子任務(wù)1：無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)（電流I段）任務(wù)2：發(fā)電機(jī)保護(hù)教學(xué)重點(diǎn)直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理基于電磁感應(yīng)原理：右手定則產(chǎn)生磁場(chǎng)：（N、S極）運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線ab、cd切割磁場(chǎng)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)——交變換向整流——電刷間輸出直流電動(dòng)勢(shì)圖1.直流發(fā)電機(jī)的工作原理模型教學(xué)重點(diǎn)發(fā)電機(jī)的保護(hù)構(gòu)成與運(yùn)行

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)是指將發(fā)電機(jī)同步并入電網(wǎng)，以向電網(wǎng)輸出電能。發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中十分重要和貴重的設(shè)備，發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行直接影響電力系統(tǒng)的安全。由于發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運(yùn)行中可能發(fā)生故障和異常運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)造成危害。同時(shí)，系統(tǒng)故障也可能損壞發(fā)電機(jī)，特別是現(xiàn)代的大中型發(fā)電機(jī)，其單機(jī)容量大，對(duì)系統(tǒng)影響大，損壞后的修復(fù)工作工作困難且工期長(zhǎng)。因此，要對(duì)發(fā)電機(jī)可能發(fā)生的故障類型及不正常運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，并且針對(duì)各種不同故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，給發(fā)電機(jī)裝設(shè)性能完善的繼電保護(hù)裝置必不可少。由發(fā)電機(jī)的工作原理我們知道轉(zhuǎn)子、定子是發(fā)電機(jī)的主要部件，因此對(duì)于發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)也主要從定子、轉(zhuǎn)子入手。教學(xué)重點(diǎn)發(fā)電機(jī)的保護(hù)構(gòu)成與運(yùn)行教學(xué)重點(diǎn)發(fā)電機(jī)的故障類型定子繞組故障：

1.相間短路

2.一相的匝間短路

3.單相接地轉(zhuǎn)子繞組故障：

1.一點(diǎn)接地

2.兩點(diǎn)接地短路

3.轉(zhuǎn)子繞組失磁能使定子繞組絕緣損壞，甚至引起發(fā)電機(jī)著火。可能引起發(fā)電機(jī)強(qiáng)烈振動(dòng)，甚至把轉(zhuǎn)子繞組燒壞。導(dǎo)致發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行，甚至解列。教學(xué)難發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行狀態(tài)⒈由于外部短路引起的定子繞組過(guò)電流；⒉負(fù)荷超過(guò)發(fā)電機(jī)額定容量而引起的過(guò)負(fù)荷；以上兩種會(huì)引起定子繞組溫度升高，加速絕緣老化，縮短機(jī)組壽命，可能發(fā)展為定子繞組故障。⒊定子繞組過(guò)電壓；可造成定子繞組絕緣擊穿。⒋轉(zhuǎn)子表層過(guò)熱。可造成轉(zhuǎn)子局部灼傷，嚴(yán)重時(shí)使護(hù)環(huán)受熱松脫。教學(xué)難發(fā)電機(jī)的保護(hù)方式1.縱差動(dòng)保護(hù)：定子繞組及其引出線的相間短路保護(hù)2.橫差動(dòng)保護(hù)：定子繞組一相匝間短路的保護(hù)3.單相接地保護(hù)：對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地短路的保護(hù)其中接地電容電流：5A以下動(dòng)作于信號(hào)

5A以上動(dòng)作于跳閘

教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難

發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)反應(yīng)了發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線的相間短路故障，動(dòng)作于瞬時(shí)跳發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)、滅磁及停機(jī)，是發(fā)電機(jī)的主要保護(hù)。發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的原理與短距離輸電線路及變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的原理相同，這里不再贅述。發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)邏輯框圖如下圖所示。發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的原理A相差動(dòng)元件動(dòng)作B相差動(dòng)元件動(dòng)作C相差動(dòng)元件動(dòng)作TA斷線檢測(cè)I/VI/VIMIN≥1&差動(dòng)出口TA斷線信號(hào)···教學(xué)重點(diǎn)發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的分類根據(jù)接線方式和位置的不同，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)可分為完全縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和不完全縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。

