(电力)主保护之发变组各保护动作与原理解析

1、跳灭磁开关

在发生机组跳闸等故障时（如发电机保护动作），励磁系统自动切除，司时

灭磁开关分闸。

2、关主汽门

发信号至ETS跳汽轮机，关闭主汽门

3、减出力

发电机减少向电网输出的有功功率

4、减励磁

用减少励磁电压，减少励磁电流来发出容性无功

5、跳高压侧I

跳闸出口压板，跳4802开关跳闸线圈I

6、跳高压侧II

跳闸出口压板，跳4802开关跳闸线圈II

7、跳母联I

跳闸出口压板，跳4800开关跳闸线圈I

8、跳母联H

跳闸出口压板，跳480（）开关跳闸线圈II

9、跳A厂变A1分支

跳高厂变6201开关

10、跳A厂变A2分支

跳高厂变6202开关

11、启动A厂变A1分支

切换启动6KV工作2A段快切装置无

12、启动A厂变A2分支

切换启动6KV工作2B段快切装置

13、闭锁A厂变A1分支

切换闭锁6KV工作2A段快切装置切换

14、闭锁A厂变A2分支

闭锁6KV工作2B段快切装置切换

15、解除失灵电压闭锁

考虑到主变低压侧故障高压侧开关失灵时，高压侧母线的电压闭锁元件灵敏

度有可能不够，为防止该情况下失灵保护拒动。

16、起动断路器失灵

断路器失灵保护是指故障电气设备的继电保护动作发出跳闸命令而断路器

拒动时，利用故障设备的保护动作信息与拒动断路器的电流信息构成对断路器失

灵的判别，能够以较短的时限切除同一厂站内其他有关的断路器，使停电范围限

制在最小，从而保证整个电网的稳定运行，避免造成发电机、变压器等故障元件

的严重烧损和电网的崩溃瓦解事故。断路器拒动是电网故障情况下又神加断路器

操作失灵的双重故障，允许适当降低其保护要求，但必须以最终能切除故障为原

则。

17、起动非全相失灵

保护动作4801和4802均为三相联动，所以此保护不投。

18、发电机差动保护（变压器主保护-瓦斯保护及差动保护）

用来反映发电机定子绕组和引出线相间短路故障，瞬时动作于全停I、II。

19、发电机匝间保护（学习什么是发电机匝间保护）

单元件横差启动：当横差电流大于横差保护整定值时，启动元件动作。零序

电压匝间保护启动：当纵向零序电压大于纵向零序电压整定值时，启动元件动作。

工频变化量方向匝间保护启动：当发电机负序电压、负序电流及负序功率工频变

化量大于启动门槛时，启动元件动作。

20、95%定子接地保护（发电机定子接地保护学习）

95%定子接地保护主要反映发电机机端的基波零序电压的大小，当达到动作

定值时，动作于全停I、II。

21,100%定子接地保护

采用基波零序电压保护和三次谐波定子接地保护，可构成10（）%定子接地保

护。

22、转子接地保护

于静止励磁的发电机正常运行时，励磁回路对地之间有一定的绝缘电阻和分

布电容。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

见的是一点接地故障。发生一点接地故障时，由于没有形成电流回路，对发电机

没有直接影响，但一点接地后，励磁回路对地电压升高，在某些情况下，会诱发

第二点接地。当发生笫二点接地故障时，由于故障点流过很大的短路电流，会烧

伤转子，由于部分绕组被短接，气隙磁通将失去平衡，会引起机组剧烈振动。此

外，还可能使轴系和汽轮机汽缸磁化。因此需要装设一点、两点接地保护。一点

接地保护动作于发信号，一点接地保护动作发出信号后，及时投入两点接地保护,

两点接地保护动作后动作于全停I、1L

23、定子过负荷保护

作为发电机对称过负荷保护，分定时限和反时限，延时动作于信号。

24、负序过负荷保护

作为发电机不对称过负荷保护，延时动作于信号。

25、失磁保护（发电机失磁保护学习）

在发电机失磁运行时，保护发电机的安全及电力系统的稳定运行装置设由四

段失磁保护功能，失磁保护【段动作于减出力，II段经母线电压低动作于跳闸，

IH段可动作于信号或跳闸，IV段经较长延时动作于跳闸。

26、失步保护（）

是反映发电机失步状态的，失步保护应满足：

（1）正确区分系统短路与振荡；

（2）正确判定失步振荡与稳定振荡。利用两个阻抗继电器先后动作顺序反

映发电机端测量阻抗的变化。本保护靠正序阻抗轨迹穿越外圆和中圆的时间段的

长短，来区分系统短路与振荡；靠阻抗轨迹穿越外圆和中圆的时间段和穿越中圆

和外圆的时间段的长短来区分失步振荡与稳定振荡。出口方式：当判断为减速失

步时发减速脉冲，当判断为加速失步时发加速脉冲，加速或减速脉冲作用于降低

或提高原动无机出力，经过处理仍处于失步状态时，动作于程跳。

27、过电压保护

防止发电机定子绕组过电压，延时动作于全停I、II。

28、过励磁保护

由于发电机或变压器发生过励磁故隙时并非每次都造成设备的明显破坏，往

往容易被人忽视，但是多次反复过励磁，将因过热而使绝缘老化，降低设备的使

用寿命。发电机和变压器都由铁芯绕组组成，设绕组外加电压为U,匝数为W,

铁芯截面为S,磁密为B,则有：U4.441WBS,因为W、S均为定数，故可写成:

