反应发电
13、机相间短路故障，还能反应定子线棒开焊及分支匝间短路。另障，还能反应定子线棒开焊及分支匝间短路。另外，根据算法不同，可以构成比率制动特性差动外，根据算法不同，可以构成比率制动特性差动保护和标积制动式差动保护。保护和标积制动式差动保护。发电机纵差保护，按比较发电机中性点发电机纵差保护，按比较发电机中性点TA与机端与机端TA二次同名相电流的大二次同名相电流的大小及相位构成。发电机完全纵差保护的交流接入回路示意图如下小及相位构成。发电机完全纵差保护的交流接入回路示意图如下： 实现制动实现制动, ,动作值的整定可只按躲过发电机正常运动作值的整定可只按躲过发电机正常运行时的不平衡电流，行时的不平衡电流，发
14、电机比率制动式差动保护发电机比率制动式差动保护 1 1、动作方程与动作特性、动作方程与动作特性00000()dactbrkbrkdbrkbrkbrkactbrkbrkdsIIIIIKIIIIIIIdTNIIIdTNFIIKI 完全纵差时完全纵差时 不完全纵差时不完全纵差时 发电机纵差发电机纵差保护动作特性保护动作特性 如下，如下，其动作其动作特性均由二部特性均由二部分组成：即无分组成：即无制动部分和比制动部分和比率制动部分。率制动部分。名称制动系数启动电流拐点电流负序电压速断倍数（*Ie）解除TA断线功能差流倍数（*Ie）额定电流代号KZIqIgU2IsIctIe （IN）整定范围0.11.8
15、0.05100.5101301200.81.20.58单位 安安伏倍数倍数安发电机纵差保护定值清单（三）比率制动式发电机纵差保护（三）比率制动式发电机纵差保护 定值整定定值整定 启动电流启动电流I Iact0act0 按躲过正常工况下最大不平衡差流来整定。按躲过正常工况下最大不平衡差流来整定。 不平衡差流产生的不平衡差流产生的原因原因：主要是差动保护两侧：主要是差动保护两侧TATA的变比误差，保护装置中通道回路的调整误差。对的变比误差，保护装置中通道回路的调整误差。对于不完全纵差，尚需考虑发电机每相各分支电流的不于不完全纵差，尚需考虑发电机每相各分支电流的不平衡。平衡。 一般一般 I Iact
16、0act0 = =（0.30.30.40.4）I IN.GN.G 拐点电流拐点电流I Ibrk0brk0 I Ibrk0brk0的大小，决定保护开始产生制动作用的的大小，决定保护开始产生制动作用的电流大小，建议按躲过外部故障切除后的暂态过程中电流大小，建议按躲过外部故障切除后的暂态过程中产产生的最大不平衡差流整定。生的最大不平衡差流整定。比率制动系数比率制动系数Kbrk（按避开外部）（按避开外部）1 1、 保护最大动作电流整定保护最大动作电流整定1 1） 保护装置的保护装置的最大动作最大动作电流按避开外部故障时电流按避开外部故障时的最大不平衡电流整定。的最大不平衡电流整定。.maxactrel
17、unbIK InIKKKITAkrelactssapermax.1 . 0一般取为一般取为1.3 1.3 取取1 1型号相同时为型号相同时为0.5 0.5 不完全纵差取值要大一点。不完全纵差取值要大一点。 一般一般Ibrk0=（0.50.8）IN.GK Kbrkbrk应按躲过区外三相短路时产生的最大暂态不平应按躲过区外三相短路时产生的最大暂态不平衡差流来整定。通常，对发电机衡差流来整定。通常，对发电机完全纵差完全纵差K Kbrkbrk=0.3=0.30.5;0.5; 对于对于不完全纵差保护不完全纵差保护，当两侧差动，当两侧差动TATA型号不同型号不同时，取时，取K Kbrkbrk=0.5=0.
