发电机保护基本原理

发电结构示意转子：励磁后产生磁场，在原动机带动下旋转，产生旋转磁场。定子：感受交变磁场，线圈切割磁力线发出电能。第1页，共18页。发电机可能发生的故障定子绕组相间短路定子绕组匝间短路定子绕组一相绝缘破坏引起的单相接地励磁回路（转子绕组）接地励磁回路低励（励磁电流低于静稳极限对应的励磁电流）、失磁第2页，共18页。发电机主要的不正常工作状态过负荷定子绕组过电流定子绕组过电压三相电流不对称过励磁逆功率失步、非全相、断路器出口闪络、误上电等第3页，共18页。发电机的主要保护和作用

纵差保护作用：发电机及其引出线的相间短路保护规程：1MW以上发电机，应装设纵差保护。对于发电机变压器组：当发电机与变压器间有断路器时，发电机装设单独的纵差保护；当发电机与变压器间没有断路器时，100MW及以下发电机可只装设发电机变压器组公用纵差保护；100MW及以上发电机，除发电机变压器组公用纵差保护还应装设独立纵差保护，对于200MW及以上发电机变压器组亦可装设独立变压器纵差保护。与发变组差动区别：发变组差动需要考虑厂用分支，要考虑涌流制动、各侧平衡调节。第4页，共18页。发电机的主要保护和作用

横差保护作用：发电机定于绕组一相匝间短路。要求：定子绕组为星形接线，每相有并联分支且中心点有分支引出端子的发电机。第5页，共18页。发电机的主要保护和作用

纵向零序电压作用：发电机匝间短路（也能反映相间短路）。规程：50MW以上发电机，当定子绕组为星形接线，中性点只有三个引出端子时，根据用户和制造厂的要求，也可装设专用的匝间短路保护。

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定子接地作用：定子绕组单相接地是发电机最常见的故障，由于发电机中心点不接地或经高阻接地，定子绕组单相接地并不产生大的故障电流。常用保护方式：基波零序电压（90％）、零序电流、三次谐波零序电压（100％）第7页，共18页。发电机的主要保护和作用

定子接地规程：与母线直接连接的发电机：当单相接地故障电流(不考虑消弧线圈的补偿作用)大于允许值时，应装设有选择性的接地保护装置。保护装置由装于机端的零序电流互感器和电流继电器构成，其动作电流躲过不平衡电流和外部单相接地时发电机稳态电容电流整定，接地保护带时限动作于信号，但当消弧线圈退出运行或由于其它原因，使残余电流大于接地电流允许值时应切换为动作于停机。发电机变压器组：对100MW以下发电机应装设保护区不小于90%的定子接地保护，对100MW及以上的发电机应装设保护区为100%的定子接地保护。保护装置带时限动作于信号必要时也可动作于停机。第8页，共18页。发电机的主要保护和作用

励磁回路接地保护作用：励磁回路一点接地故障对发电机并未造成危害。但若继而发生两点接地将严重危害发电机安全。实现方法：采用乒乓式原理。规程：1MW及以下水轮发电机，对一点接地故障宜装设定期检测装置，1MW以上水轮发电机应装设一点接地保护装置。100MW以及汽轮发电机，对一点接地故障可采用定期检测，装置对两点接地故障应装设两点接地保护装置。转子水内冷汽轮发电机和100MW及以上的汽轮发电机，应装设励磁回路一点接地保护装置，并可装设两点接地保护装置，对旋转整流励磁的发电机宜装设一点接地故障定期检测装置。

一点接地保护带时限动作于信号两点接地保护应带时限动作于停机。第9页，共18页。发电机的主要保护和作用

失磁保护作用：为防大型发电机低励(励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流)或失去励磁(励磁电流为零)后，从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响。实现方法：测量机端阻抗、励磁电压、有功、无功。规程：100MW以下不允许失磁运行的发电机，当采用半导体励磁系统时宜装设专用的失磁保护；100MW以下但失磁对电力系统有重大影响的发电机，及100MW及以上发电机应装设专用的失磁保护，对600MW的发电机可装设双重化的失磁保护。

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定了绕组过电流保护作用：当发电机纵差保护范围外发生短路，而短路元件的保护或断路器拒绝动作时，为了可靠切除故障，则应装设反应外部短路的过电流保护。这种保护兼作纵差保护的后备保护。规程：1MW以上的发电机宜装设复合电压(包括负序电压及线电压)起动的过电流保护