fUBK,式中，对每一特定的发电机或变压器，K为定数。由式fUBK可知：电

压的升高和频率的降低均可导致磁密B的增大。对于发电机，当过励培数

UfffUUnBBnn/n//>l时，要遭受过励磁的危害，主要表现在发电机定子铁芯背部

漏磁场增强，在定子铁芯的定位筋中感应电势，并通过定子铁芯构成闭路，流过

电流，不仅造成严重过热，还可能在定位筋和定子铁芯接触面造成火花放电，这

对氢冷发电机组十分不利。发电机运行中，可能因以下原因造成过激磁：发电机

与系统并列之前，由于操作错误，误加大励磁电流引起激磁，如由于发电机PT

断线造成误判断。发电机启动过程中，发电机随同汽轮机传子低速暖机，若误将

电压升至额定值，则因发电机低频运行而导致过励磁。在切除机组的过程中，主

汽门关闭，出口开关断开，而灭磁开关拒动。此时汽轮机惰走转速下降，自动励

磁调节器力求保持机端电压等于额定值，使发电机遭受过励磁。发电机出U开关

跳闸后，若自动励磁调节装置手动运行或自动失灵，则电压与频率均会升高，但

因频率升高较慢引无K1/4.44WS起发电机过激磁。发电机的允许过激磁倍数一

般低于变压滞过激磁倍数，更易遭受过激磁的危害，因此，大型发电机需装设性

完善的过激磁保护。对于发电机出口装设开关的发电机变压器组，为了在各种运

行方式下二者都不失去保护，发电机和变压器的过激磁保护应分开设置。

29、功率保护

汽轮机在其主汽门关闭后，发电机变为同步电动机运行，从电机可逆的观点

来看，逆功率运行对发电机毫无影响。但是对于汽轮机，其转子将被发电机拖动

保持3000r/min高速旋转，叶片将和滞留在汽缸内的蒸汽产生鼓风磨擦，所产生

的热量不能为蒸汽所带走，从而使汽轮机的叶片［主要是低压缸和中压缸末级叶

片）和排汽端缸温急剧升高，使其过热而损坏，一般规定逆功率运行不得超过

3mino因此大型机组都要求装设逆功率保护，当发生逆功率时，以一定的延时将

机组从电网解列。主汽门关闭后，发电机有功功率下降并变到某一负值，几经摆

动之后达到稳态值。发电机的有功损耗，一般约为额定值的1%〜1.5%,而汽轮

机的损耗与真空度及其他因素有关，一般约为额定值的3%〜4%,有时还要稍人

些。因此，发电机变电动机运行后，从电力系统中吸收的有功功率稳态值约为额

定值的4%〜5%,而最大暂态值可达到额定值的10%左右。当主汽门有一定的漏

泄时，实际逆功率还要比上述数值小些。现代大型机组一般设置两套逆功率保护，

一套是常规的逆率保护。另一套是程序跳闸专用的逆率保护，用于防止汽轮机主

汽门关闭不严而造成飞车危险，当主汽门关闭时用逆功率元件来将机组从电网安

全解列。

30、频率保护1

主要用于保护汽轮机不受低频共振的影响。低频运行对于汽轮机而言是个疲

劳过程，一般汽轮机疲劳运行累计达一定时间，汽轮机将达到疲劳寿命。因此，

低频运行的时间是个积累的过程，而且不同的低频有不同的积累速度。保护装置

停运不影响”低频运行的时间”积累值。如果I段时间积累频率范围内，达到I段

时间11;II段时间积累频率范围内，达到n段时间12；III段时间积累频率范围

内，达无到IH段时间t3；则发出信号或跳闸。低频保护反映系统频率的降低，

受出口断路器辅助触点闭锁，即发电机退出时低频保护也自动退出。在发电机频

率异常运行时，保护汽轮机的叶片不受损伤。

31、误上电保护

（1）发电机盘车时，未加励磁，断路器误合，造成发电机异步起动。采用

负荷报警、启动风冷（2段）。过负荷报警和启动风冷可分别通过整定控制字来

控制其投退。启动风冷动作后输出两付常开接点。

42、主变接地零序保护

主变零序过流保护用于中性点直接接地变压器，该保护反映变压器零序电流

大小，反映接地故障，仅在变压器中性点直接接地时起作用，零序电流取自变压

器中性点CT电流。该保护分二段，与出线零序保护配合，保护以短延时跳母联,

以长延时变压器两侧跳断路器。

43、主变间隙零序保护

主变间隙零序电压电流保护：能反映主变间隙零序电流大小和零序电压大

小，该保护可在变压器中性点不接地时投入。由接地刀闸的辅助触点来控制，问

隙零序电流取自变压器中性点间隙CT电流，即测量中性点间隙击穿后的电流。

零序电压取自变压器高压侧PT开口三角的零序电压。出口方式：解列灭磁，启

动快切，启动失灵。

44、发变组差动保护

纵联差动速断保护：纵联差动速断保护实质上为反映发电机两侧电流差而快