18、5，以躲过区外故障因两侧，以躲过区外故障因两侧TATA暂态特性暂态特性不同及转子偏心而造成的不平衡差流等。不同及转子偏心而造成的不平衡差流等。负序电压负序电压U U2 2 解除循环闭锁的负序电压（二次值）可取解除循环闭锁的负序电压（二次值）可取 U U2 2 = =（9 91212）V V。差动速断倍数差动速断倍数I Is s 对于发电机的差动速断，其作用相当于差动高对于发电机的差动速断，其作用相当于差动高定值，应按躲过区外三相短路时产生的最大不平衡差定值，应按躲过区外三相短路时产生的最大不平衡差流来整定，一般取流来整定，一般取 I Is s =4 =48 8（倍）。（倍）。解除解除TATA断
19、线功能差流倍数断线功能差流倍数I Ictct 通常通常 I Ictct = 0.8 = 0.81.2 I1.2 IN.GN.G。 发电机额定电流发电机额定电流I IN.GN.G.3coseeNTAPII GUen差动保护灵敏度校验差动保护灵敏度校验 必须满足机端两相金属性短路时，差动保护必须满足机端两相金属性短路时，差动保护的灵敏系数的灵敏系数: : K Ksensen 2 2解除解除TATA断线功能差流倍数断线功能差流倍数I Ictct 通常通常 I Ictct = 0.8 = 0.81.2 I1.2 IN.GN.G。 发电机额定电流发电机额定电流I IN.GN.G.3coseeNTAPII
20、 GUen差动保护灵敏度校验差动保护灵敏度校验 必须满足机端两相金属性短路时，差动保护必须满足机端两相金属性短路时，差动保护的灵敏系数的灵敏系数: : K Ksensen 2 23 3、 保护动作逻辑框图保护动作逻辑框图 发电机纵差保护的出口方式，有两种设置：发电机纵差保护的出口方式，有两种设置：单相出口方式及循环闭锁出口方式。单相出口方式及循环闭锁出口方式。 当当采用循环闭锁出口方式采用循环闭锁出口方式时，为提高发电时，为提高发电机内部及外部不同相同时接地故障（即两相接地机内部及外部不同相同时接地故障（即两相接地短路）时保护动作的可靠性，采用负序电压解除短路）时保护动作的可靠性，采用负序电压
21、解除循环闭锁（即改成单相出口方式）。循环闭锁（即改成单相出口方式）。 对于对于单相出口方式单相出口方式，设置专门的，设置专门的TATA断线判断线判别，并当差电流大于解除别，并当差电流大于解除TATA断线闭锁电流倍数断线闭锁电流倍数I Ictct时可解除时可解除TATA断线判别功能。断线判别功能。图图10-4 10-4 单相出口方式发电机纵差保护逻辑框图单相出口方式发电机纵差保护逻辑框图发电机不完全纵差动保护一段使用单相出口方式。发电机不完全纵差动保护一段使用单相出口方式。 图图10-5 10-5 循环闭锁出口方式发电机纵差保护逻辑框图循环闭锁出口方式发电机纵差保护逻辑框图 发电机完全纵差动保护
22、推荐使用循环闭锁出口方发电机完全纵差动保护推荐使用循环闭锁出口方式。式。六、定子绕组匝间短路保护六、定子绕组匝间短路保护1、定子绕组匝间短路类型、定子绕组匝间短路类型定子绕组接线方式有两种：双星形接线和单星形接线定子绕组接线方式有两种：双星形接线和单星形接线定子绕组匝间短路类型主要有：同相同分支；同相不同分支；不同相定子绕组匝间短路类型主要有：同相同分支；同相不同分支；不同相间；定子开焊。间；定子开焊。 2、单元件式横差电流保护1）基本原理 ：发生匝间短路故障时，由于双发生匝间短路故障时，由于双Y接线绕组的中性点连线上有电流出接线绕组的中性点连线上有电流出现，因此，取用中性点连线上的电流可以构
23、成定子绕组的匝间短路保护。现，因此，取用中性点连线上的电流可以构成定子绕组的匝间短路保护。 该保护构成简单，灵敏度高，不仅可反应定子绕组的匝间短路故障和分支绕组该保护构成简单，灵敏度高，不仅可反应定子绕组的匝间短路故障和分支绕组的开焊故障，而且还能反应定子绕组的相间短路故障，故可作为发电机内部短路故障的开焊故障，而且还能反应定子绕组的相间短路故障，故可作为发电机内部短路故障的保护；但保护存在死区，只适用于每相定子绕组为多分支，且有两个或两个以上中的保护；但保护存在死区，只适用于每相定子绕组为多分支，且有两个或两个以上中性点引出的发电机。性点引出的发电机。 2）微机）微机发电机横差保护发电机横差
