南昌大学继电保护第十一章 同步发电机的继电保护

1、同步发电机是电力系统中最重要的设备，它的安全运行对保证同步发电机是电力系统中最重要的设备，它的安全运行对保证 电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用。同时发电电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用。同时发电 机本身也是一个十分贵重的电器元件，因此，应该针对各种不机本身也是一个十分贵重的电器元件，因此，应该针对各种不 同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。 发电机的故障类型主要有：发电机的故障类型主要有： （1）定子绕组相间短路定子绕组相间短路 定子绕组间的相间短路对发电机定子绕组间的相间短路对发电机 的危害最大。产

2、出很大的短路电流使绕组过热，故障点的的危害最大。产出很大的短路电流使绕组过热，故障点的 电弧将破坏绝缘，烧坏铁芯和绕组、甚至导致发电机着火电弧将破坏绝缘，烧坏铁芯和绕组、甚至导致发电机着火。 （2）定子绕组匝间短路定子绕组匝间短路 定子绕组匝间短路时，被短路的定子绕组匝间短路时，被短路的 部分绕组内将产生大的环流，从而引起故障处温度升高，部分绕组内将产生大的环流，从而引起故障处温度升高， 绝缘破坏，并有可能转变成单相接地和相间短路。绝缘破坏，并有可能转变成单相接地和相间短路。 （3）定子绕组单相接地定子绕组单相接地 发生这种故障时，发电机电压网发生这种故障时，发电机电压网 络的电容电流将流过故

3、障点，当电流较大时，会使铁芯局络的电容电流将流过故障点，当电流较大时，会使铁芯局 部溶化，给修理工作带来很大的困难。部溶化，给修理工作带来很大的困难。 （4）励磁回路一点或两点接地励磁回路一点或两点接地 当励磁回路一点接地时，当励磁回路一点接地时， 由于没有构成接地电流通路，因此对发电机没有直接的危由于没有构成接地电流通路，因此对发电机没有直接的危 害。如果再发生另一点接地，就会造成励磁回路两点接地害。如果再发生另一点接地，就会造成励磁回路两点接地 短路，可能烧坏励磁绕组和铁芯。此外，由于转子磁通的短路，可能烧坏励磁绕组和铁芯。此外，由于转子磁通的 对称性破坏，还会引起机组的强烈震动。对称性破

4、坏，还会引起机组的强烈震动。 发电机的不正常运行状态主要有：发电机的不正常运行状态主要有： （1 1）励磁电流急剧下降或消失励磁电流急剧下降或消失 发电机励磁系统故发电机励磁系统故 障或自动灭磁开关误跳闸，引起励磁电流急剧下降障或自动灭磁开关误跳闸，引起励磁电流急剧下降 或消失。在此情况下，发电机由同步转入异步运行或消失。在此情况下，发电机由同步转入异步运行 状态，并从系统吸收无功功率。系统无功不足时，状态，并从系统吸收无功功率。系统无功不足时， 将引起电压下降，甚至使系统崩溃。同时，引起定将引起电压下降，甚至使系统崩溃。同时，引起定 子电流增加和转子过热，威胁发电机安全。子电流增加和转子过热

5、，威胁发电机安全。 （2 2）外部短路引起定子绕组过电流外部短路引起定子绕组过电流 （3 3）负荷超过发电机额定容量而引起的过负荷负荷超过发电机额定容量而引起的过负荷 以上（以上（2 2）（）（3 3）两种不正常运行状态都将引起）两种不正常运行状态都将引起 发电机定子绕组温度升高，加速绝缘老化，缩短机发电机定子绕组温度升高，加速绝缘老化，缩短机 组寿命，也可能发展成为发电机内部故障。组寿命，也可能发展成为发电机内部故障。 （4 4）转子表层过热转子表层过热 电力系统发生不对称短路或发电电力系统发生不对称短路或发电 机三相负荷不对称时，将有负序电流流过定子绕组，机三相负荷不对称时，将有负序电流流

6、过定子绕组， 在发电机中产生对转子的两倍同步转速旋转的磁场，在发电机中产生对转子的两倍同步转速旋转的磁场， 从而在转子中感应出倍频电流。此电流可能造成转子从而在转子中感应出倍频电流。此电流可能造成转子 局部灼伤，严重时会使保护环受热松脱。特别是大型局部灼伤，严重时会使保护环受热松脱。特别是大型 机组，这种威胁更加突出。机组，这种威胁更加突出。 （5 5）定子绕组过电压定子绕组过电压 调速系统惯性较大的发电机调速系统惯性较大的发电机 （如水轮发电机）因突然甩负荷，转速急剧上升，发（如水轮发电机）因突然甩负荷，转速急剧上升，发 电机电压迅速升高，造成定子绕组绝缘击穿。电机电压迅速升高，造成定子绕组

