第八章發電機保護第一節發電機的故障、不正常運行狀態和其它情況及其相應的保護方式

第二節發電機的縱差動保護和橫差保護

第三節發電機定子繞組的單相接地保護

第四節發電機的負序過電流保護

第五節

發電機失磁保護

第六節發電機勵磁回路接地保護第一節發電機的故障類型、不正常運行狀態及其相應的保護方式1）定子繞組相間短路保護方式2）定子一相繞組內的匝間短路保護方式3）定子繞組單相接地保護方式4）轉子繞組一點接地或兩點接地保護方式5）轉子勵磁回路勵磁電流異常下降或完全消失保護方式

不正常運行狀態及其保護方式

1）由于外部短路引起的定子繞組過電流保護方式2）由于負荷超過發電機的額定容量而引起的三相對稱過負荷保護方式3）由于外部不對稱短路或不對稱負荷而引起的發電機負序過電流和過負荷保護方式4）由于突然甩負荷而引起的定子繞組過電壓

保護方式5）由于勵磁回路故障或強勵時間過長而引起的轉子繞組過負荷保護方式6）由于汽輪機主汽門突然關閉引起的發電機逆功率保護方式電力系統振蕩——對300MW機組上，宜裝設失步保護汽輪機低頻運行——可裝設低頻保護水冷發電機斷水——可裝設斷水保護其它情況第二節發電機的縱差動保護和橫差動保護比率制動式縱差保護

標積制動式縱差保護不完全縱差保護

橫（聯）差（動）保護

綜合差動保護

不同發電機組應有不同的主保護配置方案

結論

第二節發電機的縱差動保護和橫差動保護一、比率制動式縱差保護（一）發電機縱差動保護的基本原理與計算縱（聯）差（動）保護是比較被保護設備各引出端電氣量（例如電流）大小和相位的一種保護。以圖8-1為例，設被保護設備有n個引出端，各個端子的電流相量如圖8-1所示，定義流入被保護設備為電流正向，則當被保護設備正常運行或外部短路時，一次電流恒有（8-1）當被保護設備本身發生相間短路時，設短路電流為，則有（8-2）由此可見，以被保護設備諸端子電流的相量和為動作參數的電流繼電器，

在被保護設備正常運行或外部發生各種短路時，該繼電器中理論上沒有動作電流，保護可靠不誤動；當被保護設備本身發生相間短路時，巨大的短路電流全部流入該繼電器，保護靈敏動作。這就是縱差保護的基本原理，它只反映被保護設備本身的相間短路，理論上與外部短路無關，當然也就可以用最快速度、高靈敏地切除被保護設備本身的相間短路，但對與之相鄰的其他設備短路不能有后備保護作用。一次電流必須經電流互感器（TA）才能引入電流繼電器，設互感器的電流變比為，正常運行或外部短路電流經互感器傳變后，由于互感器的誤差（主要是飽和影響），雖然式（8-1）成立，但各二次電流的相量和，此即不平衡電流，實際工程計算：

（8-3）

式中Ik.max─外部最大短路電流（周期性分量）；fi—電流互感器幅值誤差，工程中要求不大于10%,故取fi=0.1；Kss—電流互感器的同型系數，發電機縱差保護用互感器是同一型號的，取Kss=0.5；kaper—非周期分量影響系數，考慮外部短路暫態非周期分量電流對互感器飽和的影響，一般取kaper為1.5~2.0,。為防止縱差保護在外部短路時誤動，繼電器動作電流應躲過不平衡電流，即（8-4）式中Krel—可靠系數，Krel取1.3~1.5。在整定計算動作電流時，應采用機端三相短路次暫態工頻電流，設，則；取，，，,

,nTA=1則用標幺值表示的動作電流為。該保護在縱差保護區內發生機端兩相金屬性短路（電流為）時，保護靈敏度為從表面上看，發電機縱差保護靈敏度很高，實際上發電機定子繞組中性點附近發生短路時，若短路匝數很少，特別是經過過渡電阻短路時，流入縱差保護的電流并不大，保護存在動作死區。因此在確保外部短路不誤動的前提下，盡量減小縱差保護的動作電流，仍然是必要的。下面就討論對發電機內部短路有較高靈敏度、外部短路能可靠不誤動的比率制動式縱差保護。（二）比率制動式縱差保護的基本原理縱差保護動作電流按式（8-4）計算，其值較大，有可能在發電機內部相間短路時拒動。式（8-4）是在最大外部電流下以保護不誤動為條件來整定計算動作電流的，當外部短路電流小于時，縱差保護動作電流可以比式（8-4）的計算值小些，仍可保證不誤動。因此，可以考慮讓隨外部短路電流增大而增大。（二）比率制動式縱差保護的基本原理

如圖8-2所示，發電機每相首末兩端電流各為和，（正向定義與圖8-1相反），互感器一、二次繞組極性和一、二次電流正向定義如圖所示，縱差保護繼電器的差動線圈匝數為Nd，制動線圈匝數為Nres.1和Nres.2，若有，此時，差動繼電器的動作安匝為、制動安匝為為了方便，直接以電流表示：差動電流（8-5）制動電流（8-6）當發電機本身無故障，機外（縱差保護區外）發生短路時，，，，制動電流很大，差動電流理論上為零，保護可靠制動。外部短路電流Ik越大，制動電流Ires越大，而差動電流僅為不平衡電流Iunb，后者由式(8-3)決定。既然繼電器制動電流Ires隨外部短路電流線性增大，縱差保護的動作電流Ik.act也就隨外部短路電流相應增大，如圖8-3所示，Ik.act隨外部短路電流Ik增大而增大的性能，通常稱為“比率制動特性”（折線BC）。當發電機正常運行時，各相電流不大于互感器一次額定電流I1N，這時縱差保護的不平衡電流Iunb很小，完全不需要比率制動特性，只用最小動作電流即可避越負荷狀態下的不平衡電流，如圖8-3中的水平線AB。(三）發電機比率制動式縱差保護的整定計算需要整定計算的是圖8-3中的A、B、C三點。1、最小動作電流（A點）A點整定原則是保證最大負荷狀態下保護不誤動。如前所述，在額定負荷電流下，5P級互感器的幅值誤差為±1%，設一個互感器幅值誤差為－1%，另一個為＋1%，負荷狀態下不平衡電流不大于2%，考慮可靠系數為2，可取=2×2%＝4%。