24、保护交流输入回路交流输入回路 发电机单元件横差保护的输入电流，为发电机两个中性点连线上的发电机单元件横差保护的输入电流，为发电机两个中性点连线上的TATA二次电流。二次电流。以定子绕组每相两分支的发电机为例，其交流输入回路示意图如下：以定子绕组每相两分支的发电机为例，其交流输入回路示意图如下： 逻辑框图逻辑框图横差保护是发电机内部故障的主保护，动作应无延时。但考虑到横差保护是发电机内部故障的主保护，动作应无延时。但考虑到在发电机转子绕组两点接地短路时发电机气隙磁场畸变可能致使在发电机转子绕组两点接地短路时发电机气隙磁场畸变可能致使保护误动，故在转子一点接地后，使横差保护带一短延时动作。保护误动
25、，故在转子一点接地后，使横差保护带一短延时动作。其逻辑框图如下：其逻辑框图如下：转子一点接地保护动作&+信号出口ghzII&t1定值清单定值清单: 其动作方程为其动作方程为: IkzIkzIgIgIkzIkz发电机两中性点之间的基波电流（发电机两中性点之间的基波电流（TATA二次值）；二次值）；IgIg横差保护的动作电流整定值横差保护的动作电流整定值 名称动作电流动作时间代号Igt1整定范围0.1300.110单位A秒3、发电机纵向零序电压式匝间保护发电机纵向零序电压式匝间保护 1 1）基本原理：）基本原理：发电机纵向零序电压式匝间保护，是发电机同相同分支匝发电机纵向零序电压式匝间保护，是发电
26、机同相同分支匝间短路及同相不同分支之间匝间短路的主保护。间短路及同相不同分支之间匝间短路的主保护。定子绕组发生匝间短路时，定子侧有纵向零序电压，这时可采用反应纵向定子绕组发生匝间短路时，定子侧有纵向零序电压，这时可采用反应纵向零序电压的匝间短路保护。其原理接线如零序电压的匝间短路保护。其原理接线如下下。该保护原理简单，具有较高该保护原理简单，具有较高的灵敏度，适用于中性点只有三个引出端子的多分支绕组的发电机上。但的灵敏度，适用于中性点只有三个引出端子的多分支绕组的发电机上。但须设专用电压互感器，因其中性点不直接接地，故不能用来测量相对地电须设专用电压互感器，因其中性点不直接接地，故不能用来测量
27、相对地电压和用于接地保护。压和用于接地保护。 发电机纵向零序电压式匝间短路保护发电机纵向零序电压式匝间短路保护U30ohU3nmZllUUKUUUU03030000)33(33保护采用两段式：I段为次灵敏段，II段为灵敏段。动作方程:2）微机保护原理）微机保护原理构成原理：构成原理：该保护反映的是发电机纵向零序电压的基波分量，并用其三次该保护反映的是发电机纵向零序电压的基波分量，并用其三次谐波增量作为制动量。纵向零序电压取自机端专用谐波增量作为制动量。纵向零序电压取自机端专用TVTV的开口三角输出端。的开口三角输出端。TVTV应全绝缘应全绝缘, ,其一次中性点不允许接地，而是通过高压电缆与发电
28、机中性其一次中性点不允许接地，而是通过高压电缆与发电机中性点联接起来。保护的交流接入回路如下：点联接起来。保护的交流接入回路如下： 逻辑框图逻辑框图为防止专用为防止专用TVTV一次断线时保护误动，引入一次断线时保护误动，引入TVTV断线闭锁；另外，为防止区外断线闭锁；另外，为防止区外故障或其他原因（例如，专用故障或其他原因（例如，专用TVTV回路有问题）产生的纵向零序电压使保护回路有问题）产生的纵向零序电压使保护误动，引入负序功率方向闭锁。负序功率方向判据采用开放式（即允许式）误动，引入负序功率方向闭锁。负序功率方向判据采用开放式（即允许式）闭锁。保护的逻辑框图如下：闭锁。保护的逻辑框图如下：
