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1、1.1第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.1电力系统继电保护发电机继电保护Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望1.2第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.2 本章讲述了发电机故障、不正常运行状态及其各种保护方式，重点讲述了本章讲述了发电机故障、不正常运行状态及其各种保护方式，重点讲述了发电机纵差动保护、定子匝间短路保护、单相接地保护和失磁保护的工作原理及发电机纵差动保护、定子匝间短路保护、单相接地保护和失磁保护的工作原理及整定计算，最后对逆功率保护、
2、低频保护及失步保护等予以介绍。整定计算，最后对逆功率保护、低频保护及失步保护等予以介绍。1.3第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.3本章内容本章内容 7.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及其保发电机的故障类型、不正常运行状态及其保 护方式护方式 7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护 7.3 发电机定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组匝间短路保护 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 发电机的失磁保护发电机的失磁保护 7.6 发电机的其他保护发电机的其他保护 思考题与习题思考题与习题1.4第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.47.
3、1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式 发电机是电力系统中重要的设备。保证发电机的安全和防止其本身遭受损害发电机是电力系统中重要的设备。保证发电机的安全和防止其本身遭受损害对电力系统的稳定运行、对负荷的不间断供电起着决定性作用。发电机在运行过对电力系统的稳定运行、对负荷的不间断供电起着决定性作用。发电机在运行过程中要承受短路电流和过电压的冲击，同时发电机本身又是一个旋转的机械设备，程中要承受短路电流和过电压的冲击，同时发电机本身又是一个旋转的机械设备，它在运行过程中还要承受原动机械力矩的作用和轴承摩擦力的作用。因此，发电它在运行过程中还要承
4、受原动机械力矩的作用和轴承摩擦力的作用。因此，发电机在运行过程中出现故障及不正常运行情况就不可避免。机在运行过程中出现故障及不正常运行情况就不可避免。 1.5第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.57.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式7.1.1 发电机的故障和异常运行状态发电机的故障和异常运行状态 1. 发电机的内部故障发电机的内部故障 内部故障主要是由定子绕组及转子绕组绝缘损坏引起的，常见的故障有：内部故障主要是由定子绕组及转子绕组绝缘损坏引起的，常见的故障有： (1) 定子绕组相间短路。定子绕组相间短路。 (2) 定子绕
5、组单相匝间短路。定子绕组单相匝间短路。 (3) 定子绕组单相接地。定子绕组单相接地。 (4) 转子绕组一点接地或两点接地。转子绕组一点接地或两点接地。 (5) 转子励磁回路电流消失。转子励磁回路电流消失。 2. 发电机的不正常运行状态发电机的不正常运行状态 不正常运行状态主要有：不正常运行状态主要有： (1) 外部短路引起的定子绕组过电流。外部短路引起的定子绕组过电流。 (2) 负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷。负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷。 (3) 外部不对称短路或不对称负荷外部不对称短路或不对称负荷(如单相负荷，非全相运行等如单相负荷，非全相运行等)而引起的发而
6、引起的发电机负序过电流和过负荷。电机负序过电流和过负荷。1.6第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.67.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式(4) 突然甩负荷而引起的定子绕组过电压。突然甩负荷而引起的定子绕组过电压。(5) 励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷。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) 汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率运行等。汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率运行等。1.7第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.77.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机