10P級互感器幅值誤差為±3%，可取=2×6%＝12%。所以選取以下定值是充分安全的：

（8-7）

2、比率制動特性起始點（拐點）B

圖8-3中B點橫坐標電流應小于或等于發電機額定電流IN.G的二次值，當外部短路電流Ik大于IN·G時，繼電器呈現比率制動特性，Ik越大，保護的動作電流就越大。關系式為（8-8）3、最大外部短路電流下的C點在下，縱差保護的最大不平衡電流由式(8-3)決定，即圖8-3中的D點，保護的最大動作電流，可按式(8-4)計算，即C點。可用最大制動系數確定C點，按定義有（8-9）若取，，，，則有＝0.15注意事項：在采用不考慮暫態特性的P級TA時，特別是兩側TA的二次負荷不均衡時，采取非周期系數Kaper=1.5~2.0不能認為已具有足夠的避越暫態不平衡電流的能力，定值整定計算時宜適當取較大值。舉例如下：例如取制動特性直線的斜率m為0.25。以，，,m＝0.25，則有，因此而按式(8-9)可得所以選取斜率m=0.25，相當于將最大制動系數由0.15提高到提高最大制動系數可為躲開暫態不平衡電流創造有利條件。按上述方法整定了A、B、C三點，比率制動特性完全確定。對于這種比率制動式發電機縱差保護的靈敏度校驗，即以機端兩相金屬性短路（發電機不與系統并列）計算保護靈敏度，一定滿足靈敏系數大于2.0的要求，不用再算。為了正確整定發電機縱差保護的比率制動特性，必須建立兩個基本概念，即：（1）外部短路使縱差保護因互感器引起的不平衡電流Iunb與外部短路電流Ik的關系應是圖8-3中的曲線OED，而不是虛直線OD,OD虛線反映的是不平衡電流隨外部短路電流線性增大，這是不真實的。比率制動特性ABC雖與直線OD相交，但它完全位于OED曲線之上，不會因外部短路而誤動。（2）最大制動系數只在最大外部短路電流下是必需的，當時，Kres可以小于。若不平衡電流完全由互感器產生，則比率制動特性只要滿足在最大外部短路電流下的和最大負荷狀態的,縱差保護就一定不會誤動。二、標積制動式縱差保護標積制動式縱差保護與比率制動式縱差保護非常接近,具有更高靈敏度，但也只能反應相間短路而不能反應匝間短路，它由兩側電流和（見圖8-2）組成動作電流和制動電流：動作電流(8-10)制動電流（8-11）式中為和的相位差，外部短路時，內部短路時大多數情況下有（由于定子繞組故障部分與非故障部分間的互感作用產生互感電動勢，有時發電機定子繞組內部短路存在即有外部短路的相位特征）。外部短路時，或，很大，而Ik僅為不大的不平衡電流，保護可靠制動。內部短路時，大多數情況下cosα<0，此時令Ires=0，Ik很大，保護靈敏動作。當發電機未并網而發生內部短路時，I2=0,Ires=0，Ik=I1，仍能靈敏動作。因此標積制動式縱差保護動作判據可表達為（8-12）上式無需加制動系數。

標積制動式縱差保護的動作特性如圖8-4基本動作特性為ABCD，下方為制動區。圖中,這是考慮兩側電流互感器TA的差異和二次負載的不均衡而設置的，如果兩側TA差別較大，可以根據正常滿負荷工況下不平衡電流實測值而適當加大Ik·act·min。對應橫坐標1.0的縱坐標OF，表示制動特性直線的斜率m，對發電機而言，取即m=0.25。當cosα>0、I1/IN·G、I2/IN·G、

Ires/IN·G均大于1.5

時，保護的動作特性由直線CE

決定，此時Ik·act≈∞，保護可靠不誤動。外部短路且兩側電流達到1.5IN·G時，TA遠未飽和，不平衡電流一定不大，不可能誤動。因此圖8-4的標積制動式縱差保護用電流互感器只要求采用5P或10P，就能滿足外部暫態過程中不發生誤動的要求。三、不完全縱差保護不完全縱差保護可能同時對相間短路、匝間短路和定子繞組開焊故障起保護作用.（一）傳統（完全）縱差保護不反應匝間短路和開焊故障的原因如圖8-2所示，利用發電機每相首末兩端定子全相電流和構成的傳統（完全）縱差保護，當發生匝間短路或分支開焊時，兩端電流不管機內故障電流多么大，傳統縱差保護將毫無反應。（二）汽輪發電機不完全縱差保護如圖8-5所示，通常大型汽輪發電機定子繞組為每相兩并聯分支（中型水輪發電機也有這種情況），中性點側引出6個或4個端子，因為TA2只引入部分相電流，所以互感器TA1和TA2構成不完全縱差保護，當然TA1和TA2的變比是不相同的，使正常運行或外部短路時的差動回路不平衡電流很小。不完全縱差保護之所以能反應發電機內部各種短路和開焊故障，是由于三相定子繞組分布在同一定子鐵心上，不同相間和不同匝間存在或大或小的互感聯系。當未裝設互感器的定子分支繞組發生故障時，通過互感磁通可以在裝設互感器的非故障定子分支中感受到故障的發生，使不完全縱差保護動作。理論分析和試驗研究均證明該保護原理的正確性。這種不完全縱差保護的整定計算與傳統縱差保護幾乎一樣，僅僅是電流互感器的同型系數不再是0.5而改取為1.0（因變比不同而不再同型），比率制動特性可取:(圖8-3B點），一般可取為0.2～0.3。

四、橫（聯）差（動）保護橫（聯）差（動）保護是將定子繞組分成幾部分，比較不同部分分支繞組電流，稱為橫差保護，包括裂相橫差保護和零序電流型橫差保護。1、裂相橫差保護2、零序電流型橫差保護1、裂相橫差保護圖8-6（a）示出裂相橫差保護的單相原理圖，圖中汽輪發電機定子繞組每相有兩個并聯分支，每一分支均裝設電流互感器，一相兩分支互感器二次繞組的異極性端相接，差流引至電流繼電器KA。當發電機正常運行或外部短路時有當定子繞組發生不同相的分支間短路（相間短路）、同相不同分支間或同相同分支間短路（匝間短路）以及分支繞組開焊故障時，同相兩分支的平衡被破壞，繼電器KA動作。對于每相并聯分支數a大于2的水輪發電機，例如圖8-6(b)中表示a=5的發電機，可采用裂相橫差保護.這時將定子繞組每相并聯分支分成兩部分，圖8-6(c)所表示的是三分支a1、a3、a5成一組，另二分支a2、a4成一組，每組裝設的互感器二次并聯，兩組互感器按圖8-6(a)接成橫差方式，這就是裂相橫差保護K1。對于a為奇數的互感器變比兩組并不相同，若為微機保護，兩組互感器可選用同一變比，由軟件調整它們的平衡。裂相橫差保護應用：在國內外大型水輪發電機上廣為采用，它與不完全縱差、零序橫差共同組成多分支分布中性點接線方式水輪發電機的綜合差動保護。裂相橫差保護對定子繞組相間短路和匝間短路均有作用，并能兼顧分支開焊故障，但當機端外部引線短路時無保護作用。裂相橫差保護采用比率制動特性時，其整定計算方法如下：

