继电保护教程 第七章 发电机保护

85第一节 概 述发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用，同时发电机本身 也是一个十分贵重的电器元件，因此，应该针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善 的继电保护装置 一、故障类型及不正常运行状态：1． 故障类型 1)定子绕组相间短路：危害最大 2)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 3)定子绕组单相接地：较常见，可造成铁芯烧伤或局部融化 4)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 5)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 1)由于外部短路引起的定子绕组过电流：温度升高，绝缘老化 2)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 3)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。

4)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 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 二、保护类型：1． 发电机纵差动保护：定子绕组及其引出线的相间短路保护 2． 横差动保护：定子绕组一相匝间短路的保护 3． 单相接地保护：对发电机定子绕组单相接地短路的保护 4． 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 5． 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 6． 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 7． 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 8． 过电压保护：反应突然甩负荷而出现的过电压 9． 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 10．转子过负荷保护： 11．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86第二节 发电机纵差动保护一、作用原理下图为发电机纵差动保护的单相原理图，两组 CT 特性、变比一致正常 区外接地时CT 特性可选得尽量一致21II 0' 2' 1IIIj21II Q不平衡电流比变压器小QnlIKKKIdertxgfbpMAXmax.2...5 . 0txK二、整定计算 两个条件：（1） 躲外部短路时的 max.bpImax.2.bpKdIKI（2） 躲大于发电机额定电流 （CT 二次断线时不误动）feI.灵敏度 ——出口两相短路fekdzIKI..2min.dzd lmIIKmin.dI87第三节 发电机的横差动保护当一相定子绕组有两个及以上并联分支时，装设此种保护 正常： 21II 0/ )(.2.1. nlIIIj匝间接地： 动作dzddJInlInlIIII“. “.2.1. / )2(死区：（1） 同一分支： 保护不动. 0, 0“dI（2） 同相两分支间： 保护不动. 0“ , 21dI（3）不同相绕组匝间： 保护不动 缺点：接线复杂 实用接线：88当发电机出现三次谐波电势时，且三相同相位，若任一分支与其与支路不相等，则中性点连 线上会出现三次谐波环流。

该接线没有互感器特性不同而引起的 灵敏度高，接线也较简单第四节 发电机的单相接地保护一、发电机定子绕组单相接地的特点最常见的故障之一： 定子绕组中性点不接地或经高阻抗接地它具有一般不接地系统单相接地 短路特点 设 A 相距中性点处，单相接地 发电机中性点将发生位移，产生零序电压 故障点各相对地电压：89故障点零序电压为 ....)()( 3/1AdAdBdAdoEUUUU电流分布：见上页图：..)(...)('333333AoldoololAofdoofofECjUCjIECjUCjI..)().(AolofdECCjI二、利用基波零序分量的发电机定子单相接地保护视大小， （发电机直接连接母线） 较大时——零序电流保护，动作于跳闸，dIdI（发变组） 对发电机不安全1t允t（2） 在 bc 段内 ,不安全Q允t（4） 在 de 段内， 保护根本不反应 即不能与反时限电流曲线很好配合，且对热积累的过程不能反应三、负序反时限过流保护 2 *2IAt或 ——修正常数（考虑到转子的散热条件）tAtI2 *2第六节发电机的失磁保护一、发电机的失磁运行及其产生的影响失磁故障指励磁突然全部消失或部分消失（低励）励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流）1 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92（3） 运行人员调整等。

发电机失磁后，它的各种电气量和机械量都会发生变化，且将危及发电机和系统的安全 2 失磁后的基本物理过程：依据：功角特性关系： sindSSd xxUEPsdSdSSd xxU xxUEQ2 cos转子运动方程：)(22acTJPPPdtdT——原动机功率 ——同步功率 ——异步功率 ——电气角加速度 ——TPPacP22dtdJT机组的惯性时间常数（1） 不变dETePP.TPP .转子加速当 发电机未失步 ——同步振荡阶段090（静稳定极限角）——临界失步状态090转子加速愈趋剧烈 异步运行阶段，这时原动机的调速装置在转子加速090TPP 的影响下，使汽门关小，TP93（2） 当时，即从系统吸收感性无功功率，，QEd090sdS xxUQ2 090吸收IUQf.图圆为发电机以不同的有功功率 P 临界失步时，机端测量阻抗的轨迹，圆内为失步区在发电机超过同步转速后，转子回路中将感应出频率为 电流， （发电机转速的频2sfffff率，系统频率） 该电流将产生异步功率 当 即进入稳态的异步运行阶段。

sfacPTacPP3．失磁后的影响 ： 对电力系统：(1) 吸收 Q无功储备不足，将因电压崩溃而瓦解 .U(2)大后备保护动作，故障扩过电流其它发电机QU(3) 失磁失步振荡甩负荷 对发电机 （1）转子中的差频电流过热sfff（2）转差率吸定子过电流 发热sfs fffs.)1 (.2 ssRQ（3） 转速振动.气轮发电机：较大 s<0.5%可稳定运行.—— 可异步运行一段时间acPQ水轮发电机较小 s 很大发热厉害，故不允许失磁异步运行acP.. IQ可见：失磁后，若不失步，无直接危害 失步后，对发电机及系统有不利影响 故应装设失磁保护二、失磁发电机机端测量阻抗的变化轨迹通常采用等有功阻抗圆等无功圆（临界失步阻抗圆）和等电压阻抗圆来分析一） 等有功阻抗圆： 失步前P 基本不变——— 等有功过程PQtgePUjxPUjXee PUjxjQPjQPjQP PUjxjQPUUUIUjx IjxIUIUZjS SSsjj SSSSSSSfS SfSfSff f1222222^^ ...... ...2)2()1 (2.2..圆的方程式94特点：（1） 圆的大小与 P 有关 圆P（2） 失磁前，发电机向系统送无功，Q 为正，位与第Ⅰ象限fZ失磁后，随 Q 的变化，Q 由正负，从ⅠⅣ象限，圆越小，从ⅠⅣ快 。

fZ（3） 圆的位置与 j有关，若=0， 圆心在实轴上，很容易进入第Ⅳ象限 SxSxfZ可见，失磁后， 向第四象限移动，且最终将稳定在第四象限内 （二） 等无功阻抗圆（临界失步圆）常数sdS xxUQ2 0902222..22)1 (2jddddSjS SSff fexxjxxjjxeQjUjXjQPUIUZ95圆周为发电机以不同的有功功率 P 临界失步时，机端测量阻抗的轨迹，圆内为失步区三） 临界电压阻抗圆临界电压值： 发电机失磁后，系统某一点电压下降到是机组不能稳定运行，此电压值称为临界电压值 （)SBMUU)((..). .SBSBfSXXIjIZXXjIUU整理后： 2 222 2 22 2 )1 ()1(STSXMMXXMMXRM XXXRXXR XXjZjXZUUjIXIZjIXUUSBBSBBSBBBfB 2222....)()( | )(| ||||||96三、失磁保护的主要判据。