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1、目录1、发电机保护原理21.1、隐极式同步电机31.2、凸极式同步发电机42、发电机保护62.1纵联差动接地保护（相间短路）72.2、电压元件闭锁的电流保护和过负荷保护（相间短路）72.3、负序过电流保护82.4、定子绕组单相接地保护92.5、转子回路接地保护102.6、发电机低励、失磁保护103、 发电机特殊保护153.1、过励保护153.2、发电机过电压保护153.3、横联差动接地保护（匝间短路）153.3.1、单元件式横差保护153.3.2、不完全横差保护163.3.3、其他横差保护163.4、发电机失步保护173.5、发电机逆功率保护173.6、发电机频率异常保护183.7、发电机非全
2、相运行保护183.7、发电机断口闪络保护183.8、发电机内部故障预测装置18其他19同步电机特点：同步电机转速与极对数、电流频率有严格的关系。高压、大容量的同步电动机采用旋转磁极式结构；小容量采用旋转电枢式。转枢式-转子绕组（电枢），定子磁极转极式-转子磁极，定子电枢。 隐极式：气隙均匀、转子高机械强度高转速。适合细长汽轮发电机。 凸极式：气隙不均匀，适合中速、低速运行。短粗水轮发电机结构。隐极式同步电机只有卧式一种；凸极式则分为卧式和立式结构。 卧式：多数同步电动机、调相机、内燃机发电机、冲击式水轮发电机 立式：低速、大型水轮发电机。1、发电机保护原理直流电机的主要额定值主要有：额定功率P
3、N：指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，以 W 为量纲单位。若大于 1kW 或 1MW 时,则用 kW 或 MW 表示。 额定电压UN：指额定状态下电枢出线端的电压，以 V 为量纲单位。 额定电流IN：指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，以 A 为量纲单位。 额定转速nN：指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为量纲单位。 额定励磁电流 If：指电机在额定状态时的励磁电流值。 对于直流发电机，PN是指输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的乘积。PNUN IN (对于直流电动机，PN是指输出的机械功率，所以公式中还应有效率N存在。PNUN IN N)同步电机空载时，气
4、隙中的同步旋转主磁场仅由转子励磁电流（直流）建立；负载时定子绕组流过电流产生磁势（称为电枢磁势），它与励磁磁势共同作用产生合成气隙磁场。因此存在电枢反应问题。电枢磁场和主极磁场都是相对静止的，二者本身是旋转的。1.1、隐极式同步电机由于隐极同步电机气隙均匀，电枢磁势对主极磁场的影响在气隙圆周上任何位置都一样，可以整体考虑电枢反应的影响，不用分成交直轴分量考虑。磁路不饱和：利用叠加原理，分别考虑负载时电枢磁势Fa和励磁磁势Ff1的各自独立作用，然后进行叠加。即在 直流励磁电流 在励磁基波磁势 主磁通 感应电动势（定子绕组） 漏磁通 （与转子交链） 负载定子电流 电枢磁势基波 电枢磁通 电枢感应电
5、动势 定子漏磁通 定子感应漏电势得定子电动势平衡方程：在 其中，；（ 电枢反应电势，Xa电枢反应电抗）；（ 电枢感应漏电势，X漏电抗总为常数。）所以，Xd=Xa+X为隐极同步电机的同步电抗，它表征对称稳态远行时电枢反应基波磁场和漏磁场综合效应的电磁参数。所以，1.2、凸极式同步发电机凸极同步电机的气隙不均匀，同一电枢磁势作用在不同气隙位置时，电枢磁势对主极磁场的影响不同，所以气隙磁场会有变化。=90,正弦电枢磁势基波作用在d轴上。=0, 正弦电枢磁势基波作用在q轴上。090 电枢磁势作用在任意位置，电枢磁场分布不对称，不能直接确定电枢反应的大小。（双反应理论）当电枢磁势的轴线既不和直轴重合又不
6、和交轴重合时，可以把电枢磁势分解成直轴分量和交轴分量。分别求出直轴和交轴磁势的电枢反应，最后再把它们的效果叠加起来。所以，2、发电机保护故障类型及不正常运行状态：1 故障类型定子绕组相间短路：危害最大定子绕组一相的匝间短路：可能发展为单相接地短路和相间短路定子绕组单相接地：较常见，可造成铁芯烧伤或局部融化转子绕组一点接地或两点接地：一点接地时危害不严重；两点接地时，因破坏了转子磁通的平衡，可能引起发电机的强烈震动或将转子绕组烧损。转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失：从系统吸收无功功率，造成失步，从而引起系统电压下降，甚至可使系统崩溃。2 不正常运行状态由于外部短路引起的定子绕组过电流：温度升高
7、，绝缘老化由于负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷：温度升高，绝缘老化由于外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷：在转子中感应出100hz的倍频电流，可使转子局部灼伤或使护环受热松脱，而导致发电机重大事故。此外，引起发电机的100hz的振动。由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压：调速系统惯性较大发电机，在突然甩负荷时，可能出现过电压，造成发电机绕组绝缘击穿。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：由于汽轮机主气门突然关闭而引起的发电机逆功率：当机炉保护动作或调速控制回路故障以及某些人为因素造成发电机转为电动机运行时，发电机将从系统吸收有功功率，即逆功率