1．最小動作電流

式中─可靠系數，Krel＝1.3～1.5；Iunb·1─負荷狀態下，兩個電流互感器的幅值誤差的不平衡電流，一般可選取Iunb·1=0.06I`2N，I`2N為互感器二次額定電流；Iunb·2─水輪發電機各相并聯分支配置在不同的定子槽中，各槽對應的定、轉子間氣隙磁場大小不同，由此產生的第二種不平衡電流。

Iunb·1

＋Iunb·2可在發電機滿負荷工況下，實測裂相橫差保護不平衡電流得到，它比縱差保護要大些。作為初步設計值，可選取（8-13）2．比率制動特性的拐點

3．最大制動系數（8-14）式中諸系數與式（8-9）相同。2、零序電流型橫差保護

如圖8-6(b)所示，在定子繞組每相分裂成兩部分的情況下，可以裝設一套零序電流型橫差保護，接在中性點o1、o3、o5與o2、o4之間的互感器TA3二次。因為一臺發電機只裝一個互感器和橫差繼電器，所以以前稱為單元件橫差保護。這種橫差保護裝置對相間短路、匝間短路和分支開焊有作用，但也不能反映機端外部引線相間短路。裂相橫差保護在正常運行和外部短路條件的不平衡電流比零序橫差保護的要大些，因為零序橫差保護的不平衡電流中沒有因互感器特性不一致產生的Iunb成分，只有各分支繞組在空間位置不同引起的一部分零序不平衡電流Iunb·0，而且Iunb·0<Iunb。這是因為Iunb中包含著正、負、零序分量電流，而Iunb·0中只有零序分量電流。正是由于不平衡電流的大小不同，相應的動作電流和靈敏度也就不同。零序橫差保護在發電機正常運行時，不平衡電流主要是基波，在外部短路時，不平衡電流中主要是三次諧波成分量。三次諧波不平衡電流Iunb·3不僅在幅值上大大超過基波不平衡電流Iunb·1

，而且隨外部短路電流的增大，Iunb·3的增長速率也高于Iunb·1

，當外部短路達到最大值Ik·max時，不平衡電流最大值Iunb·3·max更遠大于Iunb·1·max

。基于對不平衡電流的實測和分析，得出提高零序橫差保護靈敏度的一個重要技術措施：盡量加強不平衡電流的三次諧波阻波能力，使三次諧波濾過比k3（＝繼電器的三次諧波動作電流/基波動作電流）提高到80％以上，這樣不平衡電流就大大減小，零序橫差保護的動作電流（二次值）Ik·act·(0)為（8-15）式中Krel─可靠系數，Krel＝1.3～1.5；kaper─非周期系數，kaper＝2.0。互感器一次額定電流I1N減小雖有助于提高零序橫差保護的靈敏度，但不應過分減小，以免在發電機內部短路時互感器深度飽和；已知發電機內部短路時零序橫差電流可高達100kA，所以也不能片面強調提高靈敏度而不適當地減小互感器一次額定電流。大型發電機零序橫差保護用互感器變比的選擇，應該全面計算定子繞組內部短路時的零序橫差電流大小，據此選擇I1N和互感器型號，例如5P20或5P30，保證絕大部分內部短路，互感器有5％～10％的精度。

應用、評價及校驗：鑒于高靈敏零序橫差保護裝置簡單，功能全面（同時對相間、匝間短路起保護作用，兼顧分支開焊故障），靈敏度高，成為發電機內部故障的第一主保護，已被國內多個大型水電廠采用，正在施工的三峽工程也選取此保護方案。高靈敏零序橫差保護是發電機定子繞組內部故障的第一保護，但它對機端外部引線相間短路無保護作用，雖然發電機機端出線均采用分相封閉母線，但引線兩相接地短路仍有發生，所以在考慮大型發—變組保護總配置方案時，除在發電機上配備高靈敏零序橫差保護外，還應考慮發電機機端引線相間短路的需要，裝設其他縱差保護。按照規程要求，用機端兩相金屬性短路來校驗保護的靈敏度，對橫差保護完全不適用。可用發電機內部故障計算軟件校驗橫差保護靈敏度。

五、綜合差動保護我國大型水輪發電機已運行的綜合差動保護，如圖8-6所示，包括不完全差動保護K2、裂相橫差保護K1和高靈敏零序橫差保護（裝設在圖8-6(b)的TA3二次）。這種綜合差動保護，如圖8-7所示，對發電機內部短路（相間和匝間）已具有保護的三重化，但對機端引線的相間短路，只有不完全縱差保護K2能起作用，為此還應有另一套主保護，例如發—變組不完全縱差保護。六、結論1．大型和特大型發電機主保護方案的確定，必須建立在充分、全面、科學的內部短路計算分析基礎上，只用機端兩相短路校驗主保護靈敏系數是不科學的。2．大中型發電機僅裝設一或兩種完全縱差保護的工程設計缺乏科學根據，有必要推廣或創造條件推廣完全或不完全裂相橫差、零序電流型橫差及不完全縱差保護。3．不同型號的發電機應有自己的主保護總配置方案，不能因為容量相等或接近就互相搬用主保護總配置方案。4．某種主保護方案的取舍，不要單獨以一種方案靈敏度的高低為準。微機保護允許采用多種原理的主保護，取各自的優點，克服或彌補彼此的缺點，即“優勢互補、綜合利用”的設計方法，最終取得最佳主保護配置方案。第三節發電機定子繞組單相接地保護一、發電機定子繞組單相接地特點與發電機單相接地處理方式

