第七章 发电机保护

1、第七章 发电机保护7.1 发电机的故障类型、不正常运行状态发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式及其保护方式 7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护 7.3 发电机匝间短路的横差动保护发电机匝间短路的横差动保护 7.4 发电机定子绕组单相接地保护发电机定子绕组单相接地保护 7.5 发电机的其他保护发电机的其他保护 一、发电机故障和不正常运行状态7.1 发电机的故障类型、不正常运行状发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式态及其保护方式发电机的故障类型主要有发电机的故障类型主要有：(1)定子绕组相间短路。(2)定子一相绕组内的匝间短路。(3)定子绕组单相接地。(4)转子绕组一点接

2、地或两点接地。 (5)转子励磁回路励磁电流异常下降或完全消失。发电机的不正常运行状态主要有发电机的不正常运行状态主要有：(1)由于外部短路引起的定子绕组过电流；(2)由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；(3)由外部不对称短路或不对称负荷（如单相负荷、非全相运行等）而引起的发电机负序过电流和过负荷；(4)由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压；(5)由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷；(6)由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等。 7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护纵差保护作用：反应发电机定子绕组及其引出线的相间短路，是发电机的主要保护。图7-1

3、发电机纵差动保护原理图 保护基本原理：比较发电机两侧的电流的大小和相位，它是反映发电机及其引出线的相间故障。发电机纵联差动保护的构成的两侧电流互感器同变比、同型号。正常运行及外部故障时：02121IInInITATAmax.21unTATAInInI1K1ITAnI1TAnI22I保护区内故障：2K1ITAnI1TAnI22ITAdnII/2TAkTATAnIIIKIKI2212211比率制动式纵差动保护比率制动式纵差动保护基本原理：是基于保护的动作电流随着外部故障的短路电流而产生的最大不平衡电流的增大而按比例的线性增大，且比最大不平衡电流增大的更快，使在任何情况下的外部故障时，保护不会误动作

4、。制动电流：将外部故障的短路电流作为制动电流。差动电流：把流入差动回路的电流作为动作电流。图7-3 比率制动特性曲线d. minI 国内外电机厂均承诺过其发电机不会发生匝间短路，不必装设国内外电机厂均承诺过其发电机不会发生匝间短路，不必装设匝间保护，理由是槽内上下线圈的绝缘是相对槽侧壁绝缘的两倍，匝间保护，理由是槽内上下线圈的绝缘是相对槽侧壁绝缘的两倍，因此发生匝间短路前应先发生定子接地故障。但在发电机端部结构因此发生匝间短路前应先发生定子接地故障。但在发电机端部结构复杂，既有相间绝缘又有匝间绝缘，如果端部固定不当或发生振动，复杂，既有相间绝缘又有匝间绝缘，如果端部固定不当或发生振动，可能会使

5、绝缘逐渐磨损引起短路。因此有条件的前提下有必要装设可能会使绝缘逐渐磨损引起短路。因此有条件的前提下有必要装设匝间短路保护。匝间短路保护。发电机的匝间短路保护发电机的匝间短路保护 容量较大的发电机每相都有两个或两个以上的并联支路。同一支路绕组匝间短路或同相不同支路的绕组匝间短路，都称为定子绕组的匝间短路。发生匝间短路时，纵差动保护往往不能反应，故对于发电机定于绕组的匝间短路，必须装设专用保护. (1)横联差动保护 对于定子每相都由两个并联支路组成，且每一支路在中性点侧均有引出端的发电机，可采用横差动保护.ABCO1O2DL11/bTATZJKAKTKSKM信号至主断路器至MK同一支路内匝间短路时

6、的电流分布不同支路内匝间短路时的电流分布KATAO2O1O2O1IKLIKLIKLIKLIKLIKLIKLKATAABCKAABCXKAO1O23IO在发电机定子绕组相间短路时，横差动保护也会动作。但由于其死区较大，且不能反映引出线上的相间短路，因此不能代替纵差动保护。 大容量的发电机，由于其结构紧凑，无法引出所有分支，往往只在大容量的发电机，由于其结构紧凑，无法引出所有分支，往往只在中性点引出三个端子，无法装设横差保护。因此大型机组通常采用反中性点引出三个端子，无法装设横差保护。因此大型机组通常采用反映零序电压的匝间短路保护。映零序电压的匝间短路保护。 发电机正常运行时，机端不出现基波零序电