29、 定值取值建议（1）纵向零序电压动作值及动作电压的整定原）纵向零序电压动作值及动作电压的整定原则是：则是： 能可靠躲过正常工况下由发电机纵向不对称能可靠躲过正常工况下由发电机纵向不对称及专用及专用TV三相参数不一致产生的零序电压，而在三相参数不一致产生的零序电压，而在定子绕组发生最小匝间短路时能可靠动作。定子绕组发生最小匝间短路时能可靠动作。对于由上海电机厂生产的定子绕组呈单对于由上海电机厂生产的定子绕组呈单Y型连接、型连接、容量为容量为125MW的汽轮发电机，可取的汽轮发电机，可取8V以上；而以上；而对于国内生产的定子绕组呈双对于国内生产的定子绕组呈双Y型连接、容量为型连接、容量为200MW
30、300MW的汽轮发电机，的汽轮发电机，可取可取5V8V。可取（可取（0.40.8） ，一般约，一般约3V左右。左右。hU03lU03hU03 三次谐波额定电压 取发电机额定负荷下三次谐波电势25V 三次谐波增量制动系数 一般 取 0.40.5 纵向零序电压式匝间保护，应带一个小延时动作，以确保在专用TV一次断线时能可靠不动作。运行实践表明：t0=0.150.2秒是合理的。nU03ZK4. 匝间短路的裂相横差保护匝间短路的裂相横差保护12hdIII122brkIII00000()hdactbrkbrkhdbrkbrkbrkactbrkbrkhdsIIIIIKIIIIIII 七、同步发电机的定子单
31、相接地保护七、同步发电机的定子单相接地保护表表10-1 10-1 发电机单相接地电流允许值发电机单相接地电流允许值发电机额定电压发电机额定电压(kV)(kV) 发电机额定容量发电机额定容量(MW)(MW)接地电流允许值接地电流允许值(A)(A)6.36.350UU3N3N保护范围保护范围：反应定子绕组中性点侧约：反应定子绕组中性点侧约5050范围内的接范围内的接地故障。地故障。三次谐波定子接地保护交流接入回路绝对值比较式定子接地保护的动作方程为K1、K3三次谐波式定子接地保护调整系数定值 浮动电压门坎。三次谐波式定子接地保护的逻辑框图如图下。三次谐波式定子接地保护的逻辑框图如图下。 定子接地保
32、护逻辑框图2 2、基波零序电压和三次谐波电压构成的定子单相接基波零序电压和三次谐波电压构成的定子单相接地保护地保护(1)(1)保护原理保护原理 基波零序电压保护基波零序电压保护：发电机距机端：发电机距机端9595范围内定子范围内定子绕组单相接地故障（中性点附近有绕组单相接地故障（中性点附近有5%5%的死区）；的死区）； 三次谐波电压保护：三次谐波电压保护：发电机中性点附近定子绕组的发电机中性点附近定子绕组的单相接地。单相接地。动作判据为动作判据为 KUUUUNSset3303 U Usetset为实测基波不平衡电压。为实测基波不平衡电压。 当当U UOPOP10V10V时，应校验高压系统接地短
33、路时传递时，应校验高压系统接地短路时传递到机端的基波零序电压，以免误动。到机端的基波零序电压，以免误动。2)2)三次谐波电压比的整定。三次谐波电压比的整定。 若实测发电机正常运行时的最大三次谐波电若实测发电机正常运行时的最大三次谐波电压比值设为压比值设为K K0 0，则取，则取K K(1.05(1.051.15)K1.15)K0 0。取取1.21.21.31.3 若发电机机端电压互感器变比为若发电机机端电压互感器变比为 不管发电机中性点接地方式如何，中性点电压不管发电机中性点接地方式如何，中性点电压互感器变比应满足互感器变比应满足 3100/3100/3,GNUVUGN100/3,八、发电机相
34、间短路的后备保护八、发电机相间短路的后备保护发电机相间短路的后备保护，应在下列情况下动发电机相间短路的后备保护，应在下列情况下动作：作：1)发电机外部故障，而故障元件的保护或断路器发电机外部故障，而故障元件的保护或断路器拒动时。拒动时。2)发电机电压母线上发生短路、而该母线又末装发电机电压母线上发生短路、而该母线又末装设专用保护时设专用保护时3)发电机内部发生相间短路，纵差动保护拒动时。发电机内部发生相间短路，纵差动保护拒动时。1、同步发电机复合电压过流保护保护、同步发电机复合电压过流保护保护构成原理及逻辑框图（0.70.75）UN （8%10%） UN图4.19发电机复合电压过电流保护出口逻