7、绝缘击穿。 此外，发电机异常运行状态还有发电机失步、发此外，发电机异常运行状态还有发电机失步、发 电机逆功率、非全相运行以及励磁回路故障或强励磁电机逆功率、非全相运行以及励磁回路故障或强励磁 时间过长而引起的转子绕组过负荷等。时间过长而引起的转子绕组过负荷等。 一、发电机可能发生的故障及其相一、发电机可能发生的故障及其相 应的保护应的保护 1）发电机定子绕组）发电机定子绕组 相间短路相间短路 定子绕组相间 短路会产生很 大的短路电流， 严重损坏发电 机。应装设纵 联差动保护。 2）发电机定子绕组发电机定子绕组 匝间短路匝间短路 匝间短路将出匝间短路将出 现很大的环流，现很大的环流， 使绝缘老化

8、，使绝缘老化， 甚至击穿绝缘甚至击穿绝缘 发展为单相接发展为单相接 地或相间短路，地或相间短路， 扩大发电机扩大发电机 损坏范围损坏范围。故应故应 设置定子绕组设置定子绕组 匝间匝间短路保护短路保护 3 3）发电机定子绕组单相接地）发电机定子绕组单相接地 定子绕组单相接地是易发生的一种故 障。单相接地后，其电容电流流过故障点 的定子铁芯，当此电流较大或持续时间较 长时，会使铁芯局部熔化。因此，应装设 灵敏的反应全部绕组任一点接地故障的 100%定子绕组单相接地保护。 一、发电机可能发生的故障及相一、发电机可能发生的故障及相 应的保护应的保护 4 4）发电机转子绕组一点接地两点接地）发电机转子绕

9、组一点接地两点接地 转子绕组一点 接地，由于没 有构成通路， 对发电机没有 直接危害。 再发生另一点接地， 则转子绕组一部分 被短接，会烧毁转 子绕组，由于部分 绕组短接，破坏磁 磁路的对称性，造 成磁势不平衡而引 起机组剧烈振动， 产生严重后果。 应装设转子 绕组一点接地保护 和两点接地保护。 一、发电机可能发生的故障及一、发电机可能发生的故障及 相应的保护相应的保护 5 5）发电机失磁）发电机失磁 造成危害： 失磁原因 转子绕组断线、 励磁回路故障 或灭磁开关误 动等。 不仅对发电机造成 危害，而且对电力 系统安全也会造成 严重影响。 装设失磁保护。 一、发电机可能发生的故障及相应的保护一

10、、发电机可能发生的故障及相应的保护 二、发电机的不正常工作状态及二、发电机的不正常工作状态及 其相应的保护其相应的保护 不 正 常 工 作 状 态 负荷超过发电机额定值、负 序电流超过发电机长期允许值 外部短路、非周期合闸 以及系统振荡等。 发电机突然甩负荷 主汽门突然关闭而发 电机断路器未断开 过电流保护 过负荷保护 过电压保护 逆功率保护 过电流保护过电流保护 过负荷保护过负荷保护 作为外部短路和内部短路的后作为外部短路和内部短路的后 备保护。备保护。50MW及以上的发电及以上的发电 电机，应装设电机，应装设负序过电流保护负序过电流保护。 对称过负荷，应装设只接于一对称过负荷，应装设只接于

11、一 相的过负荷保护。不对称过负相的过负荷保护。不对称过负 荷，一般在荷，一般在50MW及以上发电及以上发电 电机应装设电机应装设负序过负荷保护负序过负荷保护。 二、发电机的不正常工作状态及其相二、发电机的不正常工作状态及其相 应的保护应的保护 过电压保护过电压保护 逆功率保护逆功率保护 特别是水轮发电机，在突 然甩负荷时，转速急剧上 升从而引起过电压。在水 轮发电机和大型汽轮发电 机上应装设。 主汽门突然关闭而发电机断路 器未断，发电机变为从系统吸 收无功，对汽轮发电机叶片特 别是尾叶，可能过热而损坏。 发电机保护动作跳开发电机发电机保护动作跳开发电机断路器断路器 的同时，还应的同时，还应断开

12、发电机励磁电流断开发电机励磁电流。 二、发电机的不正常工作状态及其 相应的保护 第二节第二节 发电机的纵差保护发电机的纵差保护 发电机纵差保护是发电机定子绕组及其引出线相间短发电机纵差保护是发电机定子绕组及其引出线相间短 路的主保护，它应能快速而灵敏地切除内部所发生的路的主保护，它应能快速而灵敏地切除内部所发生的 故障。同时，在正常运行及外部故障时，又应保证其故障。同时，在正常运行及外部故障时，又应保证其 动作的选择性和工作的可靠性。在保护范围内发生相动作的选择性和工作的可靠性。在保护范围内发生相 间短路时，应瞬间断开发电机断路器和自动灭磁开关。间短路时，应瞬间断开发电机断路器和自动灭磁开关。