7、的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式7.1.2 大型发电机组的特点及对继电保护的要求大型发电机组的特点及对继电保护的要求 随着电力工业的飞跃发展，大机组的陆续投运，与中、小型机组相比，大机随着电力工业的飞跃发展，大机组的陆续投运，与中、小型机组相比，大机组在设计、组在设计、 结构及运行方面有许多特点，相应的对继电保护提出了新的要求，具结构及运行方面有许多特点，相应的对继电保护提出了新的要求，具体有如下表现。体有如下表现。 (1) 大容量机组的体积不随容量成比例增大，即有效材料利用率高，但却直接大容量机组的体积不随容量成比例增大，即有效材料利用率高，但却直接影响了机组的惯性常数明显降
8、低，使发电易于失步，因此很有必要装设失步保护；影响了机组的惯性常数明显降低，使发电易于失步，因此很有必要装设失步保护；其次，发电机热容量与铜损、铁损之比明显下降，使定子绕组及转子表面过负荷其次，发电机热容量与铜损、铁损之比明显下降，使定子绕组及转子表面过负荷能力降低，为了确保大型发电机组在安全运行条件下充分发挥过负荷的能力，应能力降低，为了确保大型发电机组在安全运行条件下充分发挥过负荷的能力，应装设具有反时限特性的过负荷保护及过电流保护。装设具有反时限特性的过负荷保护及过电流保护。 (2) 电机参数电机参数 、 、 增大增大 其后果是：其后果是： 短路电流水平下降，要求装设更灵敏的保护。短路电
9、流水平下降，要求装设更灵敏的保护。 定子回路时间常数显著增大，定子非周期分量电流衰减缓慢，使继电保护定子回路时间常数显著增大，定子非周期分量电流衰减缓慢，使继电保护用的电流互感器的工作特性严重恶化，同时也加重了不对称短路时转子表层的附用的电流互感器的工作特性严重恶化，同时也加重了不对称短路时转子表层的附加发热，使负序保护进一步复杂化。加发热，使负序保护进一步复杂化。1.8第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.87.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式 发电机平均异步力矩大为降低，因此失磁异步运行时滑差大，从系统吸发电机平均异步力
10、矩大为降低，因此失磁异步运行时滑差大，从系统吸收感性无功多，允许异步运行时的负载小、时间短，所以大型机组更需要性能完收感性无功多，允许异步运行时的负载小、时间短，所以大型机组更需要性能完善的失磁保护。善的失磁保护。 由于增大，发电机由满载突然甩负荷引起的过电压就较严重。由于增大，发电机由满载突然甩负荷引起的过电压就较严重。 (3) 大型机组采用水内冷、氢内冷等复杂的冷却方式，故障几率增加。大型机组采用水内冷、氢内冷等复杂的冷却方式，故障几率增加。 (4) 单机容量增大，汽轮机组轴向长度与直径之比明显增大，从而使机组振单机容量增大，汽轮机组轴向长度与直径之比明显增大，从而使机组振荡加剧，匝间绝缘
11、磨损加快，有时候可能引起冷却系统故障。因此，应当用灵敏荡加剧，匝间绝缘磨损加快，有时候可能引起冷却系统故障。因此，应当用灵敏的匝间短路保护和漏水保护的匝间短路保护和漏水保护(对水内冷机组对水内冷机组)。 (5) 大型水轮机组的转速低，直径大，气隙不均匀，将引起机组振荡加剧，因大型水轮机组的转速低，直径大，气隙不均匀，将引起机组振荡加剧，因此要装气隙不均保护。若定子绕组并联分支多且有中性点，应设计新的反应匝间此要装气隙不均保护。若定子绕组并联分支多且有中性点，应设计新的反应匝间短路的横差保护。短路的横差保护。 (6) 大型机组励磁系统复杂，故障几率也增多，发电机过电压、失磁的可能性大型机组励磁系
12、统复杂，故障几率也增多，发电机过电压、失磁的可能性加大，若采用自并励励磁系统，还需考虑后备保护灵敏度问题。加大，若采用自并励励磁系统，还需考虑后备保护灵敏度问题。综上所述，并考虑到大型机组造价高、结构复杂，一旦发生故障，其检修难度大、综上所述，并考虑到大型机组造价高、结构复杂，一旦发生故障，其检修难度大、时间长、造成经济损失大，因此，要求大型机组的继电保护进一步的完善化，时间长、造成经济损失大，因此，要求大型机组的继电保护进一步的完善化，1.9第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.97.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式即不但
13、要提高原有保护的性能，还要探索多功能、新原理的故障预测装置，用计即不但要提高原有保护的性能，还要探索多功能、新原理的故障预测装置，用计算机技术使保护与安全监测和综合自动化控制更好的结合。算机技术使保护与安全监测和综合自动化控制更好的结合。1.10第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.107.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式7.1.3 发电机保护装设的原则发电机保护装设的原则 针对以上故障及不正常运行状态，一般发电机应装设以下继电保护装置：针对以上故障及不正常运行状态，一般发电机应装设以下继电保护装置： (1) 对对1MW以上
