第7章发电机保护第1讲

1、第第7章章 发电机保护发电机保护 第第7章章 发电机保护发电机保护 7.1 发电机的故障、不正常运行状态及保护方式 7.2 发电机定子绕组短路故障的保护 7.3 发动机定子绕组单相接地保护 7.4 发电机负序电流保护 7.5 发电机的失磁保护 7.6 发电机的失步保护 7.7 发电机励磁回路接地保护（一）发电机故障（一）发电机故障发电机由定子绕组和转子绕组两部分构成。发电机由定子绕组和转子绕组两部分构成。定子绕组故障定子绕组故障 定子绕组相间故障定子绕组相间故障 定子绕组接地故障定子绕组接地故障 定子绕组一相匝间故障定子绕组一相匝间故障转子绕组故障转子绕组故障 转子绕组一点或两点接地故障转子绕

2、组一点或两点接地故障 励磁消失励磁消失 （二）发电机不正常工作状态（二）发电机不正常工作状态 外部短路引起的定子绕组过电流外部短路引起的定子绕组过电流 三相对称过负荷三相对称过负荷 由外部不对称短路或不对称负荷引起的发电机负序过电由外部不对称短路或不对称负荷引起的发电机负序过电流流 由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压 励磁回路故障或强励时间过长引起的转子绕组过负荷励磁回路故障或强励时间过长引起的转子绕组过负荷 由于汽轮机主气门突然关闭引起的发电机逆功率运行由于汽轮机主气门突然关闭引起的发电机逆功率运行1. 失步运行失步运行（三）发电机保护配置（三）发电机保护配

3、置总的原则总的原则 针对发电机的故障类型和不正常状态，根据发电机的容针对发电机的故障类型和不正常状态，根据发电机的容量和重要程度和规程规定配置相应的保护量和重要程度和规程规定配置相应的保护保护配置保护配置 纵差动保护：纵差动保护：对容量对容量1MW以上的发电机，应配置纵联差以上的发电机，应配置纵联差动保护。作为定子绕组及其引出线的故障的主保护。动保护。作为定子绕组及其引出线的故障的主保护。（为此发电机应在机端和中性点安装相应的电流互感器）（为此发电机应在机端和中性点安装相应的电流互感器）1. 匝间短路保护：匝间短路保护：对于定子绕组匝间短路，当定子绕组采对于定子绕组匝间短路，当定子绕组采用星形

4、接线，每相有并联分支且中性点侧有分支引出端用星形接线，每相有并联分支且中性点侧有分支引出端时，应装设横差保护。时，应装设横差保护。（三）发电机保护配置（三）发电机保护配置保护配置保护配置 定子绕组接地保护：定子绕组接地保护：接地保护对直接联于母线上的发电接地保护对直接联于母线上的发电机定子绕组单相接地故障，当单相接地故障电容电流超机定子绕组单相接地故障，当单相接地故障电容电流超过过5A时，应装设有选择性的接地保护装置。时，应装设有选择性的接地保护装置。 当接地电容当接地电容电流小于电流小于5A时，应装设动作于信号的定子接地保护。时，应装设动作于信号的定子接地保护。 在在100MW以上的发电机，

5、应装设保护区为以上的发电机，应装设保护区为100%的定子的定子接地保护。接地保护。3. 负序过电流保护：负序过电流保护：对于不对称引起的负序过电流，一般对于不对称引起的负序过电流，一般在在50MW以上机组装设负序过电流保护，防止过热。以上机组装设负序过电流保护，防止过热。（三）发电机保护配置（三）发电机保护配置保护配置保护配置 外部短路引起的过电流保护：外部短路引起的过电流保护：对于发电机外部短路引起对于发电机外部短路引起的过电流可采用以下保护方式的过电流可采用以下保护方式 负序过电流保护或单相式低压启动过电流保护负序过电流保护或单相式低压启动过电流保护 复合电压启动过电流保护复合电压启动过电

6、流保护 过流保护过流保护 过负荷保护：过负荷保护：反应对称过负荷的单相式过负荷保护反应对称过负荷的单相式过负荷保护5. 定子绕组过电压保护：定子绕组过电压保护：对于水轮机定子绕组过电压，应对于水轮机定子绕组过电压，应装设带延时的过电压保护。装设带延时的过电压保护。（调速慢）（调速慢） （三）发电机保护配置（三）发电机保护配置保护配置保护配置 转子一点接地保护：转子一点接地保护：对于转子回路一点接地故障，则对于转子回路一点接地故障，则1MW及以下的小型发电机可装设定期检测装置。对及以下的小型发电机可装设定期检测装置。对1MW以上机组应装设转子一点接地故障保护。防止其发展为以上机组应装设转子一点接

7、地故障保护。防止其发展为两点接地故障。两点接地故障。 转子过负荷保护：转子过负荷保护：对对100MW以上机组且采用半导体励磁以上机组且采用半导体励磁系统，应安装转子过负荷保护系统，应安装转子过负荷保护8. 失磁保护：失磁保护：对采用半导体励磁系统及对采用半导体励磁系统及100MW以上采用电以上采用电机励磁的发电机，应专设专用的失磁保护。对于发电机机励磁的发电机，应专设专用的失磁保护。对于发电机励磁消失故障，在发电机不允许失磁运行时，励磁消失故障，在发电机不允许失磁运行时，应在自动应在自动灭磁开关动作后联跳发电机机端断路器。灭磁开关动作后联跳发电机机端断路器。（三）发电机保护配置（三）发电机保护