13、 一般中、小型机组的纵差保护采用带速饱和变流器的一般中、小型机组的纵差保护采用带速饱和变流器的 电磁型差动继电器电磁型差动继电器BCH-2BCH-2构成，大容量的发电机采用带构成，大容量的发电机采用带 比率制动特性的差动继电器比率制动特性的差动继电器BCH-1BCH-1 构成。 1 1、用、用BCH-2BCH-2（BCH-1BCH-1）型继电器构成的发电机纵差保护）型继电器构成的发电机纵差保护 一、发电机相间短路及其保护要求一、发电机相间短路及其保护要求 二、发电机的纵差保护二、发电机的纵差保护 发电机的纵差保护是利用比较发电机中性点侧和引出线发电机的纵差保护是利用比较发电机中性点侧和引出线

14、侧电流幅值和相位的原理构成的，因此在发电机中性点侧侧电流幅值和相位的原理构成的，因此在发电机中性点侧 和引出线侧装设特性和变比完全相同的电流互感器来实现和引出线侧装设特性和变比完全相同的电流互感器来实现 纵差保护。纵差保护。 两组电流互感器之间为纵差保护的保护范围。两组电流互感器之间为纵差保护的保护范围。 电流互感器二次按照循环电流法接线，即如果两组电流电流互感器二次按照循环电流法接线，即如果两组电流 互感器一次侧的极性分别以中性点侧和母线侧为正极性，互感器一次侧的极性分别以中性点侧和母线侧为正极性， 则二次侧同极性相连接。则二次侧同极性相连接。 差动继电器和两侧电流互感器的二次绕组并联。保护

15、的差动继电器和两侧电流互感器的二次绕组并联。保护的 单相原理接线图如图单相原理接线图如图11111 1所示所示 第二节第二节 发电机的纵差保护发电机的纵差保护 第二节第二节 发电机的纵差保护发电机的纵差保护 图图 11-1 11-1 发电机纵差保护单相原理接线图发电机纵差保护单相原理接线图 （a a）内部故障情况；）内部故障情况； （b b）正常运行及外部故障情况）正常运行及外部故障情况 1TA I1 I2 I2 I2 QFQF YR I1 2TA k1 G G KD (a) 1TA I1 I2 I2I2 QFQF YR I1 2TA k2 G G KD (b) I2 I2 正常运行及外部故障

16、时正常运行及外部故障时： 12 22 0 d TATA II III KK 12 22.maxdun TATA II IIII KK 1 K 1 I 1 TA I K 2 TA I K 2 I 理想情况： 实际情况： 第二节第二节 发电机的纵差保护发电机的纵差保护 保护区内故障：保护区内故障： 2 K 1 I 1 TA I K 2 TA I K 2 I 12 22 12 d TATA II III KK 第二节第二节 发电机的纵差保护发电机的纵差保护 2 2）具有断线监视装置的发电机纵差保护的原理接线如图具有断线监视装置的发电机纵差保护的原理接线如图11112 2所示。所示。 第二节第二节 发

17、电机的纵差保护发电机的纵差保护 保护装置采用三相式接线（保护装置采用三相式接线（1 13KD3KD为差动继电器），在差动回路的中线上接有断线为差动继电器），在差动回路的中线上接有断线 监视的电流继电器监视的电流继电器KAKA，当任何一相电流互感器回路断线时，它都能动作，经过时间，当任何一相电流互感器回路断线时，它都能动作，经过时间 继电器继电器KTKT延时发出信号。延时发出信号。 另外，为了使差动保护的范围能包括发电机引出线（或电缆）在内，所使用的电流另外，为了使差动保护的范围能包括发电机引出线（或电缆）在内，所使用的电流 互感器应装在靠近断路器的地方。互感器应装在靠近断路器的地方。 Q FQ

18、 F Y R G 1K D2K D3K DK AK T K SK M 信 号 跳 励 磁 开 关 断 线 信 号 图图 11-2 11-2 具有断线监视装置的发电机纵差保护原理接线图具有断线监视装置的发电机纵差保护原理接线图 第三节第三节 发电机定子绕组匝间发电机定子绕组匝间 短路保护短路保护 n 发电机定子绕组匝间短路保护按定子双星形接线时可以采发电机定子绕组匝间短路保护按定子双星形接线时可以采 用用横差保护横差保护，否则应采用其它匝间保护。如利用，否则应采用其它匝间保护。如利用负序功率负序功率 闭锁的转子二次谐波电流原理构成的匝间短路保护；定子闭锁的转子二次谐波电流原理构成的匝间短路保护；