1、發電機定子繞組單相接地故障特點

2、大型發電機單相接地處理方式

二、利用零序電壓構成的發電機定子繞組單相接地保護三、利用三次諧波電壓構成的100%定子接地保護

1、發電機三次諧波電動勢的分布特點

2、反應三次諧波電壓的比值和基波零序電壓組合而構成的100%定子接地保護

一、發電機定子繞組單相接地特點與

發電機單相接地處理方式1、發電機定子繞組單相接地故障特點根據安全的要求，發電機的外殼都是接地的，因此定子繞組因絕緣破壞而引起的單相接地故障比較普遍。當接地電流比較大，能在故障點引起電弧時，將使繞組的絕緣和定子鐵心燒壞。定子繞組單相接地故障對發電機的危害主要表現在定子鐵心的燒傷和接地故障擴大為相間或匝間短路。鐵心燒傷的程度由故障點電流If和故障持續時間t決定，Ik2t越大，鐵心損傷越嚴重。對于沒有傷及鐵心的定子繞組絕緣損壞，修復工作較簡單，所以停機時間較短；一旦燒傷鐵心，由于大型發電機組定子鐵心結構復雜，修復困難，所以停機時間就長。如果說定子繞組絕緣損壞和單相接地故障是在所難免的，由此而殃及定子鐵心則是完全應該避免發生的，為此應設法減小定子繞組單相接地電流Ik，同時縮短故障的持續時間。定子繞組單相接地的故障電流和暫態過電壓大小均與發電機中性點接地方式有關。現代發電機普遍采用中性點不直接接地方式。因此，當發電機內部單相接地時，流經接地點的電流仍為發電機所在電壓網絡（與發電機有直接聯系的各元件）對地電容電流之總和，其值很小。隨著單機容量的進一步增大，三相對地電容C也相應增大，單相接地故障電流Ik.C可能超過允許值。發電機定子繞組單相接地故障電流的允許值，應采用制造廠的規定值，如無規定值時，可參照表8-2所列的數據。按照我國國標要求，很多大型發電機的單相接地電容電流Ik.C已超過上述允許值，所以大型發電機普遍采用中性點經消弧線圈的接地方式。發電機中性點經消弧線圈接地，能夠最大限度地減小接地故障電流，完全符合國際上發電機中性點接地方式的總趨勢。當發電機內部單相接地時，流經接地點的電流仍為發電機所在電壓網絡（與發電機有直接聯系的各元件）對地電容電流之總和，而不同之處在于故障點的零序電壓將隨發電機內部接地點的位置而變化，如圖8-8(a)所示，假設A相接地發生在定子繞組距中心點α處，α表示由中性點到故障點的繞組占全部繞組匝數的百分比，則故障點各相電動勢為

、和,而各相對地電壓分別為(8-16)因此，故障點的零序電壓為（8-17）上式表明，故障點的零序電壓將隨著故障點位置的不同而改變。由此可作出發電機內部單相接地的零序等效網絡，如圖8-8(b)所示。圖中C0G為發電機每相的對地電容，C0L為發電機以外電壓網絡每相對地的等效電容。由此即可求出發電機的零序電容電流和網絡的零序電容電流分別為

（8-18）則故障點總的接地電流即為

有效值(8-19)式中Eф——為發電機的相電動勢，一般在計算時，常用發電機網絡的平均額定相電壓來代替Eф，即表示為流經故障點的接地電流也與a成正比，因此當故障點位于發電機出線端子附近時,α≈1，接地電流為最大，其值為。當發電機內部單相接地時，流經發電機零序電流互感器TA0一次側的零序電流如圖8-8(b)所示，為發電機以外電壓網絡的對地電容電流。而當發電機外部單相接地時，如圖8-9所示，流過TA0的零序電流為發電機本身的對地電容電流。當發電機內部單相接地時，實際上無法直接獲得故障點的零序電壓，而只能借助于機端的電壓互感器來進行測量。由圖8-8可見，當忽略各相電流在發電機內阻抗上的壓降時，機端各相的對地電壓應分別為

(8-20)

其矢量關系如圖8-10所示。由此可求得機端的零序電壓為

(8-21)

其值和故障點的零序電壓相等。（二）大型發電機單相接地處理方式

由于發電機中性點經消弧線圈接地（欠補償或完全補償但必須串接小電阻），在發生單相接地故障時，保護不必立即跳閘，而僅發接地故障信號，值班人員馬上向上級調度部門報告發電機定子繞組接地故障信息，并同時轉移負荷，實現平穩停機檢修，這種處理故障的方式有利于機組安全、對系統和負荷影響極小。由于保護不跳閘，發生定子繞組接地故障的發電機在處理過程中一直與系統并列，頻率始終維持額定，也就不會產生嚴重的暫態過電壓，因此沒有引發相間或匝間短路的可能性。對于大型發電機組，雖不主張單相接地保護動作于跳閘，但也不主張繼續運行，而是要求立即轉移負荷、停機檢修。二、利用零序電壓構成的發電機定子繞組單相接地保護一般大、中型發電機在電力系統中大都采用發電機－變壓器組的接線方式，在這種情況下，發電機電壓網絡中，只有發電機本身、連接發電機與變壓器的電纜以及變壓器的對地電容（分別以、、表示），其分布情況見圖8-11

。當發電機單相接地后，接地電容電流一般小于允許值。對于大容量的發電機－變壓器組，若接地后的電容電流大于允許值，則可在發電機電壓網絡中裝設消弧線圈予以補償。由于上述三相電容電流的數值基本上不受系統運行方式變化的影響，因此，裝設消弧線圈后，可以把接地電流補償到很小的數值。在上述兩種情況下，均可以裝設作用于信號的接地保護。發電機內部單相接地的信號裝置，一般是反應于零序電壓而動作，其原理接線如圖8-12所示，過電壓繼電器連接于發電機電壓互感器二次側接成開口三角形的輸出電壓上。在正常運行時，發電機相電壓中還含有三次諧波，在機端電壓互感器接成開口三角形的一側有三次諧波電壓輸出，此外，當變壓器高壓側發生接地故障時，在發電機端也會產生零序電壓。為了保證動作的選擇性，保護裝置的整定值應躲開正常運行時的不平衡電壓（包括三次諧波電壓），以及變壓器高壓側接地時在發電機端所產生的零序電壓。根據運行經驗，繼電器的起動電壓一般整定為15～30V。按以上條件整定的保護，由于整定值較高，因此，當中性點附近發生接地故障時，保護裝置不能動作，因而出現死區。為了減小死區，可采取如下措施來降低起動電壓:1、如圖8-12所示，加裝三次諧波帶阻過濾器；2、對于高壓側中性點直接接地的電網，利用保護裝置的延時來躲開高壓側的接地故障；3、在高壓側中性點非直接接地的電網中，利用高壓側的零序電壓將發電機接地保護閉鎖或利用它對保護實現制動。采取以上措施以后，零序電壓保護范圍雖然有所提高，但在中性點附近接地時仍然有一定的死區。利用零序電流和零序電壓構成的接地保護，對定子繞組都不能達到100％的保護范圍。對于大容量機組而言，由于振動較大而產生的機械損傷或發生漏水（指水內冷的發電機）等原因，都可能使靠近中性點附近的繞組發生接地故障。如果這種故障不能及時被發現，則一種可能是進一步發展成匝間或相間短路；另一種可能是如果又在其他地點發生接地，則形成兩點接地短路。這兩種結果都會造成發電機的嚴重損壞，因此，對大型發動機組，特別是定子繞組用水內冷的機組，應裝設能反應100％定子繞組的接地保護。目前，100％定子接地保護裝置一般由兩部分組成，第一部分是零序電壓保護，如上所述它能保護定子繞組的85％以上，第二部分保護則用來消除零序電壓保護不能保護的死區。為提高可靠性，兩部分的保護區應相互重疊。構成第二部分保護的方案主要有：1．發電機中性點加固定的工頻偏移電壓，其值為額定相電壓的10％～15％。當發電機定子繞組接地時，利用此偏移電壓來加大故障點的電流（其值限制在10～25A左右），接地保護即反應于這個電流而動作。2．附加直流或低頻（20Hz或25Hz）電源，通過發電機端的電壓互感器將其電流注入發電機定子繞組,當定子繞組發生接地時，保護裝置將反應于此注入電流的增大而動作。3．利用發電機固有的三次諧波電勢，以發電機中性點側和機端側三次諧波電壓比值的變化或比值和方向的變化，來作為保護動作的判據。在以上方案中，有些本身就具有保護區達100％的性能，此時可用零序電壓保護作為后備，以進一步提高可靠性。