8、配置保护配置保护配置11.逆功率保护逆功率保护12.过励磁保护过励磁保护13.其他保护：其他保护：失步保护，低频保护，应结合系统实际考虑失步保护，低频保护，应结合系统实际考虑配置。配置。发电机保护出口回路的特点：发电机保护出口回路的特点： 跳开发电机出口断路器同时，应跳开自动灭磁开关。跳开发电机出口断路器同时，应跳开自动灭磁开关。（因为发电机为有源元件）（因为发电机为有源元件）7.2.1纵差动保护纵差动保护（一）保护原理（一）保护原理 纵差动保护一般作为发电机定子绕组相间故障的纵差动保护一般作为发电机定子绕组相间故障的主保护主保护 发电机纵差动保护原理与一般差动保护相同发电机纵差动保护原理与一

9、般差动保护相同 发电机纵差动保护一般采用带制动特性的纵差动保护发电机纵差动保护一般采用带制动特性的纵差动保护 比率制动比率制动 标积制动标积制动cos(180)0cos(180)cos(180)00mnmnmnresmnIIINMresIII217.2.1纵差动保护纵差动保护（二）保护接线（二）保护接线 完全差动保护完全差动保护 1I2III 1I2I特点：特点： 差动电流取自发电机机端和差动电流取自发电机机端和中性点引出端中性点引出端 可以反映定子绕组各种类型可以反映定子绕组各种类型的相间故障的相间故障1. 不能反映定子绕组匝间故障不能反映定子绕组匝间故障7.2.1纵差动保护纵差动保护（二）

10、保护接线（二）保护接线 不完全差动保护不完全差动保护 特点：特点： 差动电流取自发电机机端和差动电流取自发电机机端和定子绕组中性点侧部分分支定子绕组中性点侧部分分支 可以反映定子绕组各种类型可以反映定子绕组各种类型的相间故障的相间故障1. 可以反映定子绕组匝间故障可以反映定子绕组匝间故障CBA2I1IopI7.2.1纵差动保护纵差动保护（三）整定计算（三）整定计算 启动电流启动电流 躲过正常运行时的不平衡电流躲过正常运行时的不平衡电流 opIresI0.minopI.res gIAgC2K 故障特性曲线gndII3 . 0min.对于不完全差动保护，启动对于不完全差动保护，启动电流应适当提高电

11、流应适当提高7.2.1纵差动保护纵差动保护（三）整定计算（三）整定计算2.拐点电流拐点电流 通常整定为通常整定为 opIresI0.minopI.res gIAgC2K 故障特性曲线.min(0.5 1.0)resgnII拐点电流的大小直接影响差拐点电流的大小直接影响差动保护的灵敏度。动保护的灵敏度。7.2.1纵差动保护纵差动保护（三）整定计算（三）整定计算3.制动线斜率制动线斜率 可表示为可表示为 opIresI0.minopI.res gIAgC2K 故障特性曲线.max.min.max.min.max.maxunbdkreskunbIIKIIII外部故障时，最大短路电流差动回路中最大不平

12、衡电流7.2.2 横差动保护横差动保护 对于发电机来说，纵差保护是定子绕组相间短路的对于发电机来说，纵差保护是定子绕组相间短路的主保护，横差是定子绕组匝间短路的主保护。纵差原理主保护，横差是定子绕组匝间短路的主保护。纵差原理是比较机端和中性点两处电流的数值和相位，因此不能是比较机端和中性点两处电流的数值和相位，因此不能用于匝间短路；用于匝间短路；横差是比较定子引出线两中性点的电位横差是比较定子引出线两中性点的电位，当发生匝间短路时电位不等，两中性点之间的当发生匝间短路时电位不等，两中性点之间的TA上有电上有电流。流。7.2.2 横差动保护横差动保护（一）定子绕组裂相运行横差保护原理（一）定子绕

13、组裂相运行横差保护原理动作adIldnI22dopsetlIIIn同一绕组匝间短路分析同一绕组匝间短路分析 差动回路电流为差动回路电流为2dopTAIIn差动回路电流大小和差动回路电流大小和短路匝数有关短路匝数有关ldnI22dopsetlIIIn1a2adIdI 动作同相不同绕组匝间短路横差保护同相不同绕组匝间短路横差保护 差动回路电流为差动回路电流为差动回路电流大小同样差动回路电流大小同样取决于短路匝数有关取决于短路匝数有关2dopTAIIn7.2.2 横差动保护横差动保护（一）定子绕组裂相运行横差保护原理（一）定子绕组裂相运行横差保护原理7.2.2 横差动保护横差动保护（二）单元件横差保

14、护原理（二）单元件横差保护原理 单元件横差动保护适用于具有多分支的定子绕组且单元件横差动保护适用于具有多分支的定子绕组且有两个以上中性点引出端子的发电机，能反应定子绕组有两个以上中性点引出端子的发电机，能反应定子绕组匝间短路、分支线棒开焊及机内绕组相间短路。匝间短路、分支线棒开焊及机内绕组相间短路。单元件横差保护接线原理图单元件横差保护接线原理图 特点：特点：只需一个电流互感器，只需一个电流互感器，简单可靠简单可靠7.2.2 横差动保护横差动保护（二）单元件横差保护原理（二）单元件横差保护原理BCAgnopII)3 . 02 . 0( 动作7.2.2 横差动保护横差动保护（二）单元件横差保护原理（二）单元件横差保护原理中性点不平衡电流分析中性点不平衡电流分析 定子同相而不同分支的绕组参数不完全相同，致使两端定子同相而不同分支的绕组参数不完全相同，致使两端的电势及支路电流有差异的电势及支路电流有差异 发电机定子气隙磁