14、发电机的定子绕组及其引出线的相间短路，应装设纵差保护以上发电机的定子绕组及其引出线的相间短路，应装设纵差保护装置。装置。 (2) 对直接连于母线的发电机定子绕组单相接地故障，当单相接地故障电流对直接连于母线的发电机定子绕组单相接地故障，当单相接地故障电流(不考虑消弧线圈的补偿作用不考虑消弧线圈的补偿作用)大于表大于表7-1规定的允许值时，应装设有选择性的接地规定的允许值时，应装设有选择性的接地保护装置。保护装置。 对于发电机对于发电机变压器组，对容量在变压器组，对容量在100MW以下的发电机，应装设保护区以下的发电机，应装设保护区不小于定子绕组串联匝数不小于定子绕组串联匝数90%的定子接地保护
15、；对容量在的定子接地保护；对容量在100MW及以上的发电机，及以上的发电机，应装设保护区为应装设保护区为100%的定子接地保护，保护带时限动作于信号，必要时动作于切的定子接地保护，保护带时限动作于信号，必要时动作于切机。机。 1.11第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.117.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式表表7-1 发电机定子绕组单相接地故障电流允许值发电机定子绕组单相接地故障电流允许值发电机额定电压发电机额定电压/kV发电机额定功率发电机额定功率/MW接地电容电流允许值接地电容电流允许值/A6.350410.5汽轮发
16、电机汽轮发电机501003水轮发电机水轮发电机1010013.815.75汽轮发电机汽轮发电机1252002水轮发电机水轮发电机4022518203006001 对氢冷发电机为对氢冷发电机为2.5。1.12第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.127.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式 (3) 对于发电机定子绕组的匝间短路，当定子绕组星形连接、每相有并联分对于发电机定子绕组的匝间短路，当定子绕组星形连接、每相有并联分支且中性点侧有分支引出端时，应装设横差保护；对支且中性点侧有分支引出端时，应装设横差保护；对200MW及以上的发
17、电机，及以上的发电机，有条件时可装设双重化横差保护。有条件时可装设双重化横差保护。 (4) 对于发电机外部短路引起的过电流，可采用下列保护方式：对于发电机外部短路引起的过电流，可采用下列保护方式： 负序过电流及单元件低电压启动的过电流保护，一般用于负序过电流及单元件低电压启动的过电流保护，一般用于50MW及以上的及以上的发电机。发电机。 复合电压复合电压(包括负序电压及线电压包括负序电压及线电压)启动的过电流保护，一般用于启动的过电流保护，一般用于1MW及及以上的发电机。以上的发电机。 过电流保护用于过电流保护用于1MW以下的小型发电机保护。以下的小型发电机保护。 带电流记忆的低压过电流保护用
18、于自并励发电机。带电流记忆的低压过电流保护用于自并励发电机。 对于由不对称负荷或外部不对称短路所引起的负序过电流，一般在对于由不对称负荷或外部不对称短路所引起的负序过电流，一般在50MW及以上的发电机上装设负序过电流保护。及以上的发电机上装设负序过电流保护。 对于由对称负荷引起的发电机定子绕组过电流，应装设接于一相电流的过对于由对称负荷引起的发电机定子绕组过电流，应装设接于一相电流的过负荷保护。负荷保护。 对于水轮发电机定子绕组过电压，应装设带延时的过电压保护。对于水轮发电机定子绕组过电压，应装设带延时的过电压保护。1.13第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.137.1 发电机的故
19、障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式 对于发电机励磁回路的一点接地故障，对对于发电机励磁回路的一点接地故障，对1MW及以下的小型发电机可装及以下的小型发电机可装设定期检测装置；对设定期检测装置；对1MW以上的发电机应装设专用的励磁回路一点接地保护。以上的发电机应装设专用的励磁回路一点接地保护。 对于发电机励磁消失故障，在发电机不允许失磁运行时，应在自动灭磁对于发电机励磁消失故障，在发电机不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关断开时连锁断开发电机的断路器；对采用半导体励磁以及开关断开时连锁断开发电机的断路器；对采用半导体励磁以及100MW及以上采及以上采用电
20、动机励磁的发电机，应增设直接反应发电机失磁时电气参数变化的专用失磁用电动机励磁的发电机，应增设直接反应发电机失磁时电气参数变化的专用失磁保护。保护。 对于转子回路的过负荷，在对于转子回路的过负荷，在100MW及以上，并且采用半导体励磁系统的及以上，并且采用半导体励磁系统的发电机上，应装设转子过负荷保护。发电机上，应装设转子过负荷保护。 对于汽轮发电机主汽门突然关闭而出现的发电机变电动机运行的异常运行方对于汽轮发电机主汽门突然关闭而出现的发电机变电动机运行的异常运行方式，为防止损坏汽轮机，对式，为防止损坏汽轮机，对200MW及以上的大容量汽轮发电机宜装设逆功率保及以上的大容量汽轮发电机宜装设逆功