速动作的保护，用以保证在发电机内部发生严重故障或变压器外部两侧CT间短

路时而快速动作于跳间。比率差动保护（带CT断线闭锁功能）：该保护采用分

相式，即A、B、C任一相保护动作均出口CT断线：为防止CT继线时，保护

误动作，999发变组差动保护装置用软件设置了延时CT断线报警及瞬时CT断

线闭锁保护功能。

45、A厂变差动保护

46、A厂变高压侧后备

设有两段过电流保护，作为高厂变后备保护。通过整定控制字可选择过流I

段、II段经低压分支复合电压闭锁。

（1）复合电压元件：复合电压元件由相间低电压和负序电压或门构成，保

护有两个控制字（即过流I段经复压闭锁，过流II段经复压闭锁）来控制过流I

段和过流n段经复合电压闭锁。当过流经复压闭锁控制字为"，时，表示本段过

流保护经过复合电压闭锁。

（2）电流记忆功能:对于自并励发电机，在短路故障后电流衰减变小，故障电

流在过流保护动作出口前可能已小于过流定值，因此，复合电压过流保护起动后，

过流元件需带记忆无功能，使保护能可靠动作出口。控制字“电流记忆功能”在保

护装置用于自并励发电机时置“1”。

（3）TV断线对复合电压闭锁过流的影响：装置设有整定控制字（即TV断

线保护投退原则）来控制TV断线时复合电压元件的动作行为。当装置判断出本

侧TV断线或异常时，若叮V断线保护投退原则，控制字为“，时，表示复合电压

元件不满足条件；若'TV断线保护投退原则'控制字为O时，表示复合电压元件

满足条件，这样复合电压闭锁过流保护就变为纯过流保护。

5（）、投检修态

将该套保护投入检修状态，该套保护在投检修态后不起作用正常运行期间不

投。

51、失灵保护

发电机内部故隙保护跳闸时，如果发电机出口开关失灵，需要及时跳开主变

高压侧开关、厂变开关，并启动主变高压侧开关失灵。失灵保护取机端电流作为

判据。失灵电流启动为一个过流判别元件，可以是相电流或负序电流，经保护动

作接点、和断路器合闸位置接点闭锁。

52、冷控失电起动跳闸

正常运行过程中其冷却器控制回路电源消失，保护装置将根据变压器运行温

度是否达到规程规定而发出跳闸指令。

53、热工保护起动

为了统一管理非电气量的保护，对来自热工方面的保护装置，统一使用一个

投退压板来总体投入和切除热工保护。

54、断水保护起动跳闸

为保护发电机不致因断水而损坏的保护装置。当内冷水的水压和流量降低到

预定数值且持续一定的时间时，动作于跳闸。

55、主变重瓦斯起动跳闸

用来反应主变压器油箱内部各种短路故障及油面降低，是油浸式变压器的主

保护。它反应油箱内部所产生的气体或油流而动作。轻瓦斯动作于信号。重瓦斯

动作于全停。（不启动失灵）

56、主变油温高起动跳闸

变压器温度保护，动作于发信号。

57、主变绕组过温起动跳闸

变压器温度保护，动作于发信号。

58、主变压力释放起动跳闸

避免主变压器内部严重故障时，油箱内压力过大，而导致油箱爆炸。动作于

发信号。

59、主变压力突变起动跳闸

压力突变是在变压器器身上方侧面安有一个油压速动继电器，它通过管路与

变压器油箱连通，当内部故障油流迅速流动时它感受到响应动作接点闭合实现三

跳来切除故障。

60、厂变重瓦斯起动跳闸

用来反应高压厂用变压器油箱内部各种短路故障及油面降低，是油浸式变压

器的主保护。它反应油箱内部所产生的气体或油流而动作。轻瓦斯动作于信号。

重瓦斯动作于全停。（不启动失灵）

61、厂变压力释放温度高起动跳闸

避免高压厂用变压器内部严重故障时，油箱内压力过大，而导致油箱爆炸。

动作于发信号。

62、厂变油温高起动跳闸

变压器温度保护，动作于发信号。

63、厂变绕组温高起动跳闸

变压器温度保护，动作于发信号。

64、厂变冷控失电起动跳闸

#2机高厂变为自然油循环冷却方式，风扇为后加。所以即使#2机高厂变冷

却风扇断电也不会跳闸发变组#2机高厂变冷却风扇全停不跳发变组，#1机高厂

变冷却风扇全停跳发变阻

65、励磁系统故障起动跳闸

励磁变差动、过励磁保护、励磁绕组过负荷、励磁过流保护

66、非电量延时保护

非电量保护启动：当非电量开入延时时间大于整定值时，启动元件动作。

【主机培训】发变组保护原理解析

一、发变组保护功能

(1)发变组保护的功能：是对电气或者机械故障提供保护，并在最短的时

间内隔离系统的故障部分，以保证安全运行并使设备损害减至最小。

(2)发变组保护针对不同的故障情况，有选择的跳开以下开关：跳开500kV.