·教學(xué)重點(diǎn)發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的分類兩者的區(qū)別是接入發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的電流不同。（1）完全縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)與出口開(kāi)關(guān)側(cè)裝有兩組變比相同的電流互感器，按環(huán)流法連接將該相的差流回路接入電流繼電器，在正常或保護(hù)范圍外發(fā)生短路故障時(shí)，中性點(diǎn)與出口側(cè)的電流數(shù)值和相位都相同，差流回路沒(méi)有電流或極小，繼電器不會(huì)動(dòng)作；而當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)回路差流，當(dāng)其超過(guò)電流繼電器整定值時(shí)即啟動(dòng)發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)動(dòng)作。（2）不完全縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)完全縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)在定子繞組發(fā)生匝間短路時(shí)兩側(cè)電流仍相等，保護(hù)不能動(dòng)作。若僅引入發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)部分與機(jī)端電流來(lái)構(gòu)成縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，在發(fā)電機(jī)相間或匝間短路時(shí)均會(huì)產(chǎn)生流差，使保護(hù)動(dòng)作切除故障。這種縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)稱為不完全縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。教學(xué)難發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算

發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)一般采用兩折線的比率制動(dòng)特性，因此對(duì)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算，實(shí)質(zhì)就是對(duì)Id.min、Ires.min及K的整定計(jì)算。

(1)最小動(dòng)作電流Id.min的整定。最小動(dòng)作電流Id.min的整定原則是躲過(guò)發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)差動(dòng)回路中的最大不平衡電流。通常對(duì)發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)可取Id.min=(0.1~0.3)In.g。(2)最小拐點(diǎn)電流Ires.min的整定。最小拐點(diǎn)電流Ires.min的大小決定開(kāi)始產(chǎn)生制動(dòng)作用的電流大小。因此，拐點(diǎn)電流的大小直接影響差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作靈敏度。通常拐點(diǎn)電流整定為Ires.min=(0.5~1.0)In.g。

(3)制動(dòng)線斜率K的整定。發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)線斜率K一般可取0.3~0.4。教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難發(fā)電機(jī)定子接地

定子繞組單相接地（定子繞組與鐵芯間的絕緣破壞）是發(fā)電機(jī)最常見(jiàn)的一種故障。由于大中型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻接地，定子單相接地并不產(chǎn)生大的故障電流。所以定子繞組單相接地通常只發(fā)信號(hào)而不跳閘，故障機(jī)組經(jīng)轉(zhuǎn)移負(fù)荷后平穩(wěn)停機(jī)。同時(shí)也應(yīng)指出，發(fā)電機(jī)單相接地故障往往是相間或匝間短路的先兆。因此對(duì)于大型發(fā)電機(jī)組，在定子單相接地保護(hù)動(dòng)作發(fā)信號(hào)后應(yīng)立即通知系統(tǒng)調(diào)度部門，瞬間減少故障機(jī)組負(fù)荷，盡快實(shí)現(xiàn)停機(jī)檢修。教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難

發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增大，一般使三相定子繞組對(duì)地電容增加，相應(yīng)的接地電流也增大。如不采取措施(如增設(shè)消弧線圈),單相接地故障將危及定子鐵芯，因此必須對(duì)大型發(fā)電機(jī)的頂子單相接地電流制定一個(gè)合理的安全允許值。為確保大型發(fā)電機(jī)的安全，不使單相接地故障發(fā)展成相間或匝間短路，應(yīng)使單相接地故障處產(chǎn)生電弧或使接地電弧瞬間熄滅。這個(gè)不產(chǎn)生電弧的最大接地電流被定義為發(fā)單相接地的安全電流。其值與發(fā)電機(jī)的額定電壓有關(guān)。下表列出了不同容量發(fā)電機(jī)的接地電流允許值:發(fā)電機(jī)定子接地電流允許值發(fā)電機(jī)額定電壓（KV）發(fā)電機(jī)額定容量（MW）單相接地電流允許值（A）6.3及以下≦50410.550~100313.8~15.75125~200218~203001教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難大中型發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的基本要求

