同步發(fā)電機保護第一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二主要內(nèi)容第一節(jié)常見故障類型、不正常工作狀態(tài)及其保護方式第二節(jié)發(fā)電機的縱差保護第三節(jié)發(fā)電機定子繞組匝間短路保護第四節(jié)發(fā)電機相間短路后備保護及過負荷保護第五節(jié)發(fā)電機定子繞組的接地保護第六節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路接地保護第七節(jié)發(fā)電機失磁保護第八節(jié)發(fā)電機-變壓器組保護的特點與原理作業(yè)第二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二常見故障類型不正常工作狀態(tài)相應(yīng)的保護方式第三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二故障類型定子繞組故障：相間短路包括一相的匝間短路單相接地轉(zhuǎn)子繞組故障：一點接地包括兩點接地短路轉(zhuǎn)子繞組失磁可能引起發(fā)電機強烈振動，甚至把轉(zhuǎn)子繞組燒壞。導(dǎo)致發(fā)電機異步運行，甚至解列。能使定子繞組絕緣損壞，甚至引起發(fā)電機著火。第四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二不正常工作狀態(tài)⒈由于外部短路引起的定子繞組過電流；⒉負荷超過發(fā)電機額定容量而引起的過負荷；以上兩種會引起定子繞組溫度升高，加速絕緣老化，縮短機組壽命，可能發(fā)展為定子繞組故障。⒊定子繞組過電壓；可造成定子繞組絕緣擊穿。⒋轉(zhuǎn)子表層過熱。可造成轉(zhuǎn)子局部灼傷，嚴重時使護環(huán)受熱松脫。

第五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二保護方式縱差動保護：定子繞組及其引出線的相間短路保護橫差動保護：定子繞組一相匝間短路的保護單相接地保護：對發(fā)電機定子繞組單相接地短路的保護

接地電容電流：5A以下動作于信號

5A以上動作于跳閘第六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二

發(fā)電機外部短路引起的過電流，可采用：過電流保護，用于1MW以下的小型發(fā)電機。復(fù)合電壓啟動的過電流保護，用于1MW以上的發(fā)電機。負序電流及單相式低電壓啟動的過電流保護，用于50MW及以上的發(fā)電機。

反應(yīng)不對稱短路或三相負荷不對稱而引起的負序過電流采用：負序過電流保護：50MW及以上的發(fā)電機第七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二過負荷保護：發(fā)電機長時間超過額定負荷運行時作用于信號的保護過電壓保護：反應(yīng)突然甩負荷而出現(xiàn)的過電壓失磁保護：反應(yīng)轉(zhuǎn)子勵磁回路勵磁電流急劇下降或消失轉(zhuǎn)子一點接地保護和兩點接地保護：反應(yīng)勵磁回路的接地故障保護轉(zhuǎn)子過負荷保護逆功率保護：當(dāng)汽輪機主汽門突然關(guān)閉，防止汽輪機遭到損壞。其它第八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二注意：保護動作與發(fā)電機出口斷路器跳閘時，必須同時跳開滅磁開關(guān)，斷開發(fā)電機勵磁回路，以使轉(zhuǎn)于回路電流不會在定子繞組中再感應(yīng)電動勢，繼續(xù)供給短路電流。第九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二發(fā)電機縱差保護是發(fā)電機定子繞組及其引出線相間短路的主保護。作用原理第二節(jié)發(fā)電機的縱差保護第十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二動作電流的整定計算

兩個條件：（1）躲大于發(fā)電機額定電流（CT二次斷線時不誤動）

（2）躲外部短路時的最大不平衡電流。第十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二2．BCH-2型繼電器線圈匝數(shù)計算動作線圈計算值：取小而接近的整數(shù)作為整定值。即：式中Wds和WbS分別為差動線圈和平衡線圈的整定值，由實際抽頭確定。則一次動作電流整定值為：3．靈敏度校驗第十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二斷線監(jiān)視繼電器動作電流整定計算在中線上設(shè)電流繼電器KA來設(shè)置斷線預(yù)告信號。動作電流整定：Iop·KA=0.2ING／KTA動作時限整定:大于發(fā)電機后備保護時限一個時限階梯第十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二高靈敏度接線的差動保護

2。電流整定1。接線第十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二帶比率制動式的縱聯(lián)差動保護