35、辑框图+lcaUUgUU22gaIIgcIIgbII&t1t2信 号出 口0t0信 号出 口2、阻抗保护（包括发电机、变压器） 发电机变压器低阻抗保护，主要作为发电机及变压器相间短路的后备保护，有时还兼作相邻设备（母线、线路等）相间短路的后备保护。 该保护主要由三个相间阻抗元件构成。阻抗元件的接入电压和接入电流，可以取自机端TV及TA的二次，也可以取自主变高压侧或中压侧TV及TA二次。图4.20发电机低阻抗保护动作逻辑框图t1t2信 号信 号出 口出 口+&TV断 线labZZbcZZcaZZaIIbIIcIIllgggII22g发电机过负荷及过电流保护发电机过负荷及过电流保护保护反映发电机定
36、子电流的大小。当发电机定子电流超过额保护反映发电机定子电流的大小。当发电机定子电流超过额定电流值（过负荷）或很大时（系统故障引起过电流），经定电流值（过负荷）或很大时（系统故障引起过电流），经延时动作于信号（过负荷）或作用于切机（过电流）。延时动作于信号（过负荷）或作用于切机（过电流）。保护引入发电机电流（保护引入发电机电流（TA二次值）。保护可引入三相电流、二次值）。保护可引入三相电流、或只一相电流，在保护定义时确定。引入一相电流的保护，或只一相电流，在保护定义时确定。引入一相电流的保护，一般为过负荷保护。引入三相电流的保护，一般为过流保护。一般为过负荷保护。引入三相电流的保护，一般为过流保
37、护。3、发电机反时限对称过负荷保护 作用：是发电机定子的过热保护，主要用于内冷式大型汽轮发电机。 构成原理：保护反映发电机定子电流的大小，其输入电流同发电机定时限过负荷及过电流保护，即可为发电机TA二次某一相电流，或者为三相电流。该保护由定时限和反时限两部分构成。动作方程 定时限部分： 反时限部分gII122)(KtKI 动作特性 当发电机的电流大于定时限动作整定值时，经延时发信号；而大于反时限启动电流值时，保护的动作时间与电流大小成反比，出口作用于解列或程序跳闸。 保护的反时限特性曲线由三部分构成：上限短延时、反时限及下限长延时。其特性曲线如图所示。逻辑框图逻辑框图发电机反时限对称过负荷保护
38、的逻辑框图如下。发电机反时限对称过负荷保护的逻辑框图如下。Ig1、t11定时限动作电流、时间；定时限动作电流、时间；Is、ts下限电流、下限电流、长延时；长延时； Iup、tup上限电流、时间上限电流、时间4、 发电机反时限不对称过负荷保护发电机反时限不对称过负荷保护发电机反时限不对称过负荷保护，适用于大型内冷式汽轮发电机。是发电发电机反时限不对称过负荷保护，适用于大型内冷式汽轮发电机。是发电机的转子过热保护，也叫转子表层过热保护。机的转子过热保护，也叫转子表层过热保护。保护反应发电机定子电流中的负序分量。其输入电流为发电机保护反应发电机定子电流中的负序分量。其输入电流为发电机TATA二次三相
39、二次三相电流。保护由定时限和反时限二部分构成。电流。保护由定时限和反时限二部分构成。 当发电机负序电流大于定时限动作整定值时，经延时发信号；大于反时限当发电机负序电流大于定时限动作整定值时，经延时发信号；大于反时限启动电流值时，保护按反时限作用于切除发电机。启动电流值时，保护按反时限作用于切除发电机。保护的反时限特性曲线由三部分构成：上限短延时、反时限及下限长延时。保护的反时限特性曲线由三部分构成：上限短延时、反时限及下限长延时。其特性曲线如下其特性曲线如下。动作方程 定时限部分： 反时限部分2I12gI222)(tKI1K5 、发电机转子绕组过负荷及过流保护、发电机转子绕组过负荷及过流保护