三、利用三次諧波電壓構成的100%定子接地保護（一）發電機三次諧波電動勢的分布特點（二）反應三次諧波電壓的比值（）和基波零序電壓組合而構成的100%定子接地保護（一）發電機三次諧波電動勢的分布特點由于發電機氣隙磁通密度的非正弦分布和鐵磁飽和的影響,在定子繞組中感應的電動勢除基波分量外,還含有高次諧波分量。其中三次諧波電動勢雖然可在線電動勢中消除，但在相電動勢中依然存在。因此，每臺發電機總有約百分之幾的三次諧波電動勢，設以E3表示。如果把發電機的對地電容等效地看作集中在發電機的中性點N和機端S，每端為0.5C0G,并將發電機端引出線、升壓變壓器、廠用變壓器以及電壓互感器等設備的每相對地電容也等效地放在機端，則正常運行情況下的等效網絡如圖8-13所示，由此即可求出中性點及機端的三次諧波電壓分別為和此時，機端三次諧波電壓與中性點三次諧波電壓之比為（8-22）由上式可見，在正常運行時，發電機中性點側的三次諧波電壓總是大于發電機端的三次諧波電壓。極限情況是，當發電機出線端開路（）時，。當發電機中性點經消弧線圈接地時，其等值電路如圖8-14所示，假設基波電容電流得到完全補償，則（8-23）此時發電機中性點側對三次諧波的等值電抗為將式（8-23）代入整理后可得發電機端對三次諧波的等值電抗為因此，發電機端三次諧波電壓和中性點側三次諧波電壓之比為（8-24）式（8-24）表明，接入消弧線圈以后，中性點側的三次諧波電壓在正常運行時比機端三次諧波電壓更大。在發電機出線端開路時，，則

（8-25）在正常運行情況下，盡管發電機的三次諧波電動勢隨著發電機的結構及運行狀況而改變，但是其機端三次諧波電壓與中性點三次諧波電壓的比值總是符合以上關系。當發電機定子繞組發生金屬性單相接地時，設接地發生在距中性點α處，其等值電路如圖8-15所示。因此，如果利用機端三次諧波電壓Us3作為動作量，而用中性點側三次諧波電壓作為制動量來構成接地保護，且當時為保護的動作條件，則在正常運行時保護不可能動作，而當中性點附近發生接地時，則具有很高的靈敏性。利用這種原理構成的接地保護，可以反應定子繞組中性點側約50%范圍以內的接地故障。此時不管發電機中性點是否接有消弧線圈，恒有

則（8-26）Us3、UN3

隨α而變化的關系如圖8-16所示。當時，恒有。（二）反應三次諧波電壓的比值（）和基波零序電壓組合而構成的100%定子接地保護如上所述，利用三次諧波電壓構成的接地保護可以反應發電機繞組中α小于50%范圍以內的單相接地故障，且當故障點越接近于中性點時，保護的靈敏性越高；而利用基波零序電壓構成的接地保護，則可以反應以上范圍的單相接地故障，且當故障點越接近于發電機出線端時，保護的靈敏性越高。因此，利用三次諧波電壓比值和基波零序電壓的組合，構成了100%的定子繞組接地保護。第四節發電機負序過電流保護一、負序過電流保護的作用

1、發電機負序過電流的危害性當電力系統發生不對稱短路或在正常運行情況下三相負荷不平衡時，在發電機定子繞組中將出現負序電流，此電流在發電機空氣隙中建立負序旋轉磁場相對于轉子為兩倍的同步轉速，因此將在轉子繞組、阻尼繞組以及轉子鐵心等部件上感應出100Hz的倍頻電流，該電流使得轉子上電流密度很大的某些部位（如轉子端部、護環內表面等），可能出現局部灼熱，甚至可能使護環受熱松脫，從而導致發電機的重大事故。此外，產生的交變電磁轉矩，將同時作用在轉子大軸和定子機座上，從而引起100Hz的振動。負序電流在轉子中所引起的發熱量，正比于負序電流的平方及所持續時間的乘積。在最嚴重的情況下，假設發電機轉子為絕熱體（不向周圍散熱），則不使轉子過熱所允許的負序電流和時間的關系，可用下式表示（8-27）

(8-28)式中i2─流經發電機的負序電流；t─i2所持續的時間；─在時間t內的平均值，應采用以發電機額定電流為基準的標幺值；A─與發電機型式和冷卻方式有關的常數。關于A的數值，應采用制造廠所提供的數據。其參考值為：對凸極式發電機或調相機可取A＝40；對于空氣或氫氣表面冷卻的隱極式發電機可取A＝