19、定子 绕组零序电压原理构成的匝间短路保护；负序功率方向闭绕组零序电压原理构成的匝间短路保护；负序功率方向闭 锁的零序电压匝间短路保护。锁的零序电压匝间短路保护。 n 横差保护灵敏性较高，但有死区；负序功率闭锁的转子二横差保护灵敏性较高，但有死区；负序功率闭锁的转子二 次谐波电流原理构成的匝间短路保护结构简单、灵敏性高，次谐波电流原理构成的匝间短路保护结构简单、灵敏性高， 一般可用于大型发电机组，大型发电机组也可以采用负序一般可用于大型发电机组，大型发电机组也可以采用负序 功率方向闭锁的零序电压匝间短路保护；定子绕组零序电功率方向闭锁的零序电压匝间短路保护；定子绕组零序电 压原理构成的匝间短路保

20、护装置由零序电压、负序功率方压原理构成的匝间短路保护装置由零序电压、负序功率方 向和电压断线闭锁三部分组成，装置复杂，灵敏性不高，向和电压断线闭锁三部分组成，装置复杂，灵敏性不高， 因此，只在不能采用单元件横差保护的情况下采用。因此，只在不能采用单元件横差保护的情况下采用。 第三节第三节 发电机定子绕组匝间发电机定子绕组匝间 短路保护短路保护 同步发电机定子绕组的匝间短路，包括同一分支匝间和同一同步发电机定子绕组的匝间短路，包括同一分支匝间和同一 相不同分支匝间的短路。发生匝间短路时，短路环中的电流相不同分支匝间的短路。发生匝间短路时，短路环中的电流 可能很大，若不及时处理，故障处的温度升高，

21、使绝缘损坏，可能很大，若不及时处理，故障处的温度升高，使绝缘损坏， 很可能导致定子绕组单相接地或发展成相间短路。对于这种很可能导致定子绕组单相接地或发展成相间短路。对于这种 故障，纵差保护不能反映。因此，在发电机（尤其是大型机故障，纵差保护不能反映。因此，在发电机（尤其是大型机 组）应该装设匝间短路保护。保护动作后，断开发电机断路组）应该装设匝间短路保护。保护动作后，断开发电机断路 器和自动灭磁开关。横差保护只装设在定子绕组为双星形接器和自动灭磁开关。横差保护只装设在定子绕组为双星形接 线的发电机上。线的发电机上。 双星形接线的定子绕组匝间短双星形接线的定子绕组匝间短 路有两种情况路有两种情况

22、 1 1、同一绕组内部发生匝间短路：、同一绕组内部发生匝间短路： 此时由于两个分支绕组的电动势此时由于两个分支绕组的电动势 不等，将有环流产生。短路的匝不等，将有环流产生。短路的匝 数越多环流越大，短路匝数越少，数越多环流越大，短路匝数越少， 环流越小；环流越小； K I KD K I 双星形接线的定子绕组匝间短路有双星形接线的定子绕组匝间短路有 两种情况两种情况 2、同相的两个分支绕组间发生同相的两个分支绕组间发生 匝间短路：当两绕组在不同的匝间短路：当两绕组在不同的 电位点发生短路时，由于短路电位点发生短路时，由于短路 形成的两个回路中都存在电动形成的两个回路中都存在电动 势差，因此两个回

23、路将分别出势差，因此两个回路将分别出 现环流和（和因两回路电动势现环流和（和因两回路电动势 差数值相同、回路阻抗相同而差数值相同、回路阻抗相同而 数值相等）。电动势差越大，数值相等）。电动势差越大， 环流越大。两绕组的等电位点环流越大。两绕组的等电位点 短路时，就没有环流。短路时，就没有环流。 K I KD K I K I K I 一、单继电器式横差保护一、单继电器式横差保护 n 正常运行时：由于每相的两个分支绕组感应电动势相等，各正常运行时：由于每相的两个分支绕组感应电动势相等，各 供应相电流的一半，故两组星形绕组里的三相电流对称且平供应相电流的一半，故两组星形绕组里的三相电流对称且平 衡，

24、两个中性点电位相等，故装在中性点连线上的电流互感衡，两个中性点电位相等，故装在中性点连线上的电流互感 器器TATA中没有电流流过，电流继电器中没有电流流过，电流继电器KAKA不会动作。不会动作。 QFQF YR KSKM 跳励磁开关 至信号 KA UA TA XB KT n 一个绕组发生匝间短路，或者在同相的两个绕组间发生一个绕组发生匝间短路，或者在同相的两个绕组间发生 匝间短路时：该相的两个分支绕组间就有环流流过，从匝间短路时：该相的两个分支绕组间就有环流流过，从 而电流互感器而电流互感器TATA一次侧有电流流过，接于一次侧有电流流过，接于TATA二次侧的电二次侧的电 流继电器流继电器KAK