40、发电机转子绕组过负荷及过电流保护，用于发电机转子绕组过负荷及过电流保护，用于保护转子绕组及作为励磁机的后备保护。保护转子绕组及作为励磁机的后备保护。九、发电机转子回路接地保护九、发电机转子回路接地保护1 1、发电机励磁回路故障原因及危害、发电机励磁回路故障原因及危害 发电机转子励磁绕组的接地故障包括一点接地和两点发电机转子励磁绕组的接地故障包括一点接地和两点接地。接地。所谓接地是指励磁绕组绝缘损坏或击穿而使励磁所谓接地是指励磁绕组绝缘损坏或击穿而使励磁绕组导体与转子铁芯相接触。绕组导体与转子铁芯相接触。励磁回路一点接地故障对励磁回路一点接地故障对发电机并不造成危害，但若再相继发生第二点接地将严
41、发电机并不造成危害，但若再相继发生第二点接地将严重威胁发电机的安全。当发生两点接地故障时，由于故重威胁发电机的安全。当发生两点接地故障时，由于故障点流过相当大的故障电流将烧伤转子本体；由于绕组障点流过相当大的故障电流将烧伤转子本体；由于绕组部分短接，励磁绕组中电流增加，可能因过热而烧伤；部分短接，励磁绕组中电流增加，可能因过热而烧伤；由于部分绕组被短接，使气隙磁通失去平衡，从而引起由于部分绕组被短接，使气隙磁通失去平衡，从而引起振动振动，特别是多极机会引起更加严重的转动，甚至会因，特别是多极机会引起更加严重的转动，甚至会因此造成灾难性后果。此外，汽轮发电机励磁回路两点接此造成灾难性后果。此外，
42、汽轮发电机励磁回路两点接地，还可能使轴系和汽机磁化。因此，励磁回路两点接地，还可能使轴系和汽机磁化。因此，励磁回路两点接地故障的后果是严重的。地故障的后果是严重的。2 2、发电机励磁回路接地保护现状、发电机励磁回路接地保护现状 对于对于1MW1MW以上的水轮发电机，都装设一点接地保护，以上的水轮发电机，都装设一点接地保护，动作于信号，不装设两点接地保护。中小型汽轮发电机，动作于信号，不装设两点接地保护。中小型汽轮发电机，只装设可供定期检测用的绝缘检查电压表和正常不投入只装设可供定期检测用的绝缘检查电压表和正常不投入运行的两点接地保护，不装设一点接地保护。当用绝缘运行的两点接地保护，不装设一点接
43、地保护。当用绝缘检查电压表检出一点接地故障后，再把两点接地保护装检查电压表检出一点接地故障后，再把两点接地保护装置投入。置投入。转子水内冷汽轮发电机和转子水内冷汽轮发电机和100MW100MW及以上汽轮发及以上汽轮发电机，应装设一点接地保护，并根据情况可装设两点接电机，应装设一点接地保护，并根据情况可装设两点接地保护装置。地保护装置。通常在大型发电机组上都要求装设转子一点接地保护，通常在大型发电机组上都要求装设转子一点接地保护，动作于信号；同时，也投入两点接地保护，以防可能发动作于信号；同时，也投入两点接地保护，以防可能发生的两点同时接地及匝间短路故障。生的两点同时接地及匝间短路故障。3 3、
44、转子一点接地故障保护、转子一点接地故障保护 励磁回路的一点接地保护，除简单、可靠这些一般励磁回路的一点接地保护，除简单、可靠这些一般要求之外，还要求能够反应在励磁回路中任一点发生的要求之外，还要求能够反应在励磁回路中任一点发生的接地故障，并且要求有足够的灵敏度。在评价励磁回路接地故障，并且要求有足够的灵敏度。在评价励磁回路一点接地保护时，灵敏度是用故障点对地之间的过渡电一点接地保护时，灵敏度是用故障点对地之间的过渡电阻大小来定义，若过渡电阻为阻大小来定义，若过渡电阻为R Rg g，保护装置处于动作边，保护装置处于动作边界上，则称保护装置在该点的灵敏度为界上，则称保护装置在该点的灵敏度为R Rg
45、 g（）。 转子一点接地故障保护的方式很多转子一点接地故障保护的方式很多，如绝缘监视、，如绝缘监视、电桥式、迭加直流电压式，迭加交流电压式等。在微机电桥式、迭加直流电压式，迭加交流电压式等。在微机保护装置中，转子一点接地保护常采用的是注入式直流保护装置中，转子一点接地保护常采用的是注入式直流电源，该电源系装置自产。因此，在发电机运行及不运电源，该电源系装置自产。因此，在发电机运行及不运行时，均可监视发电机励磁回路的对地绝缘。该保护动行时，均可监视发电机励磁回路的对地绝缘。该保护动作灵敏、无死区。作灵敏、无死区。 (1)励励磁回路一点接地检查检查装置励磁回路绝缘完好时，励磁回路绝缘完好时，U1=