30；對于導線直接冷卻的100～300MW汽輪發電機可取A＝6～15等。隨著發電機組容量的不斷增大，它所允許的承受負序過負荷的能力也隨之下降（A值減小）。例如取600MW汽輪發電機A的設計值為4，其允許負序電流與持續時間的關系如圖8-17中的曲線所示。這就對負序電流保護的性能提出了更高的要求。針對上述情況而裝設的發電機負序過電流保護實際上是對定子繞組電流不平衡而引起轉子過熱的一種保護，因此應作為發電機的主保護方式之一。此外，由于大容量機組的額定電流很大，而在相鄰元件末端發生兩相短路時的短路電流可能較小，此時采用復合電壓（低電壓和負序電壓）啟動的過電流保護往往不能滿足作為相鄰元件后備保護時對靈敏系數的要求。在這種情況下，采用負序電流作為后備保護，就可以提高不對稱短路時的靈敏性。由于負序過電流保護不能反應于三相短路，因此，當用它作為后備保護時，還需要附加裝設一個單相式的低電壓啟動過電流保護，以專門反應三相短路。二、負序反時限過電流保護負序反時限動作跳閘的特性與發電機允許的負序電流曲線相配合時，通常采用圖8-17所示的方式，即動作特性在允許負序電流的上面，其間的距離按轉子溫升裕度決定。這樣配合可以避免在發電機還沒有達到危險狀態時就把發電機切除。保護裝置的動作特性可表示為（8-29）式中α─與轉子的溫升特性、溫升裕度等因素有關的常數。按式（8-29）構成反時限過電流保護及負序過負荷信號保護的一種原理圖如圖8-18所示。過濾器的輸出電壓與負序電流成正比，同時加于過負荷起動回路和運算回路。啟動回路動作后，當負序電流超過發電機的長期允許值時，延時t1發出過負荷信號。同時還輸出信號至Y1和Y2的輸入端，Y1用以開放反時限部分的計時回路，允許運算回路的輸出按式（8-29）所示關系進行工作，Y2用以開放反時限部分的跳閘回路，以防止由于保護裝置內部元件損壞造成誤動作。在反時限部分中，Y1的輸出和α形成回路的輸出經減法器后形成，然后加于反時限元件t2，一般可由RC積分電路構成。電平檢測器反應于而動作，動作后即可通過Y2跳閘。當用于A值不同的發電機時，可利用A值的整定回路選取適當的數值，以滿足被保護發電機的要求。對過負荷的信號部分的整定原則：整定值應按照躲開發電機長期允許的負序電流之和最大負荷下負序過濾器的不平衡電流（均應考慮繼電器的返回系數）來確定。根據有關規定，汽輪發電機的長期允許負序電流為6％－8％的額定電流，水輪發電機的長期允許負序電流為12％的額定電流，因此，一般情況下可取為（8-30）其動作時限則應保證在外部不對稱短路時的動作的選擇性，一般采用5～10s。第五節失磁保護一、發電機的失磁運行及其影響二、發電機失磁后的機端測量阻抗三、發電機在其他運行方式下的機端測量阻抗四、失磁過程中的勵磁電壓的變化特征五、低勵失磁保護的構成方式一、發電機的失磁運行及其影響發電機失磁故障是指發電機在運行過程中其勵磁突然全部消失或部分消失。引起失磁的原因：轉子繞組故障、勵磁機故障、自動滅磁開關誤跳閘、半導體勵磁系統中某些元件損壞或回路發生故障以及誤操作等。影響：1、當發電機完全失去勵磁時，勵磁電流將逐漸衰減至零。當發電機完全失去勵磁時，勵磁電流將逐漸衰減至零。由于發電機的空載電動勢Eq隨著勵磁電流的減小而減小，因此，其電磁轉矩也將小于原動機的轉矩，因而引起轉子加速，使發電機的功角δ增大。當δ超過靜態穩定極限角時，發電機與系統失去同步。發電機失磁后將從并列運行的電力系統中吸收感性無功功率供給轉子勵磁電流，在定子繞組中感應電動勢。在發電機超過同步轉速后，轉子回路中將感應出頻率為fG-fs（此處fG為對應發電機轉速的頻率，fs為系統頻率）的電流，此電流產生異步制動轉矩，當異步轉矩與原動機轉矩達到平衡時，即進入穩定的異步運行。根據電機學的分析，異步發電機的等效電路與異步電動機的相似，異步發電機的等效電路用圖8-19來表示，當發電機失磁后而異步運行時，將對電力系統和發電機產生以下影響：1．需要從電網中吸收很大的無功功率以建立發電機的磁場。所需無功功率的大小，主要取決于發電機的參數（X1、X2、Xad）以及實際運行時的轉差率。例如，汽輪發電機與水輪發電機相比，前者的同步電抗Xd

（Xd

=X1

+Xad

）較大，則所需的無功功率較小。又當s增大時，減小，和隨之增大，則相應所需的無功功率也要增加。

假設失磁前發電機向系統送出無功功率Q1，而在失磁后從系統吸收無功功率Q2，則系統中將出現Q1

+Q2的無功功率差額。2．由于從電力系統中吸收無功功率將引起電力系統的電壓下降，如果電力系統的容量較小或無功功率的儲備不足，則可能使失磁發電機的機端電壓、升壓變壓器高壓側的母線電壓、或其他鄰近點的電壓低于允許值，從而破壞了負荷與各電源間的穩定運行，甚至可能因電壓崩潰而使系統瓦解。3．由于失磁發電機吸收了大量的無功功率，因此為了防止其定子繞組過電流，發電機所能發出的有功功率將較同步運行時有不同程度的降低，吸收的無功功率越大則降低的越多。4．失磁后發電機的轉速超過同步轉速，因此，在轉子及勵磁回路中將產生頻率為的交流電流，因而形成附加的損耗，使發電機轉子和勵磁回路過熱。顯然，當轉差率越大時，所引起的過熱也越嚴重。根據以上分析，結合汽輪發電機來看，由于其異步功率比較大，調速器也比較靈敏，因此當超速運行后，調速器立即關小汽門，使汽輪機的輸出功率與發電機的異步功率很快達到平衡，在轉差率小于0.5％的情況下即可穩定運行。故汽輪發電機在很小的轉差下異步運行一段時間，原則上是完全允許的。此時，是否需要并允許其異步運行，則主要取決于電力系統的具體情況。例如，當電力系統的有功功率供應比較緊張，同時一臺發電機失磁后，系統能夠供給它所需要的無功功率，并能保證電網的電壓水平時，則失磁后就應該繼續運行；反之，如系統中有功功率有足夠的儲備，或者系統沒有能力供給它所需要的無功功率，則失磁以后就不應該繼續運行。對水輪發電機而言，失磁后異步運行有如下后果：1）其異步功率較小，必須在較大的轉差下（一般達到1％～2％）運行，才能發出較大的功率；2）由于水輪機的調速器不夠靈敏，時滯較大，甚至可能在功率尚未達到平衡以前就大大超速，從而使發電機與系統解列；3）其同步電抗較小，如果異步運行，則需要從電網吸收大量的無功功率；4）其縱軸和橫軸很不對稱，異步運行時，機組振動較大等因素的影響，因此水輪發電機一般不允許在失磁以后繼續運行。為此，在發電機上，尤其是在大型發電機上應裝設失磁保護，以便及時發現失磁故障，并采取必要的措施，例如發出信號由運行人員及時處理、自動減負荷或動作于跳閘等，以保證電力系統和發電機的安全。二、發電機失磁后的機端測量阻抗以汽輪發電機經一聯絡線與無窮大系統并列運行為例，其等值電路和正常運行時的矢相量圖如圖8-20所示。根據電機學中的分析，發電機送到受端的功率分別為（8-31）