220kV断路器、跳开发电机出口开关、跳开励磁开关、关闭主汽门、跳6kV工

作进线电源开关。

(3)发变组保护在下列范围内提供对主设备的保护：

(a)发电机：定子绕组相间短路，定子绕组单相接地，定子绕组过电流、

定子绕组对称过负荷、定子绕组不对称过负荷、定子绕组过电压、逆功率、发电

机断水保护等。

(b)变压器：变压器油箱内外故障、引线故障、变压器温度高、冷却器全

停等保护。

(c)同时对发变组联线各种故障提供保护。

二、继电保护配置的原则要求

1、继电保护配置原则：应根据电网结构、一次设备的接线方式，以及运行、

检修和管理的实际效果，遵循“强化主保护，简化后备保护和二次回路”的原

则进行保护配置、选型与整定。

2、保护双重化配置应满足以下要求：

(1)每套完整、独立的保护装置应能处理可能发生的所有类型的故障，两

套保护之间不应有任何电气联系，当一套保护退出时不应影响另一套保护的运

行。

(2)两套主保护的电压回路宜分别接入电压互感器的不同二次绕组。电流

回路应分别取自电流互感器互相独立的绕组，并合理分配电流互感器二次绕组，

避免可能出现的保护死区。分配接入保护的互感器二次绕组时，还应特别注意避

免运行中一套保护退出时可能出现的电流互感器内部故障死区问题。

(3)双重化配置/呆护装置的直流电源应取自不同蓄电池组供电的直流母线

段。

(4)两套保护的跳闸回路应与断路器的两个跳圈分别一一对应。

(5)双重化的线路保护应配置两套独立的通信设备(含复用光纤通道、独

立光芯、微波、载波等通道及加工设备等)，两套通信设备应分别使用独立的电

源。

(6)双重化配置保护与其他保护、设备配合的回路应遵循相互独立的原则。

(7)双重化配置的线路、变压器和单元制接线方式的发变组应使用主、后

一体化的保护装置；对非单元制接线或特殊接线方式的发变组则应根据主设备的

一次接线方式，按双重化的要求进行保护配置。

三、大型发变组主要保护简介：

因篇幅限制，这里只对发变组主要保护做简单介绍，考虑到有许多不是学习

电气专业的读者，尽力用通俗易懂的语句进行了解释说明，实在不懂的请参考继

电保护有关书籍。

1、比例制动式差动保护

(1)差动保护的原理：发电机和主变都配置有差动保护，其基本原理都是

一样的，都基于判断流入差动继电器的电流是否大于继电器的整定电流，理论上

它可以反映保护范围内的相间短路，与外部短路无关。保护的整定值是按照躲过

外部发生三相短路时流经两侧电流互感器的最大不平衡电流来计算的，但是由于

在发电机中性点附近发生短路时，若短路匝数很少，流入差动继电器的电流可能

会小于按上面的整定原则来整定的计算值从而使保护拒动，所以提出了保护狗整

定值按照外部短路电流的增加而增加的比例制动式差动保护，当外部短路时可靠

制动，且短路电流越大制动作用越强，从而可以防止外部短路时保护的误动，而

当内部短路时由于差动作用大于制动作用保护乂可以灵敏的动作，按照这种方法

可以避免发电机中性点附近小范围短路时保护存在动作“死区”的问题。

(2)差动保护误动的原因主要有：电流互感器极性接反，电流互感器二次

侧开路，电流互感器二次阻抗过大造成互感器饱和以后两侧的电流不平衡.