50MW及以上的发电机可装设负序过电流保护和单元件低压起动过电流保护。自并励发电机带电流记忆。

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过负荷保护作用：发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护。中小型发电机只装设定子过负荷保护；大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。规程：定子绕组非直接冷却的发电机，应装设定时限过负荷保护保护。装置接一相电流动作于信号。定子绕组为直接冷却且过负荷能力较低(例如低于1.5倍60s)的发电机，过负荷由定时限和反时限两部分组成。50MW及以上,A≥10的发电机应装设定时限负序过荷保护；100MW及以上，A＜10的发电机应装设由定时限和反时限两部分组成的转子表层过热保护。

对励磁系统故障或强励时间过长引起的励磁绕组过负荷，在10MW及以上，采用半导体励磁系统的发电机上应装设励磁绕组过负荷保护。对于300MW以下采用半导体励磁系统的发电机，可装设定时限励磁绕组过负荷保护，带时限动作于信号和动作于降低励磁电流。

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负序过负荷保护

作用：电力系统发生不对称短路或者三相负荷不对称(如电气机车、电弧炉等单相负荷的比重太大)时，发电机定于绕组中就有负序电流。该负序电流产生反向旋转磁场，相对于转子为两倍同步转速，因此在转子中出现100Hz的倍频电流，它会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热。造成转子的局部灼伤，因此应装设负序电流保护。中小型发电机多装设负序定时限电流保护；大型发电机多装设负序反时限电流保护，其动作时限完全出发电机转子承受负序电流而发热的能力(A)决定．不考虑与系统保护配合。

规程：50MW及以上,A≥10的发电机应装设定时限负序过荷保护；100MW及以上，A＜10的发电机应装设由定时限和反时限两部分组成的转子表层过热保护。第13页，共18页。发电机的主要保护和作用

定于绕组过电压保护作用：中小型汽轮发电机通常不装设过电压保护。水轮发电机和大型汽轮发电机都装设过电压保护、以切除突然甩去全部负荷后引起定子绕组过电压。规程：对于水轮发电机应装设过电压保护；对于200MW及以上的汽轮发电机宜装设过电压保护。第14页，共18页。发电机的主要保护和作用

逆功率保护作用：

当汽轮机主汽门误关闭，或机炉保护动作关闭主汽门而发电机出口断路器未跳闸时，发电机失去原动力变成电动机运行，从电力系统吸收有功功率。这种工况对发电机并无危险，但由于鼓风损失，汽轮机尾部叶片有可能过热而造成汽轮机事故，故大型机组要装设用逆功率继电器构成的逆功率保护，用于保护汽轮机。规程：200MW及以上的汽轮发电机宜装设逆功率保护对燃汽轮发电机应装设逆功率保护。第15页，共18页。发电机的主要保护和作用

其它保护失步保护：大型发电机应装设反应系统振荡过程的失步保护。中小型发电机都不装设失步保护，当系统发生振荡时，由运行人员判断，根据情况用人工增加励磁电流、增加或减少原动机出力、局部解列等方法来处理。300MW以上宜装设。频率异常保护：可能造成汽轮机叶片产生损伤并威胁厂用电的安全。低频保护：300MW以上装设，时间累计。过励磁保护：300MW以上非全相保护：220kV及以上断路器断口闪络：220kV及以上第16页，共18页。发电机保护动作方式停机：断开发电机断路器、灭磁；对汽轮发电机还要关闭主汽门；对水轮发电机还要关闭导水翼。解列灭磁：断开发电机断路器、灭磁，汽轮机甩负荷。解列：断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。减出力：将原动机出力减到给定值。缩小故障影响范围：例如双母线系统断开母线联络断路器等。程序跳闸：对于汽轮发电机首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁；对于水轮发电机，首先将导水翼关到空载位置，再跳开发电机断路器并灭磁。信号：发出声光信号。第17页，共18页。内容梗概发电结构示意。100MW及以上发电机，除发电机变压器组公用纵差保护还应装设独立纵差保护，对于200MW及以上发电机变压器组亦可装设独立变压器纵差保护。规程：50MW以上发电机，当定子绕组为星形接线，中性点只有三个引出端子时，根据用户和制造厂的要求，也可装设专用的匝间短路保护。规程：与母线直接连接的发电机：当单相接地故障电流(不考虑消弧线圈的补偿作用)大于允许值时，应装设有选择性的接地保护装置。发电机变压器组：对100MW以下发电机应装设保护区不小于90%的定子接地保护，对100MW及以上的发电机应装设保护区为100%的定子接地保护。转子水内冷汽轮发电机和100MW及以上的汽轮发电机，应装