（8-32）受端的功率因數角為（8-33）在正常運行時，。一般當不考慮勵磁調節器的影響時，為穩定運行的極限，后發電機失步。發電機從失磁開始到進入穩定異步運行，一般可分為三個階段：失磁后到失步前、臨界失步點、失步后的異步運行階段1．失磁后到失步前在失磁后到失步前的階段中,轉子電流逐漸衰減，隨之減小，發電機的電磁功率P開始減小，由于原動機所供給的機械功率還來不及減小，于是轉子逐漸加速，使和之間的功角δ隨之增大，P又要回升。在這一階段中sinδ的增大與Eq的減小相補償，基本上保持了電磁功率P不變。與此同時，無功功率Q將隨著Eq的減小和δ的增大而迅速減小，按式（8-32）計算的Q值將由正變負，即發電機變為吸收感性無功功率。在這一階段中，發電機端的測量阻抗為=

（8-34）如圖8-21所示，式中的Us、Xs和p為常數，而Q和ф為變數，因此它是一個圓的方程式，如圖8-21所示，表示在復數平面上其圓心O`的坐標為(,Xs),半徑為。由于這個圓是在某一定有功功率P不變的條件下作出的，故稱為等有功阻抗圓。

由式（8-34）可見，機端測量阻抗的軌跡與P有密切關系，對應不同的P值有不同的阻抗圓，且P越大時圓的直徑越小。發電機失磁以前，向系統送出無功功率，φ角為正，測量阻抗位于第Ⅰ象限。失磁以后，隨著無功功率的變化，φ角由正值變為負值，因此測量阻抗也沿著圓周隨之由第Ⅰ象限過渡到第四Ⅳ象限。2．臨界失步點對汽輪發電機組，當δ=90°時，發電機處于失去靜穩定的臨界狀態，故稱為臨界失步點。此時輸送到受端的無功功率，根據式（8-32）為（8-35）上式中Q為負值，表明臨界失步時，發電機自系統吸收無功功率，且為一常數，故臨界失步點也稱為等無功點。此時機端的測量阻抗為將式（8-35）的Q值代入并化簡后可得

（8-36）由式（8-35）可知，發電機在輸出不同的有功功率P而臨界失步時，其無功功率Q恒為常數。因此，在式（8-36）中，φ為變數，也是一個圓的方程，如圖8-22所示，其圓心的坐標為（0，），圓的半徑為這個圓稱為臨界失步阻抗圓，也稱等無功阻抗圓。其圓周為發電機以不同的有功功率P臨界失步時，機端測量阻抗的軌跡，圓內為失步區。3．失步后的異步運行階段失步后的異步運行階段可用圖8-19所示的等效電路來表示，此時按圖8-20所規定的電流正方向，機端測量阻抗應為

（8-37）當發電機空載運行失磁時，S≈0，，此時機端的測量阻抗為最大（8-38）當發電機在其他運行方式下失磁時，ZG將隨著轉差率的增大而減小，并位于第Ⅳ象限內。極限情況是當時,趨近于零，ZG的數值為最小,有：（8.39）綜上所述，當一臺發電機失磁前在過激狀態下運行時，其機端測量阻抗位于復數平面的第Ⅰ象限（如圖8-23中的a或a`點），失磁以后，測量阻抗沿等有功阻抗圓向第四象限移動。當它與臨界失步圓相交時（b或b`點），表明機組運行處于靜穩定的極限。越過b（或b`）點以后，轉入異步運行，最后穩定于c（或c`）點，此時，平均異步功率與調節后的原動機輸入功率相平衡。4．異步邊界阻抗圓失磁的發電機，由同步運行最終轉入異步運行，發電機的參數將在Xd（Xq）與()之間隨轉差率變化，轉差率越大，越接近或，轉差率為零（即同步）時，參數為Xd（Xq），因此失磁發電機的參數以同步電抗Xd（Xq）為極限，不可能超越同步電抗值。為了檢測發電機失磁后的異步運行狀態，國內外習慣在機端裝設異步邊界阻抗繼電器，其阻抗特性圓如圖8-24所示。它以和兩點為直徑作圓，進入圓內表明發電機已進入異步運行。該阻抗圓在第Ⅲ、Ⅳ象限，其阻抗動作圓一定小于靜穩定極限阻抗圓，即臨界失步阻抗圓，所以同一臺發電機在同一工況下的系統中運行，若失磁保護采用靜穩極限阻抗繼電器，在失磁故障時一定比采用異步邊界阻抗繼電器的動作早，與此同時，前者比后者的誤動幾率高。三、發電機在其他運行方式下的機端測量阻抗為了便于和失磁情況下的機端測量阻抗進行鑒別和比較，如圖8-25所示，現對發電機在下列幾種運行情況下的機端測量阻抗進行簡要說明。1．發電機正常運行時的機端測量阻抗當發電機向外輸送有功和無功功率時，其機端測量阻抗ZG位于第I象限，如圖8-25中的1點所示，它與R軸的夾角φ為發電機運行時的功率因數角。

當發電機只輸出有功功率時，測量阻抗位于R軸上的2點。當發電機欠激運行時，它向外輸送有功，同時從電網吸收一部分無功功率（Q值變為負），但仍保持同步并列運行，此時，測量阻抗位于第四象限的3點。2．發電機外部故障時的機端測量阻抗

當采用0°接線方式時，故障相測量阻抗位于第一象限，其大小和相位正比于短路點到保護安裝地點之間的阻抗，如圖8-25中的5點。如繼電器接于非故障相，則測量阻抗的大小和相位需經具體分析后確定。

3．發電機與系統間發生振蕩時的機端測量阻抗根據圖8-20(a)的等值電路和第三章第六節中有關分析，當認為Eq≈Us時，振蕩中心位于0.5X∑處。當Xs≈0時，振蕩中心即位于處，此時機端測量阻抗的軌跡沿直線變化，當δ=180°時，測量阻抗的最小值為。如圖8-26所示.四、失磁過程中的勵磁電壓的變化特征