國(guó)內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，由于機(jī)械原因或水內(nèi)冷機(jī)組的定子漏水，單相接地故障有可能首先在中性點(diǎn)附近發(fā)生（幾率較小），也可能故障初始是由位于中性點(diǎn)附近的定子多匝線圈中發(fā)生部分匝間短路。由于短路匝數(shù)少，橫差保護(hù)不能反應(yīng)，故障繼續(xù)發(fā)展，最終中性點(diǎn)附近繞組的繞組對(duì)鐵芯擊穿，形成單相接地故障。如果定子接地保護(hù)在中性點(diǎn)附近存在死區(qū)，則故障將進(jìn)一步蔓延為相間或?qū)娱g短路，使機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞。因此應(yīng)強(qiáng)調(diào)大中型發(fā)電機(jī)裝設(shè)無(wú)死區(qū)（100%保護(hù)區(qū)）定子接地保護(hù)的必要性。對(duì)于10萬(wàn)kW及以上的發(fā)電機(jī)組，除此以外，還要求在定子繞組任一點(diǎn)經(jīng)過(guò)渡電阻接地時(shí)，保護(hù)能靈敏動(dòng)作。

現(xiàn)代的發(fā)電機(jī)，其中性點(diǎn)都是不接地或經(jīng)消弧線圈接地的。因此，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí)，流經(jīng)接地點(diǎn)的電流仍為發(fā)電機(jī)所在電壓網(wǎng)絡(luò)（即與發(fā)電機(jī)有直接電聯(lián)系的各元件）對(duì)地電容電流之總和，而不同之處在于故障點(diǎn)的零序電壓將隨發(fā)電機(jī)內(nèi)部接地點(diǎn)的位置而改變。下圖為發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí)的電流分布網(wǎng)絡(luò)接線圖。發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地的特點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難發(fā)電機(jī)定子的短路性故障歸納起來(lái)主要有五種情況：1.單相接地，再由電弧引發(fā)故障點(diǎn)處相間短路；2.直接發(fā)生線棒間絕緣擊穿形成相間短路；3.發(fā)生單相接地，再由于電位變化引發(fā)其他地點(diǎn)發(fā)生另一點(diǎn)的接地，從而構(gòu)成兩點(diǎn)接地短路；4.發(fā)電機(jī)端部放電構(gòu)成相間短路；5.定子繞組同一相的匝間短路故障。發(fā)電機(jī)定子短路性故障教學(xué)難發(fā)電機(jī)相間短路的后備保護(hù)

發(fā)電機(jī)相間短路的后備保護(hù)主要采用復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)和負(fù)序電流保護(hù)，以提高保護(hù)的靈敏度。復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)的工作原理在變壓器保護(hù)中已介紹過(guò)，不再贅述。下面介紹負(fù)序過(guò)電流保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)三相負(fù)荷不對(duì)稱或系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，定子繞組中的負(fù)序分量電流產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，將在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出100Hz交變電流，該電流使得轉(zhuǎn)子端部，護(hù)環(huán)內(nèi)表面等處因電流過(guò)大而過(guò)熱灼傷，甚至引起護(hù)環(huán)松脫導(dǎo)致發(fā)生重大事故。另外，在定子轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生的100Hz交變電磁力矩的作用下，機(jī)組會(huì)發(fā)生振動(dòng)。教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難負(fù)序定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)原理

負(fù)序電流引起的發(fā)熱與負(fù)序電流的大小和持續(xù)時(shí)間有關(guān)。可用下列發(fā)熱過(guò)程特性方程來(lái)表示，即(I2)2×t=A~abcQFKAKVZANKA1KA2KAWKT2KT1信號(hào)解列滅磁+++++--教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難負(fù)序定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)原理

負(fù)序定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)原理接線如上圖所示，未能反應(yīng)定子繞組及外部相間短路故障，保護(hù)從發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)電流互感器獲取三相電流。圖中，負(fù)序電流繼電器KAW為兩段式負(fù)序電流保護(hù)的啟動(dòng)元件。其中，電流元件KA2構(gòu)成負(fù)序過(guò)電流保護(hù)（不靈敏段），經(jīng)KT2延時(shí)動(dòng)作解列滅磁；電流元件KA1構(gòu)成不對(duì)稱過(guò)負(fù)荷保護(hù)（靈敏段），經(jīng)KT1延時(shí)動(dòng)作與信號(hào)。負(fù)序過(guò)電流保護(hù)的保護(hù)動(dòng)作電流應(yīng)根據(jù)定子發(fā)熱條件來(lái)整定。