(3)主变的差动保护原理同发电机的差动保护但是存在以下的区别：

(a)主变高低压侧的额定电压和额定电流不同所以两侧的电流互感器的型

号不同。

(b)主变需要调压，即需要改变分接头的位置，所以调好的不平衡电流由

于分接头位置的改变而改变。

(c)对于匝间短路发电机差动保护不反映，主变的差动保护反映绕组的匝

间短路。

(d)对于绕组的开焊故障，发电机和变压器的差动保护都不反映，主变依

靠瓦斯保护和压力保护，而发电机通过匝间保护来反映。

(e)变压器由于既存在电路的耦合又存在磁路的耦合，所以不符合差动保

护的理论基础-----基尔霍夫电流定律。还存在励磁涌流问题，所以主变的差动

保护要考虑如何避开励磁涌流问题，一般采用间断角制动或者二次谐波制动。

2、定子绕组单相接地保护

(1)定子绕组单相接地的危害：主要表现在对发电机定子铁心的烧伤和接

地故障扩大为相间或匝间故障。

(2)中性点直接段地系统单相接地的故障：定子绕组单相接地的故障电流

和暂态过电压与发电机的中性点接地方式密切相关，中性点直接接地系统单相接

地的故障电流非常人，严重烧伤定子铁心，实际运行的发电机没有这种接地方式。

(3)中性点不接地系统发生单相接地故障时：中性点不接地系统发生单相

接地故障时中性点电位升高从而对中性点的绝缘要求高，同时由于大型发电机容

量大，三相对地电容也相应的增大，接地故障时容性电流也可能超过允许值，所

以大容量发电机也没有这种运行方式。

(4)中性点经消弧线圈接地或经配电变压器接地：目前采用较多的是中性

点经消弧线圈接地或经配电变压器接地，经消弧线圈接地，由于容性电流受到感

性电流的补偿，所以接地点的故障电流较小对发电机的铁心不致于造成严重的烧

伤，但是纯粹的经消弧线圈接地易发生电感电容的串联谐振过电压，所以一般采

用消弧线圈和小电阻配合，小电阻起到消谐的作用。为『减小过电压同时考虑到

大电阻制造的困难，现在的大型发电机基本都采用中性点经配电变压器高阻接

地。

(5)95%定子接地保护和100%定子接地保护：

(a)发电机任一相发生单相金属性接地时，故障点的基波零序电压UO=

-aE,系数a表示故障点距中性点的距离(全绕组用100%)百分数。E是发电

机任一相的电动势。由于前面所说发电机发生单相接地时的故障电流非常的小，

所以定子绕组每相的阻抗与对地电容相比可以忽略不计，这就造成从故障点到发

电机中性点这段绕组任何一点零序电压是相同的，所以我们既可以从机端的开口

三角来获取保护用的零序电压量也可以从中性点配电变压器的二次侧获取保护

用的零序电压量。从UO=-aE可以看出当中性点附近短路时a非常的小所以

在中性点附近保护存在了“死区”这也是95%定子接地保护的命名由来，它只能

保护机端到中性点95%绕组长度的单相接地故障。这也仅仅是对金属性接地故

障而言，对于经接地电阻短路的故障，保护的“死区”和接地电阻的大小有关，

越大则动作的“死区”也越大。

(b)尽管中性点的运行电压低，发电机单相接地故障发生在中性点附近的

可能性小，但是考虑到冷却风扇叶片断裂扫膛打坏绝缘或者定子绕组漏水都有可

能发生在中性点附近，因此在技术上要求装设100%定子绕组单相接地保护，

(c)发电机中性点附近发生单相接地故障的明显特征就是机端三次谐波电

压增大而中性点附近三次谐波电压明显的减小，100%定子接地保护就是基于这

一点来实现的，但是发电机经配电变压器高阻接地时，正常运行时机端三次谐波

电压就己经大于了中性点附近三次谐波电压，所以保护的灵敏性稍差一点。对于

用机端三次谐波电压作为动作量，中性点附近三次谐波电压作为制动量的100%

定子接地保护，尤其需要注意的是要防止制动量的丢失比如运行的时候发电机中

性点接地闸刀拉开，造成制动量丢失就必定造成保护的误动。

3、匝间保护

(1)匝间保护作为发电机内部故障的第一主保护：可以反映同一相不司分

支间绕组的短路，不同相之间的短路，同一条绕组不同匝之间的短路，同时还能

反映发电机内部的开焊故障。

(2)匝间绝缘击穿：发电机在长期运行的过程中，定子绕组由于电晕腐蚀、

长期受热、机械振动以及机械磨损等因素的影响，匝间绝缘将会逐步劣化，一旦

发生过电压，便会经受严峻考验。而且完全可能引发定子绕组的部分匝间绝缘击

穿，其后，在匝间电势的作用下，形成环流，使故障进一步地扩大，所以匝诃短

路是发电机不容忽视的一种严重故障形式。

(3)匝间短路能及早反映定子绝缘的降低：大型机组定子绕组匝间短路故

障占有的比例较人，况且发电机定子绝缘降低的时候最先表现的往往不是定子绕

组接地，而是匝间短路，所以匝间短路可以比较早地反映发电机定子绝缘的降低。