1。接線第十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二2。工作原理動作量：Ⅰ′－Ⅱ′→U1→Ⅰ制動量：Ⅰ′＋Ⅱ′→U2→Ⅱ當(dāng)U1＞U2時，Umn＞0，繼電器動作。當(dāng)U1＜U2時，Umn＜0，繼電器不動作。比率制動特性如圖11-3(b)所示：圖中Ires·0有穩(wěn)壓管WY決定，直線P—Q為WY未被擊穿時的情況。Ires·0=（1～1.2）IN·G／KTA

（1）內(nèi)部短路時，

Ⅰ′－Ⅱ′較大，而

Ⅰ′＋Ⅱ′較小，繼電器動作。（2）外部短路時，

Ⅰ′＝Ⅱ′，U1很小，而U2很大，繼電器不動作。第十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二3。比率特性曲線第十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第三節(jié)發(fā)電機定子繞組匝間短路保護

在大容量發(fā)電機中，由于額定電流很大，其每相都是由兩個(或更多個)并聯(lián)的繞組組成的。任一個繞組中發(fā)生匝間短路時，兩個繞組中的電動勢就不再相等，因而會由于出現(xiàn)電動勢差而產(chǎn)生一個均衡電流，在兩個繞組中環(huán)流。由此，利用反應(yīng)兩個支路電流之差的原理，即可實現(xiàn)對發(fā)電機定于繞組匝問短路的保護。第十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二原理此接線復(fù)雜，保護中的不平衡電流也大，因此，實際上已很少采用第十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二實用接線該接線沒有互感器特性不同而引起的不平衡電流，靈敏度高，接線也較簡單。第二十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二整定計算動作電流：Iop=（0.2～0.3）ING電流互感器變比：KTA=0.25ING／5評價優(yōu)點：簡單，靈敏度高。缺點：有死區(qū)，對其它繞組接線形式的大型機組無法適用。第二十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第四節(jié)發(fā)電機的過電流保護及過負荷保護發(fā)電機的過電流保護主要用來作為發(fā)電機定子繞組相間短路主保護（一般為縱差保護）的近后備保護，并同時作為發(fā)電機外部短路時的遠后備保護。目前，發(fā)電機的過電流保護主要有三種。1。一般過電流保護，用于1MW以下的小型發(fā)電機；2。復(fù)合電壓起動的過電流保護，用于1MW以上的發(fā)電機；3。負序過電流及單相低電壓起動的過電流保護，用于50MW以上的發(fā)電機。

前兩種前面已作詳細的介紹，本節(jié)重點介紹第三種保護形式。第二十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二二、復(fù)合電壓起動的過電流保護第二十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二三、負序過電流保護的作用當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生不對稱短路或在正常遠行情況下三相負荷不平衡時，在發(fā)電機定子繞組中將出現(xiàn)負序電流，此電流在發(fā)電機空氣隙中建立的負序旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子為兩倍的同步轉(zhuǎn)速，因此將在轉(zhuǎn)子繞組、阻尼繞組以及轉(zhuǎn)子鐵芯等部件上感應(yīng)出100Hz的倍頻電流。第二十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二該電流會引起轉(zhuǎn)子過熱，使得轉(zhuǎn)子上電流密度很大的某些部位(如轉(zhuǎn)子端部、護環(huán)內(nèi)表面等)，可能出現(xiàn)局部高溫，甚至可能使護環(huán)受熱松脫，從而導(dǎo)致發(fā)電機的重大事故。此外，負序氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子電流之間以及正序氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與定子負序電流之間所產(chǎn)生的100Hz交變電磁轉(zhuǎn)矩，將同時作用在轉(zhuǎn)子大軸和定子機座上．從而引起100Hz的振動。第二十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二發(fā)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(zhuǎn)子過熱的一種保護，因此應(yīng)作為發(fā)電機的主保護方式之一。由于負序過電流保護不能反應(yīng)于三相短路，因此，當(dāng)用它作為后備保護時，還需要附加裝設(shè)一個單相式的低電壓起動過電流保護，以專門反應(yīng)三相短路。第二十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二1。接線第二十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二2。工作原理負序過電流反應(yīng)不對稱短路。一種是動作于信號的負序過負荷保護，另一種是動作于跳閘的負序過電流保護。單相低電壓起動的過電流保護反應(yīng)對稱短路。3。整定計算（1）負序過負荷繼電器，動作于發(fā)信號動作電流：Iop·2＝0.1ING動作時限：比后備保護大一個時限階梯。一般5～10s（2）負序過電流繼電器，動作于跳閘動作電流：Iop·2＝0.5ING動作時限：比后備保護大一個時限階梯。一般3～5s（3）低電壓繼電器整定方法同前。對大型機組應(yīng)采用反時限負序過電流保護第二十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二負序反時限過流保護