25、A在电流超过其动作电流值时就会动作，中间在电流超过其动作电流值时就会动作，中间 继电器继电器KMKM因而启动，使发电机断路器和励磁开关跳闸，因而启动，使发电机断路器和励磁开关跳闸， 并进行事故停机。并进行事故停机。 跳励磁开关 一、单继电器式横差保护一、单继电器式横差保护 n 由于三次谐波电压三相同电位，三相电压之和不为零，故由于三次谐波电压三相同电位，三相电压之和不为零，故 当发电机存在三次谐波电动势时，双星形接线的两个中性当发电机存在三次谐波电动势时，双星形接线的两个中性 点上都会出现三次谐波电压。如果两个中性点上的三次谐点上都会出现三次谐波电压。如果两个中性点上的三次谐 波电压不相等，中

26、性点连线上就会出现三次谐波电流，波电压不相等，中性点连线上就会出现三次谐波电流，横横 差保护就有可能误动作，因此必须加装三次谐波电流滤过差保护就有可能误动作，因此必须加装三次谐波电流滤过 器，用以滤除三次谐波电流。器，用以滤除三次谐波电流。 跳励磁开 关 n 电容电容C C的作用是滤过三次谐波，由于容抗大小与频率成的作用是滤过三次谐波，由于容抗大小与频率成 反比，通过三次谐波电流时容抗比通过基波电流要小，反比，通过三次谐波电流时容抗比通过基波电流要小， 因此，当电流继电器和电容并联时，三次谐波电流会被因此，当电流继电器和电容并联时，三次谐波电流会被 电容支路分流掉，从而起到三次谐波滤过器作用。

27、电容电容支路分流掉，从而起到三次谐波滤过器作用。电容 量用满足三倍工频量用满足三倍工频150Hz150Hz时继电器动作电流比时继电器动作电流比50Hz50Hz时动作时动作 电流大电流大1010倍。倍。 跳励磁开关 横差保护的动作电流，根据运行经验可以横差保护的动作电流，根据运行经验可以 整定为整定为20203030发电机额定电流。发电机额定电流。 跳励磁开关 二、反应转子回路二次谐波电流原理匝二、反应转子回路二次谐波电流原理匝 间短路保护间短路保护 一、 发电机定子绕组匝间短路时，将在转子回路感发电机定子绕组匝间短路时，将在转子回路感 应二次谐波电流。发电机正常对称运行时，转子应二次谐波电流。

28、发电机正常对称运行时，转子 电流无二次谐波成分。因此，可以利用转子二次电流无二次谐波成分。因此，可以利用转子二次 谐波电流构成匝间短路保护。谐波电流构成匝间短路保护。 TA2 FLQ TV KWH UX 二、反应转子回路二次谐波电流原理匝间短二、反应转子回路二次谐波电流原理匝间短 路保护路保护 二、工作原理分析二、工作原理分析 1 1、定子绕组匝间短路后，转子二次谐波电流大于保护动作、定子绕组匝间短路后，转子二次谐波电流大于保护动作 电流。电流。 22 KD op II 差动继电器动作 负序功率由发电机流向系统，故负序功率方向继电器负序功率由发电机流向系统，故负序功率方向继电器KWHKWH不不

29、 动作，动作，KWHKWH不发出闭锁信号，从而保护无延时送出跳闸脉冲。不发出闭锁信号，从而保护无延时送出跳闸脉冲。 TA2 FLQ TV KWH UX 二、反应转子回路二次谐波电流原理匝间短二、反应转子回路二次谐波电流原理匝间短 路保护路保护 2 2、由于负序电流取自机端电流互感器，因此，在、由于负序电流取自机端电流互感器，因此，在 发电机内部两相短路时，匝间短路保护也会动作，发电机内部两相短路时，匝间短路保护也会动作， KWHKWH不发闭锁信号。不发闭锁信号。 此时，匝间短路保护可兼作内部两相短路保护，此时，匝间短路保护可兼作内部两相短路保护， 负序电流取自中性点侧的电流互感器负序电流取自中

30、性点侧的电流互感器 TA2 FLQ TV KWH UX 二、反应转子回路二次谐波电流原理匝间短二、反应转子回路二次谐波电流原理匝间短 路保护路保护 3 3、当发电机外部不对称短路时，转子回路也会出现二次、当发电机外部不对称短路时，转子回路也会出现二次 谐波电流，匝间保护继电器也可能误动，此时，负序谐波电流，匝间保护继电器也可能误动，此时，负序 功率由外部流入发电机，功率由外部流入发电机，KWHKWH动作，发出闭锁信号，使动作，发出闭锁信号，使 保护闭锁。保护闭锁。 TA2 FLQ TV KWH UX 三、定子绕组零序电压原理的匝间三、定子绕组零序电压原理的匝间 短路保护短路保护 当发电机定子绕