8、。保护类型：发电机纵差动保护：定子绕组及其引出线的相间短路保护横差动保护：定子绕组一相匝间短路的保护单相接地保护：对发电机定子绕组单相接地短路的保护发电机的失磁保护：反应转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失过电流保护：反应外部短路引起的过电流，同时兼作纵差动保护的后备保护负序电流保护：反应不对称短路或三相负荷不对称时，发电机定子绕组中出现的负序电流过负荷保护：发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护过电压保护：反应突然甩负荷而出现的过电压转子一点接地保护和两点接地保护：励磁回路的接地故障保护转子过负荷保护：逆功率保护：当汽轮机主汽门误关闭而发电机出口断路器未跳闸，发电机失去原动力而变为电动
9、机运行，从电力系统中吸收有功功率。危害：汽轮机尾部叶片有可能过热而造成事故。2.1纵联差动接地保护（相间短路）IcdIdz0+k1（Izd-Izd0）Idz0=（0.10.2）Ie 最小动作电流按躲过最大负荷下差动回路的不平衡电流整定Izd0=（0.81.2）Ie 最小制动电流Icd= I1-I2 不平衡电流Izd=（I1+I2）/2 制动电流k1 制动系数 0.30.4外部短路电流愈大，不平衡电流就愈大，但制动电流的增大使动作电流增加的更大，有效的防止外部短路时误动。（最大外部短路）新型差动保护：1、可变比率制动式差动保护2、标积制动式差动保护 2.2、电压元件闭锁的电流保护和过负荷保护（相
10、间短路）复合电压之低电压闭锁对于汽轮机按躲过电动机自启动或发电机失磁而出现非同步运行时的最低电压整定。一般二次电压整定为0.50.6Ue。对于水轮机组不允许在失磁情况下运行，一般二次电压整定为0.7Ue。复合电压之负序电压闭锁在发生各种不对称短路时，系统产生负序电压，用以启动保护。负序电压整定值很小，保护很灵敏，按照躲开正常运行情况下出现的最大不平衡电流，根据运行经验，一般可取（0.060.09）Ue。电流及时间可独立整定（段保护）发电机过负荷保护定子绕组过负荷、转子绕组过负荷。可设置定时限或反时限2.3、负序过电流保护系统发生不对称短路或三相负荷不对称时，将有负序电流流过发电机的定子绕组并在
11、发电机中产生以两倍同步转速对转子的旋转磁场，从而在转子中产生倍频电流。热量公式故引入，以发电机额定电流倍数表示的负序电流的标幺值A允许过热时间常数 负序定时限过流保护两段式 I段 经延时动作于跳闸 段 经延时动作于信号1）在ab段内，对发电机不安全2）在bc段内，,不安全4）在de段内，保护根本不反应 负序反时限过流保护 2.4、定子绕组单相接地保护由于发电机的中性点不接地或经高阻抗接地，故定子绕组单相接地故障并不引起大的故障电流，相应定子绕组单相接地通常只发信号，经转移负荷后平稳停机。故障点零序电压为 要求：故障点电流不应超过安全电流；100%的保护区；保护区内任一点故障都具有足够高的灵敏度
12、。发电机定子中产生3次谐波的因素：转子槽数及槽分度数不完全满足0.677比率、转子气隙分布、磁路饱和。基波零序电压型定子接地保护：零序电压可取自发电机中性点单相电压互感器或消弧线圈的二次电压，或中性点配电变的二次电压，也可取自极端三相电压互感器的开口三角电压。随动作电压整定值的不同，存在动作死区（发电机中性点附近510%）。基波零序电压采集回路中增加3次滤波回路，降低启动电压，可提高保护范围。三次谐波电压型定子接地保护：通过机端3次谐波电压Us配合中性点3次谐波电压Un来判断。正常情况下：UnUs ,中性点接地时UnUs 。外加电源式定子接地保护：直流电源、20Hz或100Hz的交流电源。2.
13、5、转子回路接地保护判断方法包括：电桥式、迭加直流电压式、迭加交流电压式、切换采样式、利用定子2次谐波电压等方法。定子二次谐波电流保护转子两点接地保护转子两点接地对转子旋转磁场产生畸变，会在定子中回路中产生很大的二次谐波电流。2.6、发电机低励、失磁保护低励：发电机的励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流。失磁：发电机失去励磁。失磁原因：三种（1）励磁回路开路，励磁绕组断线 灭磁开关误动作，励磁调节装置的自动开关误动，可控硅励磁装置中部分元件损坏（2） 励磁绕组由于长期发热，绝缘老化或损坏引起短路（3） 运行人员调整等。失磁后的影响 ：对电力系统吸收Q无功储备不足，将因电压崩溃而瓦解 失磁失步振
14、荡甩负荷对发电机 （1）转子中的差频电流过热（2）转差率吸定子过电流 发热（3） 转速振动气轮发电机：较大s0.5%可稳定运行. 可异步运行一段时间水轮发电机较小 s很大发热厉害，故不允许失磁异步运行可见：失磁后，若不失步，无直接危害。转子运动方程：原动机功率 同步功率 异步功率 电气角加速度 机组的惯性时间常数失磁后各电气量的波形定子电压、电流：有功功率、无功功率：隐极式发电机机端功率公式：凸极式发电机机端功率公式：特点：1） 圆的大小与P有关 圆2） 失磁前，发电机向系统送无功，Q为正，位与第象限失磁后，随Q的变化，Q由正负，从象限，圆越小，从快 。3） 圆的位置与j有关，若=0， 圆心在实轴上，很容易进入第象限 可见，失磁后， 向第四象限移动，且最终将稳定在第四象限内1、等有功圆；2、静稳边界圆(