對于大型發(fā)電機，應(yīng)盡量采用能夠模擬發(fā)電機允許的負序電流曲線的負序反時限過流保護。第二十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第三十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第五節(jié)定子繞組的單相接地保護根據(jù)安全的要求，發(fā)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(dāng)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于鐵心燒壞，并且也容易發(fā)展成相間短路，造成更大的危害。我國規(guī)定，當(dāng)接地電容電流等于或大于5A時，應(yīng)裝設(shè)動作于跳閘的接地保護，當(dāng)接地電流小于5A時，一般裝設(shè)作用于信號的接地保護。第三十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二一、故障分析1．發(fā)電機內(nèi)部單相接地時三相網(wǎng)絡(luò)接線圖可見：流過零序電流互感器的是外部電力系統(tǒng)電容電流之和。零序功率方向為發(fā)電機流向外部系統(tǒng)。發(fā)電機內(nèi)部單相接地時零序等效網(wǎng)絡(luò)圖第三十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二2．外部單相接地時零序等效網(wǎng)絡(luò)圖可見：流過零序電流互感器的是發(fā)電機本身的電容電流。零序功率方向為由外部系統(tǒng)流向發(fā)電機。

針對兩種情況，如I0·∑＞I0·G可設(shè)零序電流保護；如兩者相差不大，可設(shè)置零序功率方向保護。第三十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二二、利用零序電流構(gòu)成的定子接地保護原理接線圖

第三十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二工作原理：（1）躲過外部單相短路時流過電流互感器的3I0和正常情況下的不平衡電流。（2）動作時限為1～2秒。（3）為防止外部相間短路誤動，用KL閉鎖元件。（4）中性點附近有保護死區(qū)。第三十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二三、利用零序電壓構(gòu)成的定子接地保護對于發(fā)電機變壓器組原理接線圖第三十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二100%定子接地保護對中小型機組，允許中心點附近有一定保護死區(qū)，而對大型機組需裝設(shè)保護范圍為100%的單相接地保護。100%定子接地保護一般由兩部分構(gòu)成：第一部分為零序電壓保護，它可以保護85％~90％的定子繞組；第二部分保護則用來消除零序電壓保護不能保護的死區(qū)。為提高可靠性，兩部分的保護區(qū)應(yīng)相互重疊。第三十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二構(gòu)成第二部分保護的方案主要有：零序電壓保護+附加支流的保護方式加固定工頻偏移電壓利用三次諧波電壓第三十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第六節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路接地保護發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路接地保護分為兩種情況：1。大容量機組（100MW以上）設(shè)置一點接地保護，延時動作于信號。一點接地后投入兩點接地保護，延時動作于停機。2。中小型機組（100MW以下）一點接地保護采用定期檢測裝置，一點接地后投入兩點接地保護，延時動作于停機。第三十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二一、轉(zhuǎn)子回路一點接地保護（一）定期檢測裝置

1。接線第四十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二2。工作原理（1）正常工作時，切換轉(zhuǎn)換開關(guān)K，測得正、負極對地電壓。因絕緣電阻分布均勻，測得U＋＝U－＝1／2Ufd，Ufd是勵磁電壓。（2）當(dāng)某一極對地絕緣降低時，設(shè)為正極，則U＋＞1／2Ufd，U－＜1／2Ufd，可判定轉(zhuǎn)子回路發(fā)生一點接地。（3）當(dāng)兩極中點左右發(fā)生一點接地時，仍存在U＋＝U－＝1／2Ufd，則無法判別，保護有死區(qū)。第四十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二（二）疊加直流電壓式一點接地保護1．接線圖第四十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二（1）正常工作時，流過繼電器K的電流為：I0＝（Ures＋1／2Ufd）／（Rk＋Rme）式中：Rme——勵磁繞組對地等效絕緣電阻。（2）設(shè)置繼電器J動作電流。Idz·j＝KK·I0