31、组发生匝间短路时，机端三相电当发电机定子绕组发生匝间短路时，机端三相电 压对发电机中性点不对称，出现零序电压。压对发电机中性点不对称，出现零序电压。 TA TVNI TV2 零序电压 断线闭锁 负序功率闭锁 出口 图图11-7 11-7 由负序功率闭锁的纵向零序电压匝间短路由负序功率闭锁的纵向零序电压匝间短路 保护原理示意图保护原理示意图 三、定子绕组零序电压原理的匝间三、定子绕组零序电压原理的匝间 短路保护短路保护 l 当发电机正常运行和外部发生相间短路时，理论当发电机正常运行和外部发生相间短路时，理论TVN1TVN1的开的开 口三角绕组没有输出电压；即口三角绕组没有输出电压；即3U3U0

32、0=0=0。当发电机内部或外部。当发电机内部或外部 发生单相接地故障时，虽然一次系统出现了零序电压，即发生单相接地故障时，虽然一次系统出现了零序电压，即 一次侧三相对地电压不再平衡，中性点电位升高为一次侧三相对地电压不再平衡，中性点电位升高为U U0 0，但，但 是是TVN1TVN1一次侧中性点并不接地，所以即使它的中性点电位一次侧中性点并不接地，所以即使它的中性点电位 升高，三相对中性点的电压仍然完全对称，故开口三角绕升高，三相对中性点的电压仍然完全对称，故开口三角绕 组输出电压也等于零。组输出电压也等于零。 l 只有当发电机内部发生匝间短路或者对中性点不对称的各只有当发电机内部发生匝间短路

33、或者对中性点不对称的各 种相间短路时，破坏了三相对中性点的对称，产生对中性种相间短路时，破坏了三相对中性点的对称，产生对中性 点的零序电压，即点的零序电压，即3U3U0 00 0，使零序电压匝间短路保护正常，使零序电压匝间短路保护正常 动作。动作。 第四节第四节 发电机定子绕组单相接地保护发电机定子绕组单相接地保护 n 由于定子绕组与铁芯之间绝缘的破坏而造成定子绕组单相由于定子绕组与铁芯之间绝缘的破坏而造成定子绕组单相 接地故障，这是发电机常见的故障之一。由于发电机中性接地故障，这是发电机常见的故障之一。由于发电机中性 点不接地和经高阻抗接地，定子绕组单相接地并不引起大点不接地和经高阻抗接地，

34、定子绕组单相接地并不引起大 的故障电流，过去很长时间的故障电流，过去很长时间100MW100MW以下的发电机的定子接以下的发电机的定子接 地保护只发信号而不立即跳闸停机。地保护只发信号而不立即跳闸停机。 n 多年的运行实践和事故教训表明，多年的运行实践和事故教训表明，5A5A的定子接地电流不能的定子接地电流不能 认为是安全电流。因此为确保大型发电机的安全，不使单认为是安全电流。因此为确保大型发电机的安全，不使单 相接地故障发展成为相间或匝间短路，应该使单相接地故相接地故障发展成为相间或匝间短路，应该使单相接地故 障处不产生电弧或者接地电弧瞬间熄灭，这个不产生电弧障处不产生电弧或者接地电弧瞬间熄

35、灭，这个不产生电弧 的最大接地电流被定义为发电机单相接地安全电流，发电的最大接地电流被定义为发电机单相接地安全电流，发电 机接地电流允许值如表机接地电流允许值如表11111 1所示。所示。 发电机接地电流允许值发电机接地电流允许值 表111 发电机接地电流允许值 发电机额定电压 (kV) 发电机容量(MW)接地电流允许值(A) 6.3及以下504 10.5汽轮发电机501003 水轮发电机10100 13.815.75汽轮发电机1252002（氢冷发电机为2.5） 水轮发电机40225第四节发电机定子绕组单相接地保护第四节发电机定子绕组单相接地保护 定子绕组单相接地的

36、危害定子绕组单相接地的危害 接地电流会产生电弧，接地电流会产生电弧， 烧伤铁芯，使定子绕烧伤铁芯，使定子绕 组铁芯叠片烧结在一起，组铁芯叠片烧结在一起， 造成检修困难。造成检修困难。 接地电流会破坏接地电流会破坏 绕组绝缘，扩大绕组绝缘，扩大 事故，若一点接事故，若一点接 地未及时发现，地未及时发现， 很有可能发展成很有可能发展成 绕组的匝间或相绕组的匝间或相 间短路故障，严间短路故障，严 重损伤发电机。重损伤发电机。 对大中型发电机定子绕组单相接地保护对大中型发电机定子绕组单相接地保护 的基本要求：的基本要求： 绕组有绕组有100%的的 保护范围保护范围。 在绕组匝内发生在绕组匝内发生经经