發電機失磁故障發生在轉子中，早期的失磁保護判據就是以勵磁電壓的極度下降為特征。后來隨著電力系統的發展，出現許多超高壓遠距離輸電線，后者有很大的三相電容。當負荷低谷時期，由于輸電線的電容電流，使系統電壓過高，發電機被迫減小勵磁電壓，有時作進相運行，發電機成為吸收感性無功的設備，起著調相機的作用，這時的發電機雖然勵磁電壓較低，但機端電壓卻是高的，決非失磁或低勵故障，因此失磁保護由原始簡單的轉子判據發展為定子判據，即根據機端三相電壓和三相電流，用機端阻抗的變化檢測低勵失磁故障。這種利用機端阻抗判據的失磁保護裝置，在并非失磁故障的系統振蕩、經過渡電阻發生外部短路等情況下，機端阻抗有可能進入失磁保護阻抗動作范圍內引起誤動，為此又增設轉子勵磁電壓作輔助判據，與機端阻抗主判據共同判別失磁故障與非失磁故障。

五、低勵失磁保護的構成方式

(一）利用自動滅磁開關聯鎖跳開發電機斷路器

過去發電機失磁保護都是采用這種方式。但實際上發電機失磁并不都是由于自動滅磁開關跳開而引起的，特別是當采用半導體勵磁系統時，由于半導體元件或回路的故障而引起發電機失磁是可能的，而在這種情況下保護將不能動作。因此這種保護方式一般用于容量在100MW以下帶直流勵磁機的水輪發電機以及不允許失磁運行的汽輪發電機上。

（二）利用失磁后發電機定子各參數變化的特點構成失磁保護這種方式的保護所反應的是發電機定子參數的變化，如：機端測量阻抗由第一象限進入第四象限，無功功率改變方向，機端電壓下降，功角δ增大，勵磁電壓降低等。目前對容量在100MW以上的發電機和采用半導體勵磁的發電機，普遍增設了這種方式的保護。

利用失磁后發電機定子各參數變化的特點構成失磁保護

1．圖8-27所示為汽輪發電機失磁保護裝置（動作于跳閘）的一種構成方式。圖中阻抗元件是失磁故障的主要判別元件，可按臨界失步阻抗圓進行整定；母線低電壓(UG<)元件用以監視母線電壓，按保證電力系統安全運行所允許的最低電壓整定，是失磁故障的另一個主要判別元件；勵磁低電壓(Ufd<)元件用作閉鎖元件，一般按躲開空載運行時的最低勵磁電壓整定，但應考慮在滿載運行情況下部分失磁時，繼電器可能拒動。當發電機失磁時，阻抗元件和勵磁低電壓元件動作，啟動Y2，立即發出發電機已失步的信號，并經t2延時后，通過H門動作于跳閘。延時t1用以躲開系統振蕩或自同步并列時的影響，一般取為1～1.5s。

如果失磁后，機端電壓下降到低于安全運行的允許值，則母線低電壓元件動作，此時&1門起動，經延時后，通過或門動作于跳閘。延時用以躲開振蕩過程中的短時間電壓降低或自同步并列時的影響，一般取為0.5～1s。由于有勵磁低電壓元件（Ufd<）的閉鎖，因此在短路故障以及電壓互感器回路斷線時，Y1和Y2都不可能啟動，因而保護裝置不會誤動作。當電壓互感器回路斷線時，（UG<）或（Z）誤動作后，均可發出電壓回路斷線信號。當勵磁回路電壓降低時，(Ufd<)動作，發出信號。

2．圖8-29所示為一種新型的、整定值能自動隨有功功率P變化的轉子低電壓失磁繼電器（簡稱UL-P繼電器）作主要判據而構成失磁保護的方案。

UL-P繼電器的主要特點是它的整定值隨著發電機有功功率的增大而增大，從而可以靈敏地反應發電機在各種負荷狀態下的失磁故障，當失磁后勵磁電壓降低到整定值時（此時尚未失步，而是預告了必然要失步），它可以比靜穩邊界提前約1s的時間動作，使發電機減載，從而更容易獲得減載的效益，例如恢復同步或者進入較小轉差率下的異步運行。繼電器動作后，經t1延時0.2s使發電機減載。當達到靜穩邊界時，反應定子判據的阻抗元件(Z)動作，兩者組成與門后可使發電機跳閘。在發電機失磁、δ越過180°之后，轉差率s、功率P、勵磁電壓Ugk等均將出現較大的波動，此時由于UL-P繼電器定值的變化，可能出現無規則地動作和返回，為了保證δ越過180°之后保護裝置可靠動作，增設了t2延時返回（或記憶）的電路。第六節發電機勵磁回路接地保護

一、發電機勵磁回路一點接地保護概述

發電機勵磁回路故障的成因和形式

發電機勵磁回路接地保護的現狀二、勵磁回路一點接地保護

直流電橋式發電機勵磁回路一點接地保護

切換采樣式發電機勵磁回路一點接地保護

三、發電機勵磁回路兩點接地保護簡介

一、發電機勵磁回路一點接地保護概述

1、發電機勵磁回路故障的成因和形式轉子繞組絕緣破壞常見的故障形式有兩種：轉子繞組匝間短路和勵磁回路一點接地。轉子繞組匝間短路多發生在沿槽高方向的上層線匝，對于氣體冷卻的轉子，這種匝間短路不會直接引起嚴重后果，也無需立即消除缺陷，所以并不要求裝設轉子繞組匝間短路保護。但是轉子繞組匝間短路必然使勵磁電流增大，此時發電機的輸出無功功率必然減小，機組振動加劇，局部過熱而損壞主絕緣和銅線，因此對于水內冷的轉子，由于匝數少、電流密度大，不容許帶著匝間短路長期運行。由此可見，轉子繞組匝間短路的故障處理沒有統一的標準，一旦發現這類故障，發電機是否繼續運行應綜合考慮現有的運行經驗、故障的形式和特點、故障出現在機組運行期間或預防性試驗中或機組安裝時等諸多因素。發電機勵磁回路一點接地故障，也是常見的故障形式之一，兩點接地故障也時有發生。勵磁回路一點接地故障，對發電機并未造成危害，但若再相繼發生第二點接地故障，則將嚴重威脅發電機的安全。當發生兩點接地故障時，由于故障點流過相當大的故障電流而燒傷轉子本體；由于部分繞組被短接，勵磁繞組中電流增加，可能因過熱而燒傷；由于部分被短接，使氣隙磁通失去平衡，從而引起振動，特別是多極機會引起更加嚴重的振動，甚至會因此而造成災難性的后果。此外，汽輪發電機勵磁回路兩點接地，還可能使軸系和汽機磁化。因此，勵磁回路兩點接地故障的后果是嚴重的。2、發電機勵磁回路接地保護的現狀

對于1MW以上的水輪發電機，都裝設一點接地保護，動作于信號，不裝設兩點接地保護。中小型汽輪發電機，只裝