46、U2=U/2；若正极接地，则若正极接地，则U1=0，U2=U；若接地点靠近负极，则；若接地点靠近负极，则U1U/2，U250k50k。利用微机智能化测量，克服了传统保护中。利用微机智能化测量，克服了传统保护中绕组正负极灵敏度不均匀的缺点，能准确地计算出转子对地的绕组正负极灵敏度不均匀的缺点，能准确地计算出转子对地的绝缘电阻值，范围可达绝缘电阻值，范围可达200k200k。转子分布电容对测量无影响。转子分布电容对测量无影响。发电机启动过程中，转子无电压时，保护并不失去作用，保护发电机启动过程中，转子无电压时，保护并不失去作用，保护引入转子负极与大轴接地线。引入转子负极与大轴接地线。图4.25叠加
47、直流式转子一点接地保护原理图（3）外加交流电压式一点接地保护）外加交流电压式一点接地保护 经辅助电压互感器经辅助电压互感器TVATVA将一交流电压将一交流电压U U0 0，经过一普通电流继电器，经过一普通电流继电器K K和一隔直耦合电容和一隔直耦合电容C C，叠加到励磁绕组的一端与地之间，就构成，叠加到励磁绕组的一端与地之间，就构成了简单的叠加交流电压式一点接地保护。继电器的动作电流，要了简单的叠加交流电压式一点接地保护。继电器的动作电流，要躲过正常情况下流过继电器的不平衡电流。当励磁绕组上某一点躲过正常情况下流过继电器的不平衡电流。当励磁绕组上某一点经过渡电阻经过渡电阻R Rf f接地时，流
48、过继电器的电流大于整定值时，继电器接地时，流过继电器的电流大于整定值时，继电器动作。动作。（4 4）微机型切换采样式一点接地保护）微机型切换采样式一点接地保护基于切换采样原理的励磁回路一点接地微机保护原理如图所基于切换采样原理的励磁回路一点接地微机保护原理如图所示。接地故障点示。接地故障点k k将转子绕组分为将转子绕组分为和和1-1-两部分（两部分（为转子为转子绕组的百分数），绕组的百分数），R Rg g为故障点过渡电阻，由四个电阻为故障点过渡电阻，由四个电阻R R和一个和一个信号电阻信号电阻R R1 1组成两个网孔的直流电路。如图所示，两个电子开组成两个网孔的直流电路。如图所示，两个电子开关
49、关S1S1和和S2S2轮流接通。轮流接通。3 3、励磁回路两点接地保护、励磁回路两点接地保护1 1）利用切换采样原理当再发生第二点接地时）利用切换采样原理当再发生第二点接地时判发生了两点接地。判发生了两点接地。该原理两点接地有死区。该原理两点接地有死区。2 2）二次谐波式保护构成原理）二次谐波式保护构成原理当发电机转子绕组两点接地时，其气隙磁场将发生畸变，在定当发电机转子绕组两点接地时，其气隙磁场将发生畸变，在定子绕组中将产生子绕组中将产生2 2次谐波负序分量电势。转子两点接地保护即反次谐波负序分量电势。转子两点接地保护即反应定子电压中应定子电压中2 2次谐波次谐波“负序负序”分量。分量。动作
50、方程：动作方程：（2 2） 逻辑框图逻辑框图在转子一点接地保护动作后，自动投入转子两点接地在转子一点接地保护动作后，自动投入转子两点接地保护。转子两点接地保护的逻辑框图如图保护。转子两点接地保护的逻辑框图如图十发电机失磁保护（阻抗原十发电机失磁保护（阻抗原理）理）发电机失磁保护发电机失磁保护1 1、发电机的失磁运行及其产生的影响、发电机的失磁运行及其产生的影响 失磁故障指励磁突然全部消失或部分消失（低励）励磁电失磁故障指励磁突然全部消失或部分消失（低励）励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流）流低于静稳极限所对应的励磁电流） 失磁原因：三种（失磁原因：三种（1 1）励磁回路开路，励磁绕组断线）励