37、过渡电阻接地过渡电阻接地故障时，故障时， 保护应有足够灵敏度保护应有足够灵敏度。 第四节第四节 发电机定子绕组单相接地保护发电机定子绕组单相接地保护 第五节第五节 发电机励磁回路接地保护发电机励磁回路接地保护 1 1、励磁回路一点接地保护、励磁回路一点接地保护 当励磁绕组绝缘严重下降或损坏时，会引起励磁当励磁绕组绝缘严重下降或损坏时，会引起励磁 回路的接地故障，最常见的是励磁回路一点接地回路的接地故障，最常见的是励磁回路一点接地 故障。故障。 发生一点接地故障后，励磁回路对地电压将升高，发生一点接地故障后，励磁回路对地电压将升高， 在某些条件下会诱发第二点接地，励磁回路发生在某些条件下会诱发第

38、二点接地，励磁回路发生 两点接地故障将严重损坏发电机。两点接地故障将严重损坏发电机。 1）绝缘检查装置绝缘检查装置 用一个或两个电压表定期测量励磁回路正、负极对低电压。正常运行时，用一个或两个电压表定期测量励磁回路正、负极对低电压。正常运行时， 电压表电压表V1，V2的读数的读数相等相等。当励磁回路对地绝缘水平下降时，。当励磁回路对地绝缘水平下降时， V1与与V2的读数的读数不相等不相等。 缺点：缺点： 中点附近接地时，中点附近接地时， 存在动作死区存在动作死区。 2）直流电桥式一点接地保护直流电桥式一点接地保护 正常时电桥处于正常时电桥处于平衡平衡 状态状态；当励磁绕组发；当励磁绕组发 生一

39、点接地时，电桥生一点接地时，电桥 失去平衡失去平衡。 缺点缺点 接地点靠近励磁回路两极时保护接地点靠近励磁回路两极时保护 灵敏度高，而接地点灵敏度高，而接地点靠近中点靠近中点 M时时，存在死区。，存在死区。 措施：措施： 1）在电阻R1的桥臂中串接非线性元件稳压管， 其阻值随外加励磁电压的大小而变化，因此， 保护装置的死区随励磁电压改变而移动位置。 这样在某一电压下的死区，在另一电压下则 变为动作区，从而减小了保护拒动的机率。 2）转子偏心和磁路不对称等原因，使转子转子偏心和磁路不对称等原因，使转子 绕组中点对地电压不保持为零，而是在一绕组中点对地电压不保持为零，而是在一 定范围内波动。利用此

40、电压来消除保护死区。定范围内波动。利用此电压来消除保护死区。 2 2、励磁回路两点接地保护励磁回路两点接地保护 两点接地，故障点流过很大短路电流，电弧两点接地，故障点流过很大短路电流，电弧 可能烧伤转子。转子磁场发生畸变，力矩不可能烧伤转子。转子磁场发生畸变，力矩不 平衡，致使机组振动平衡，致使机组振动 。可能使汽缸磁化。可能使汽缸磁化。 工作原理工作原理：当励磁回路：当励磁回路K1K1点点 发生接地后，投入刀闸发生接地后，投入刀闸S1S1并并 按下按钮按下按钮SBSB，调节的滑动触，调节的滑动触 点，使电桥平衡。点，使电桥平衡。 调整平衡后，合上调整平衡后，合上S2，将保护投入工作。，将保护

41、投入工作。 当励磁回路第二点发生当励磁回路第二点发生 接地时，电桥平衡遭到接地时，电桥平衡遭到 破坏，电流继电器中有破坏，电流继电器中有 电流通过，若电流大于电流通过，若电流大于 继电器的动作电流，保继电器的动作电流，保 护动作，断开发电机出护动作，断开发电机出 口断路器。口断路器。 缺点缺点：1 1）若故障点）若故障点K2K2点离第一个故障点点离第一个故障点K1K1点较远，点较远， 则保护的灵敏度较好；反之，若则保护的灵敏度较好；反之，若K2K2点离点离K1K1点很近，点很近， 保护将拒动，因此保护存在死区，死区范围在保护将拒动，因此保护存在死区，死区范围在10%10% 左右。左右。 2）若

42、第一个接地点K1点发生在转子绕组的 正极或负极端，则因电桥失去作用，不论第 二点接地发生在何处，保护装置将拒动，死 区达100%。 3）由于两点接地保护只能在转子绕组一点接地由于两点接地保护只能在转子绕组一点接地 后投入，所以对于发生两点同时接地，或者第后投入，所以对于发生两点同时接地，或者第 一点接地后紧接着发生第二点接地的故障，保一点接地后紧接着发生第二点接地的故障，保 护均不能反映。护均不能反映。 第六节第六节 发电机的失磁保护发电机的失磁保护 发电机失磁运行及其产生的影响发电机失磁运行及其产生的影响 发电机失去励磁时，其励磁电流将近似按指数规律衰减，定子发电机失去励磁时，其励磁电流将近