7、压。相间短路时，也发电机正常运行时，机端不出现基波零序电压。相间短路时，也不出现零序电压。单相接地故障时，接地故障相对地电压为零，而中不出现零序电压。单相接地故障时，接地故障相对地电压为零，而中性点对地电压上升为相电压，因此三相出线对中性点电压仍然对称，性点对地电压上升为相电压，因此三相出线对中性点电压仍然对称，不出现零序电压。若定子绕组匝间短路，则三相对发电机中性点电压不出现零序电压。若定子绕组匝间短路，则三相对发电机中性点电压的对称性被破坏，因而出现零序电压。的对称性被破坏，因而出现零序电压。 如图所示为如图所示为A相绕组发生匝间短路，则故障相电动势将变为相绕组发生匝间短路，则故障相电动势

8、将变为 A =(1-) A ，未发生短路的两相电动势不变，三相电动势相量图，未发生短路的两相电动势不变，三相电动势相量图见图所示。按照对称分量法，可求得零序电动势为见图所示。按照对称分量法，可求得零序电动势为 3 o = A + B + c =- A 显然零序电压的大小与成正比。利用此零序电压可构成匝间短路保显然零序电压的大小与成正比。利用此零序电压可构成匝间短路保护。护。 为了防止低定值零序电压匝间短路保护在外部短路时误动作，可设为了防止低定值零序电压匝间短路保护在外部短路时误动作，可设负序功率方向闭锁原件。当发电机内部相间和匝间短路以及定子绕组负序功率方向闭锁原件。当发电机内部相间和匝间短

9、路以及定子绕组分支开焊时，负序源位于发电机内部，它所产生的负序功率由发电机分支开焊时，负序源位于发电机内部，它所产生的负序功率由发电机流出；而当系统中发生各种故障时，负序功率由系统流入发电机。判流出；而当系统中发生各种故障时，负序功率由系统流入发电机。判断负序功率方向，便可区分是发电机内部故障还是系统故障。断负序功率方向，便可区分是发电机内部故障还是系统故障。 为了反映三相对中性点的零序电压，此保护用电压互感器为了反映三相对中性点的零序电压，此保护用电压互感器TV1的中性的中性点不可接地，而必须与发电机的中性点相连。点不可接地，而必须与发电机的中性点相连。 为防止为防止TV一次熔断器熔断而引起

10、保护误动作，还设有电压断线闭锁一次熔断器熔断而引起保护误动作，还设有电压断线闭锁装置。装置。 采用专用匝间保护采用专用匝间保护TV的开口三角引出的的开口三角引出的3U0基波量作为动作量。基波量作为动作量。7.5 发电机的其他保护发电机的其他保护一、发电机的负序过电流保护一、发电机的负序过电流保护 随着发电机组容量不断增大，它所允许的承受负序过负荷的能力也随之下降。此外，由于大容量机组的额定电流很大，而在相邻元件末端发生两相短路时的短路电流可能较小，此时采用复合电压启动的过电流保护往往不能满足作为相邻元件后备保护时对灵敏性的要求。在这种情况下，采用负序过电流保护作为后备保护，就可以提高不对称短路

11、时的灵敏性。由于负序过电流保护不能反应于三相短路，因此，当用它作为后备保护时，还需要附加装设一个单相式的低电压启动过电流保护，以专门反应三相短路。 二、发电机的失磁保护二、发电机的失磁保护 发电机失磁后，对电力系统和发电机本身会产生诸多不利影响，如需要从电力系统中吸收很大的无功功率以建立发电机的磁场；由于从电力系统中吸收无功功率将引起电力系统电压下降，如果电力系统的容量较小或无功功率储备不足，则可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压或其他邻近的电压低于允许值，从而破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。 三、发电机的逆功率保护三、发电机的逆功率保护 大型汽轮机在运行中由于各种原因将关闭主气门后，发电机将从电力系统吸收能量变为电动机运行。由于逆功率运行时没有蒸汽流过汽轮机，故风损造成的热量不能被带走，气轮机叶片将会过热而导致损坏。而且发电机变为电动机运行时，燃汽轮机可能有齿轮损坏的问题。故为了及时发现发电机的逆功率运行的异常工作状况，一般对大、中型机组都装设逆功率保护。保护装置由灵敏的功率继电器构成，带时限动作于信号，经长