(4)发电机匝间保护采用较多的是纵向基波零序过电压保护：当发电机定

子绕组发生内部短路时，机端电压不平衡，装于机端的压变的开口三角侧能够检

测到基波零序电压，这就是匝间保护的保护原理。但是考虑到95%定子单相接

地取的也是基波零序电压，所以为了防止误动，匝间保护用的是纵向零序，95%

定子单相接地用的是横相零序。匝间保护用的PT一次侧采用“星形”接线，且

中性点和发电机的中性点相联且不接地，这样在发生单相接地的时候，机端出现

的只是横相冬序电压，发电机三相对中性点的电压还是对称的也就是说没有纵向

零序量，所以保护不会动作。但是正常运行的时候三次谐波量也能通过此开口三

角反映出来，所以匝间保护要增设三次谐波的阻波功能，这样可以提高保护的灵

敏度，这种保护可能会由于外部短路时发生误动，主要采取以下的办法来防止：

(a)适当的增大动作电压，这个要由发电机内部故障计算决定。

(b)采用相电流制动，当机端相电流增大的时候，说明故障不是发生在发

电机的内部，所以当检测到机端相电流增大时，匝间保护的动作电压值也自适应

的放大，从而可以避免保护的误动。

(c)增设负序方向保护，即通过增设方向元件，因为发电机内部故障时，

负序电流由发电机流出，而当系统短路时负序电流由系统流向发电机，所以可以

通过判断负序功率来区分短路是发生在发电机的内部还是外部。

4、转子接地保护

（1）转子接地保护设置：由于发电机在制造或运输的过程中，转子受潮或

有铁锈进入，都有可能使转子的主绝缘或匝间绝缘损坏，或者运行时通气孔堵塞

局部过热导致绝缘损坏。常见的主要是转子绕组匝间短路和励磁回路一点接地。

（2）转子接地危害：转子绕组匝间短路尽管不直接引起严重后果，但是由

于磁场的畸变会导致机组振动的加剧同时励磁电流也会增加所以不允许长期运

行。励磁回路一点接地不会对发电机造成危害但相继发生两点接地时严重威协发

电机的安全，可能会造成铀系，汽缸，隔板的严重磁化。

（3）转子一点接地只动作于信号的原因：对于转子一点接地只动作于信号

这样可以避免大型机组毫无必要的突然跳闸，但是需要提高转子一点接地保护的

灵敏度，这样以便及时的转移负荷防止一点接地扩大为两点接地，一般一点接地

的灵敏度用故障点对地的过渡电阻来衡量。

（4）转子一点接地的保护采用电桥原理：正常运行时通过调节桥臂的电阻

使电桥达到平衡，使电桥的对角线等电位，这样流过继电器的电流很小，小于整

定的动作电流，当励磁回路一点接地时，电桥的平衡遭到破坏，使电桥的对角线

有电位差，这样流过继电器的电流就增大大于整定的动作电流保护就发信。

5、失磁保护

（1）发电机失磁后的特征：发电机失磁以后，发电机的电动势就会下降，

但是由于汽轮机的出力不会立即改变减小，而发电机的电磁功率己经减小，所以

转子上就出现了过剩的加速转矩，使功角增加，根据功角特性，发电机在失磁以

后到功角达到静稳极限之前将经历一个“等有功”过程，即发电机失磁以后将保

持失磁以前的出力直到失去稳定。当功角大于180度以后，发电机不仅不输出有

功反而向系统吸收有功这时如汽门没有及时的关下来发电机将发生飞车。发电机

失磁以后的另一个显著特征就是无功反相，失磁后无功持续的减小，在功角等于

180度时反相无功达到最大，这时如果系统的无功储备不足，失磁的发电机将把

整个系统的无功拖垮导致电压崩溃。同时失磁以后发电机的机端电压持续下降，

电流逐渐增大特别是失去稳定以后电流更是急剧上升，这就是发电机失磁以后的

一些电气量的变化。

（2）发电机失磁保护的判据：失磁以后尽管励磁电压下降，但是考虑到发

电机进相运行或者对长线充电时由于容性电流的助磁作用，励磁电压也很低，所

以单单用励磁电压的下降作为失磁保护的动作判据误动的可能性较大，因此现在

的大型发电机基本都是通过判断机端阻抗是否落入异步阻抗圆来动作的，励磁电

压下降可以作为一种辅助判据。通过上面对失磁以后电气量变化的分析我们知道

发电机失磁以后机端电压下降，电流增加，所以发电机的阻抗也是下降的，失磁

运行的发电机最终将进入异步运行状态，它的阻抗肯定小于发电机正常运行时的

同步电抗，所以阻抗继电器一旦检测到发电机的电抗进入异步阻抗圆的动作范

围，失磁保护就能可靠的动作。当然现在还没有哪一种保护能够1（）0%的确保失

磁保护不误动，比如发电机外部发生经过渡电阻的相间短路或者系统振荡都有可

能使失磁保护发生误动，这就需要一些辅助判据来闭锁，比如通过借助失磁以后

转子电压的变化特性和通过适当的延时来躲过。

6、失步保护

（1）发电机为何要装设失步保护：尽管失磁以后发电机最终也会进入失步

运行，靠失磁保护也能动作，但是考虑到大型发电机的同步电抗较大，而与之相