43、似按指数规律衰减，定子 电动势随励磁电流减小而降低。电动势随励磁电流减小而降低。 发电机电磁转矩将小于原动机转矩，使转子加速，使发电机功发电机电磁转矩将小于原动机转矩，使转子加速，使发电机功 角增加，当功角超过静态稳定极限时，发电机失去同步而进入角增加，当功角超过静态稳定极限时，发电机失去同步而进入 异步运行。异步运行。 励磁故障或完全失磁：造成低励故障的原因通常是由于主励磁励磁故障或完全失磁：造成低励故障的原因通常是由于主励磁 机或副励磁机故障；励磁系统有些整流元件损坏或自动调节系机或副励磁机故障；励磁系统有些整流元件损坏或自动调节系 统不正确动作及操作上的错误。统不正确动作及操作上的错误。

44、 完全失磁通常是由于自动灭磁开关误跳闸，励磁调节器整流装完全失磁通常是由于自动灭磁开关误跳闸，励磁调节器整流装 置中自动开关误跳闸，励磁绕组断线或端口短路以及副励磁机置中自动开关误跳闸，励磁绕组断线或端口短路以及副励磁机 励磁电源消失等。励磁电源消失等。 发电机失磁运行及其产生的影响发电机失磁运行及其产生的影响 发电机失去励磁后，对电力系统产生不利影响发电机失去励磁后，对电力系统产生不利影响 1、使系统出现无功功率缺额、使系统出现无功功率缺额 发电机失磁后，不但不能向系统输送功率，而且还要从系统发电机失磁后，不但不能向系统输送功率，而且还要从系统 吸收无功功率。使系统出现无功功率缺额。吸收无功

45、功率。使系统出现无功功率缺额。 2、造成其他发电机过电流、造成其他发电机过电流 为了供给失磁发电机无功功率，可能造成系统中其他发电机为了供给失磁发电机无功功率，可能造成系统中其他发电机 过电流。失磁发电机容量在系统中比重越大，过电流越大。过电流。失磁发电机容量在系统中比重越大，过电流越大。 发电机失磁对发电机本身影响发电机失磁对发电机本身影响 1、由于转子损耗增大而、由于转子损耗增大而 造成转子局部过热造成转子局部过热 发电机失磁后，转子会和定子磁场间出现速度差，定子旋转发电机失磁后，转子会和定子磁场间出现速度差，定子旋转 磁场切割转子，就在转子回路感应出转差频率电流，引起附磁场切割转子，就在

46、转子回路感应出转差频率电流，引起附 加温升。加温升。 2、发电机受交变的异步力矩的冲击而发生震动，发电机磁路、发电机受交变的异步力矩的冲击而发生震动，发电机磁路 越不对称，则交变的异步力矩越大，发电机震动越厉害。越不对称，则交变的异步力矩越大，发电机震动越厉害。 第七节第七节 发电机相间短路后备保护发电机相间短路后备保护 1 1、过电流保护、过电流保护 发电机的过电流保护时发电机外部短路和定子绕发电机的过电流保护时发电机外部短路和定子绕 组内部相间短路的后备保护，它的保护范围一般组内部相间短路的后备保护，它的保护范围一般 包括升压变压器的高中压母线、厂用变压器低压包括升压变压器的高中压母线、厂

47、用变压器低压 侧和发电机电压母线上出线的末端。侧和发电机电压母线上出线的末端。 由于过电流保护的整定值需要考虑电动机自启动由于过电流保护的整定值需要考虑电动机自启动 的影响，因而动作电流值较大，而发电机外部故的影响，因而动作电流值较大，而发电机外部故 障时稳态短路电流值往往很小，满足不了灵敏性障时稳态短路电流值往往很小，满足不了灵敏性 的要求，因此过电流保护实际上只能够用在容量的要求，因此过电流保护实际上只能够用在容量 小于小于1000kW1000kW的发电机上的发电机上。 第七节第七节 发电机相间短路后备保护发电机相间短路后备保护 2、复合电压启动的过电流保护复合电压启动的过电流保护 由于低

48、电压继电器在电动机自启动时不会动作，由于低电压继电器在电动机自启动时不会动作， 如果将低电压继电器和过电流继电器的触点相串如果将低电压继电器和过电流继电器的触点相串 联后启动出口中间继电器，则电流继电器的动作联后启动出口中间继电器，则电流继电器的动作 电流就可以不考虑电动机的自启动电流。电流就可以不考虑电动机的自启动电流。 此外低电压继电器还可以起到闭锁的作用，以防此外低电压继电器还可以起到闭锁的作用，以防 止过电流继电器因误碰或误通电而引起的误动作。止过电流继电器因误碰或误通电而引起的误动作。 因此，对因此，对50MW50MW以下的发电机为了提高以下的发电机为了提高Y Y，d d接线变接线变 压器后面发生不对称短路时保护的灵敏性，可以压器后面发生不对称短路时保护的灵敏性，可以 广泛采用复合电压启动的过电流保护