式中：KK——可靠系數(shù)，取1.5。（3）發(fā)生一點接地后：Ij＝（Ures＋α·Ufd）／(Rk＋Rme1）Rme1——勵磁繞組發(fā)生一點接地后的對地等效絕緣電阻，式中：α——勵磁繞組接地點至負極匝數(shù)與總匝數(shù)之比。因此，當(dāng)負極接地時，α為0，電流最小；當(dāng)正極接地時，α為1，電流最大。2。工作原理第四十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二（4）靈敏度校驗：Klm＝Imin／Idz·j≥1.5如取Ufd為240V，U0為60V，則要求：Rme／Rk≥4～6，即可保證靈敏度。

3．評價：

優(yōu)點：無死區(qū)，靈敏度不受勵磁回路對地電容影響。

缺點：繼電器內(nèi)阻Rk電阻值不可能很小，對勵磁絕緣電阻Rme較低的水內(nèi)冷發(fā)電機不適用。第四十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二二、轉(zhuǎn)子回路兩點接地保護采用直流四臂電橋原理。1。接線圖第四十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二2。工作原理（1）當(dāng)E1點接地后投入該保護，按下按鈕SB，調(diào)滑動電阻R，使毫伏表讀數(shù)為零。此時，Rｍ1／Rｍ2＝Rａ2／Rａ1。（2）松開SB，連接片XB接入。當(dāng)E2點接地后，電橋失去平衡，繼電器J中有電流，動作于跳閘。2．缺點：（1）有死區(qū)，當(dāng)E2點靠近Ｅ1點時，可能不動作。（2）如在毫伏表調(diào)零階段發(fā)生第二點接地，將造成嚴重后果。第四十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第七節(jié)發(fā)電機的失磁保護發(fā)電機的失磁即發(fā)電機的勵磁電流突然全部消失或者部分消失。其產(chǎn)生的原因有：勵磁機故障；勵磁繞組開路或短路；自動滅磁開關(guān)誤跳；誤操作等。第四十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二失磁運行失磁運行指勵磁電流下降引起感應(yīng)電勢下降，導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩下降小于原動機轉(zhuǎn)矩，造成轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升，功角增大，當(dāng)功角超過靜態(tài)穩(wěn)定極限角時，發(fā)電機失去同步，進入異步運行。在發(fā)電機超過同步轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子回路中將感應(yīng)出差頻電流，此電流產(chǎn)生異步制動轉(zhuǎn)矩，當(dāng)異步轉(zhuǎn)矩與原動機轉(zhuǎn)矩達到新的平衡時，即進入穩(wěn)定的異步運行。第四十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二發(fā)電機異步運行的不利方面：1．從系統(tǒng)吸收大量感性無功，應(yīng)引起系統(tǒng)無功不足，從而導(dǎo)致系統(tǒng)電壓下降。2．發(fā)出的有功功率比正常時小得多。3．轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，易造成轉(zhuǎn)子過熱。4．發(fā)電機受交變的異步力矩的沖擊而發(fā)生振動。第四十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二發(fā)電機失磁對發(fā)電機本身的危害，并不像發(fā)電機內(nèi)部短路那樣迅速地表現(xiàn)出來。如果大型機組突然跳閘會給機組本身造成大的沖擊，對系統(tǒng)也會加重擾動。因此，除水輪發(fā)電機的失磁保護直接動作于跳閘外，一般汽輪發(fā)電機的失磁保護僅動作于減負荷，轉(zhuǎn)入低負荷異步運行。如不能在允許的異步運行時間里消除失磁因素，保護再動作于跳閘。若大型機組失磁而危及系統(tǒng)安全時，保護應(yīng)盡快斷開失磁發(fā)電機。第五十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第八節(jié)發(fā)電機-變壓器組保護隨著大容量機組和大型發(fā)電廠的出現(xiàn)，發(fā)電機—變壓器組的接線方式在電力系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。在發(fā)電機和變壓器每個元件上可能出現(xiàn)的故障和不正常運行狀態(tài)，在發(fā)電機—變壓器組上也都可能發(fā)生，因此，其繼電保護裝置應(yīng)能反應(yīng)發(fā)電機和變壓器單獨運行時所應(yīng)該反應(yīng)的那些故障和不正常運行狀態(tài)。第五十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二由于發(fā)電機和變壓