连的系统阻抗较小，所以系统发生振荡的时候振荡中心位于发电机的机端，从而

使机端的电压大幅度的波动，造成厂用电动机不能正常的工作甚至停转，可能造

成停机停炉或者设备的损坏。还有振荡电流不仅具有短路电流的幅值，而且还会

在较长的时期内反复的出现，这种周期性出现在发电机转子上的振荡扭矩会使大

轴扭伤，缩短机组的寿命，所以对大型发电机失步以后的振荡次数和时限有严格

的要求，同时发电机发生失步的原因并不一定是由于失磁引起的，失磁保护不能

代替失步保护，所以大型发电机有装设失步保护的必要性。

（2）发电机失步以后的特征及保护配置：发电机失步后并不一定要马上跳

开发电机出口开关，因为一旦发生失步，通过运行人员的干预（如快关汽门，增

减出力）有可能把失步的发电机重新拉回同步，这就要求失步保护的保护原理需

要区别短路，稳定振荡，发散振荡。所以现在的大型发电机基本都安装双阻抗元

件型失步保护，采用两个同心的阻抗圆的目的就是为了区分短路，稳定振荡和发

散振荡，当系统发生短路时，尽管机端阻抗己经进入内部的阻抗圆（即动作圆）,

但是故障点切除以后机端阻抗又能迅速的跃出阻抗元件的动作区，所以可以通过

设定机端阻抗在动作圆内的停留时间来防止系统短路时失步保护的无选择性动

作。当系统发生稳定振荡时，机端阻抗只进入外部阻抗圆，所以保护也不会动作,

只有当系统发生失步振荡时，机端阻抗轨迹是一条穿过外部圆和内部动作圆的弧

线，由于机端阻抗在内部动作圆的停留时间达到了保护的设定时间所以保护就可

以可靠的动作。

7、突加电压保护

（1）为何要装设突加电压保护：发电机在盘车或者未加励磁的低速旋转状

态时，如果发电机出口短路器误合闸，这时发电机就进入异步电动机运行状态，

由于发电机转子和外加电压产生的圆形旋转磁场存在滑差，发电机转子就会流过

差频电流，有可能灼伤发电机转子。同时，由于发电机转子在气隙磁场的拖动下

转速急剧上升，但此时的润滑油温度还处在盘车时的润滑油温，所以有可能损伤

机组的轴瓦，这就是发电机要设置突加电压保护的原因和发电机突上电的危害。

（2）突加电压保护的原理：是通过判断发电机的频率和定子电流的人小来

实现的，发电机在盘车或低速状态时频率很低，所以低频元件动作，但是由于发

电机定子没有电流所以电流元件是不会动作的，突加电压保护动作是取这两个条

件的与门，所以保护是不会动作的，只有当发电机误上电时两个条件都能满足，

突加电压保护动作跳发电机出口断路相。在并网过程中由于频率已经接近了系统

频率，所以此时尽管有合闸电流，但是由于低频元件不会动作所以保护也是不会

动作的，突加电压保护在发电机并网以后退出。

8、启停机保护

（1）启停机保护原理：在发电机不与系统并网的启动或停机过程中，频率

大幅度的偏离额定值，许多继电保护装置将在低频条件下拒动或者误动，特别是

对频率敏感的继电器，如三次谐波式定子接地保护，为了在低频条件下保护发电

机，需要装设低频条件下能工作的定子接地保护，这就是启停机保护。

（2）发电机的启停机保护采用的是基波零序电压式定子接地保护：主要采

用的是基波零序电压式定子接地保护，不要求三次谐波滤波，所以要求在发电机

并网以后此保护退出，否则可能因为正常运行时发电机机端三次谐波过大而使保

护误动。

9、过励磁保护

（1）磁饱和：无论是发电机还是变压器都是带有铁心的设备，铁心的磁通

密度和电压和频率有关，磁密与电压成正比而与频率成反比，所以无论是电压的

升高还是频率的降低都有可能使磁密增加而使铁心饱和。

(2)过励磁的危害：主要是发热，因为磁通饱和以后励磁电流就成倍的增

加，造成铁心发热，使绕组和铁心之间的绝缘因发热而老化。同时，磁通饱和以

后漏磁也会增加，靠近铁心的绕组导线，油箱壁以及其他的金属构件由于漏磁引

起的涡流损耗使这些部位严重发热，油箱壁温度的上升还会使箱内壁的油漆脱落

而污染变压器的油质。励磁电流不是正弦波含有徨多的高次谐波，而铁心和其他

金属构件的涡流损耗和频率的平方成正比，所以含有高频分量的励磁电流的增加

使发热严重。对于发电机来说，过励磁的危害主要是引起定子铁心和定位筋严重

发热，交变的漏磁通能够在发电机定子的定位筋感应出电动势，由于相邻的定位

筋存在电势差，所以相邻的定位筋就可以通过发电机的定子铁心构成回路，产生

电流，所以过励磁引起的漏磁通的增加必定会引起这种电流的增加而引起附加发

热。

(3)过励磁保护的动作时间和过励磁倍数成反比，是一个反时限特性，力

求与设备的过励磁能力匹配。

10、过电压保护发电机产生的电动势不仅和磁通密度有关系而且也和磁通的

交变速度有关系，所以发电机的调速系统和调压系统对发电机的电压都有影响，

发电机在做甩负荷试验时，转速会有较大的上升，同时励磁电流的减小也需要一