國(guó)內(nèi)外電機(jī)廠均承諾過(guò)其發(fā)電機(jī)不會(huì)發(fā)生匝間短路，不必裝設(shè)匝間保護(hù)，理由是槽內(nèi)上下線圈的絕緣是相對(duì)槽側(cè)壁絕緣的兩倍，因此發(fā)生匝間短路前應(yīng)先發(fā)生定子接地故障。但在發(fā)電機(jī)端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既有相間絕緣又有匝間絕緣，如果端部固定不當(dāng)或發(fā)生振動(dòng)，可能會(huì)使絕緣逐漸磨損引起短路。因此有條件的前提下有必要裝設(shè)匝間短路保護(hù)。

容量較大的發(fā)電機(jī)每相都有兩個(gè)或兩個(gè)以上的并聯(lián)支路。同一支路繞組匝間短路或同相不同支路的繞組匝間短路，都稱為定子繞組的匝間短路。發(fā)生匝間短路時(shí)，縱差動(dòng)保護(hù)往往不能反應(yīng)，故對(duì)于發(fā)電機(jī)定于繞組的匝間短路，必須裝設(shè)專用保護(hù)。發(fā)電機(jī)匝間短路教學(xué)難橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

對(duì)于定子每相都由兩個(gè)并聯(lián)支路組成，且每一支路在中性點(diǎn)側(cè)均有引出端的發(fā)電機(jī)，可采用橫差動(dòng)保護(hù)。原理接線圖如下圖所示：ABCO1O2DL—11/bTATZJKAKTKSKM信號(hào)至主斷路器至MK教學(xué)難匝間短路電流分布

當(dāng)定子繞組同一分支發(fā)生匝間短路時(shí)，如右圖所示：由于同相兩分支電動(dòng)勢(shì)不等，電動(dòng)勢(shì)差在同相兩支路中產(chǎn)生的環(huán)流Ikl流過(guò)，中性點(diǎn)連線上的電流互感器。若此電流大于橫差保護(hù)的動(dòng)作電流，則保護(hù)動(dòng)作。IK1·IK1·IK1·IK1·TAO2KAα教學(xué)難

當(dāng)定子繞組同相不同分支發(fā)生匝間短路時(shí)，且a1≠a2時(shí)，如右圖所示：在兩故障分支電動(dòng)勢(shì)差的作用下，將產(chǎn)生環(huán)流I'kl和I''kl，其中I''kl若足夠大，則橫差保護(hù)動(dòng)作。TAO2KAα1IK1·、IK1·、IK1·、、IK1·、、IK1·、α2、IK1·、

需要指出發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路時(shí)，橫差動(dòng)保護(hù)也會(huì)動(dòng)作。但由于其死區(qū)較大，且不能反映引出線上的相間短路，因此不能代替縱差動(dòng)保護(hù)。匝間短路電流分布發(fā)電機(jī)零序電壓匝間短路保護(hù)

大容量的發(fā)電機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)法引出所有分支，往往只在中性點(diǎn)引出三個(gè)端子，無(wú)法裝設(shè)橫差保護(hù)。因此大型機(jī)組通常采用反映零序電壓的匝間短路保護(hù)。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)端不出現(xiàn)基波零序電壓。相間短路時(shí)，也不出現(xiàn)零序電壓。單相接地故障時(shí)，接地故障相對(duì)地電壓為零，而中性點(diǎn)對(duì)地電壓上升為相電壓，因此三相出線對(duì)中性點(diǎn)電壓仍然對(duì)稱，不出現(xiàn)零序電壓。若定子繞組匝間短路，則三相對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓的對(duì)稱性被破壞，因而出現(xiàn)零序電壓。零序電壓元件由專用電壓互感器取得縱向零序電壓，專用電壓互感器原理接線如圖所示。如圖分析，零序電壓的大小與電動(dòng)勢(shì)成正比。利用此零序電壓可構(gòu)成匝間短路保護(hù)。TAkNnTV03U0·教