个时间过程，所以甩负荷以后发电机的机端电压会上升，如果这种过电压持续的

时间过长那么对发电机定子绕组的主绝缘还是有一定的威胁的，所以大型发电机

需要装设过电压保护。

11、逆功率保护

(1)程序逆功率保护：发电机如果由于保护动作，在主汽门还没有关羽之

前就跳开发电机出口开关，那么汽轮机组会由于制动转矩消失而拖动转矩还存

在，汽轮机转子就会产生巨大的加速转矩而发生灾难性的“飞车”事故。所以发

电机需要装设程序逆功率，所谓程序逆功率指的是由保护启动，当检测到主汽门

关闭信号以后，同时逆功率iA到整定值，比如1%额定功率时，逆功率保护动作

跳发电机出口开关。

(2)发电机保护的另一种逆功率主要是为了保护汽轮机的：因为汽轮机主

汽门关闭以后，由于末级叶片的鼓风摩擦相当的严重，可能因为过热而损坏，所

以需要装设逆功率保护，通过适当的延时跳开发电机出口开关。

12、负序电流保护

(1)负序电流的危害：发电机由于负荷的不对称或者外部发生短路故障时,

会产生负序电流，由于负序电流产生的气隙磁场反相旋转，所以会在转子绕组感

应出倍频电流。在转子大护环与转子本体之间，槽契与槽壁的接触面，阻尼条和

阻尼环等分流比较大的地方产生局部高温，将转子灼伤。现代的大型发电机为「

提高材料的利用率，发电机容量的增加相对来说大于发电机尺寸的增加，所以发

电机转子的热负荷相应的提高了，同时由于励磁电流和气隙磁场中高次谐波在转

子中产生的热量也相应的增加所以发电机转子承受负序电流的能力相对来说是

下降了。

(2)负序电流使发电机转子温度升高的程度：与负序电流的大小和持续的

时间有关系：通常定义一个短时负序转子发热常数A,它是负序电流的平方与时

间的乘积。只有在负序电流的平方与时间的乘积小于A值的情况下发电机才能

安全的运行，为了节省材料而片面的降低A值是不恰当的，特别是采用了单相

重合闸以后，发电机必须要考虑一定的负序电流承受能力。

（3）反时限负序电流保护：为了防止发电机转子遭受负序电流的损坏，对

于大型的汽轮发电机都要装设与发电机承受负序电流能力相匹配的反时限负序

电流保护。反时限负序电流保护的原理主要是通过两个负序电流互感器采集到负

序电流，这里采用两个负序电流互感器主要是为了防止电流互感器二次侧断线时

保护误动，然后转化成与之大小成比例的电压量，其中一路通过比较和时延用于

发信，用于当负序电流大于长期允许的负序电流时动作于声光报警，同时闭锁跳

闸回路，防止保护装置内部故障造成误跳闸。另一路通过电流继电器和反时限元

件作用于跳闸，由于考虑到负序电流较大时反时限元件延时很短就动作于跳闸，

而当负序电流接近发电机长期允许的负序电流时又要求反时限元件延时接近于

无穷大，要求在这么宽的动作范围内保持精度，将导致保护的复杂化和装置尺寸

的增加，所以需要增设两个定时限元件、和反时限元件配合来实现跳闸，当负序

电流过大或者过小（但是大于长期允许的负序电流）时保护转为定时限，而当负

序电流介于这两者之间的时候保护转入反时限。

（4）负序电流保护的弱点：对于大型机组，短路电流中的非周期分量的影

响比较的显著，采用上面判据的负序电流保护，在时间短，电流大的情况下，并

不能可靠的保护故障机组的安全，所以大型机组要有比较完善的匝间和相间保

护。

13、低频保护

（1）发电机的频率过低的危害：汽轮机的叶片都有一个自振频率，如果发

电机的频率过低，将使汽轮机的叶片发生谐振，叶片将承受很大的谐振应力，使

材料疲劳，达到材料所不允许的限度时，叶片或拉筋就要断裂，造成严重的事故,

材料的疲劳积累是一个不可逆转的过程，所以汽轮机不允许在低频下长时间1勺运

行。同时，发电机的频率过低还会影响厂用电动机的出力。

（2）发电机低频保护为何只动作于发信：发电机的频率过低说明系统缺少

有功，这时除了本机组通过一次调频来开大调门或者系统的调频机组参与调频

外，也可以通过低频减载装置来切掉系统的部分负荷。发电机频率过低尽管影响

叶片的寿命，但也只是说低频运行时间达到一定的累计时间时叶片有可能断裂，

并不一定会断裂，何况频率低时系统缺少有功,所以低频运行首先要动作于发信,

尽量避免不必要的跳机。低频保护的原理很简单，通过频率继电器和时间元件就

可以实现，依据制造厂的原始数据，可以知道对应低频下允许运行的时间，所以

通过频率继电器来测频，等到时间继电器达到对应频率下的允许运行时间时就发

信。

"14、非电量保护:篇幅限制，这里不做介绍，后续对发变组非电量保护再单

独发文进行介绍，可以参考以下非电量保护配置图进行了解。

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