21、率保护；对于燃气轮发电机，应装设逆功率保护。护；对于燃气轮发电机，应装设逆功率保护。 对于对于300MW及以上的发电机，应装设过励磁保护。及以上的发电机，应装设过励磁保护。 其他保护：如当电力系统振荡影响机组安全运行时，在其他保护：如当电力系统振荡影响机组安全运行时，在300MW机组上，宜装机组上，宜装设失步保护；当汽轮机低频运行会造成机械振动，叶片损伤，对汽轮机危害极大设失步保护；当汽轮机低频运行会造成机械振动，叶片损伤，对汽轮机危害极大时，可装设低频保护；当水冷发电机断水时，可装设断水保护等。时，可装设低频保护；当水冷发电机断水时，可装设断水保护等。1.14第第7 7章章 发电机继电保护发
22、电机继电保护1.147.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式 为了快速消除发电机内部的故障，在保护动作于发电机断路器跳闸的同时，为了快速消除发电机内部的故障，在保护动作于发电机断路器跳闸的同时，还必须动作于自动灭磁开关，断开发电机励磁回路，使定子绕组中不再感应出还必须动作于自动灭磁开关，断开发电机励磁回路，使定子绕组中不再感应出电动势，继续供短路电流。电动势，继续供短路电流。1.15第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.157.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护 发电机纵差保护是发电机定子绕组及其引出线相间短路的主保护，因
23、此，发电机纵差保护是发电机定子绕组及其引出线相间短路的主保护，因此，它应能快速切断内部所发生的故障，同时在正常运行及外部故障时，又应能保证它应能快速切断内部所发生的故障，同时在正常运行及外部故障时，又应能保证动作的选择性和工作的可靠性。在保护范围内发生相间短路时，应瞬间断开发电动作的选择性和工作的可靠性。在保护范围内发生相间短路时，应瞬间断开发电机断路器和自动灭磁开关。机断路器和自动灭磁开关。 1.16第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.167.2.1 工作原理工作原理 这种保护是利用比较发电机中性点侧和引出线侧电流幅值和相位的原理构成，这种保护是利用比较发电机中性点侧和引出线侧电
24、流幅值和相位的原理构成，因此在发电机中性点侧和引出线侧装设特性和变比完全相同的电流互感器来实现因此在发电机中性点侧和引出线侧装设特性和变比完全相同的电流互感器来实现纵差动保护。两组电流互感器之间为纵差动保护的范围。电流互感器二次绕组按纵差动保护。两组电流互感器之间为纵差动保护的范围。电流互感器二次绕组按照循环电流法接线，即如果两组电流互感器一次侧的极性分别以中性点侧和母线照循环电流法接线，即如果两组电流互感器一次侧的极性分别以中性点侧和母线侧为正极性，则二次侧同极性相连接。差动继电器与两侧电流互感器的二次绕组侧为正极性，则二次侧同极性相连接。差动继电器与两侧电流互感器的二次绕组并联。保护的单相
25、原理接线如图并联。保护的单相原理接线如图7.1所示。所示。 发电机内部故障时，如图发电机内部故障时，如图7.1(a)中的点短路，两侧电流互感器的一、二次侧中的点短路，两侧电流互感器的一、二次侧电流如图所示，差动继电器中的电流为电流如图所示，差动继电器中的电流为 。当。当 大于继电器的整定电流大于继电器的整定电流时，继电器动作。在正常运行或保护区外故障时，流过继电器的电流为两侧电流时，继电器动作。在正常运行或保护区外故障时，流过继电器的电流为两侧电流之差之差( )，如图，如图7.1(b)所示所示(短路点短路点k2)。在循环电流回路两臂引线阻抗。在循环电流回路两臂引线阻抗相同、两侧电流互感器特性完
26、全一致和铁芯剩磁一样的理想情况下，两侧二次电相同、两侧电流互感器特性完全一致和铁芯剩磁一样的理想情况下，两侧二次电流相等流相等( )，流过继电器的电流为零。但实际上差动继电器中流过不大，流过继电器的电流为零。但实际上差动继电器中流过不大的电流，此电流称为不平衡电流。的电流，此电流称为不平衡电流。7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.17第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.17(a) 内部故障情况内部故障情况 (b) 正常运行及外部故障情况正常运行及外部故障情况图图7.1 发电机纵差保护单相原理图发电机纵差保护单相原理图7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.18第
27、第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.18 纵差保护在原理上不反应负荷电流和外部短路电流，只反应发电机两侧电纵差保护在原理上不反应负荷电流和外部短路电流，只反应发电机两侧电流互感器之间保护区内的故障电流，因此，纵差保护在时限上不必与其他时限流互感器之间保护区内的故障电流，因此，纵差保护在时限上不必与其他时限配合，可以瞬时动作于跳闸。配合，可以瞬时动作于跳闸。7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.19第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.197.2.2 整定原则整定原则 1. 在正常运行情况下，电流互感器二次回路断线时保护不应误动在正常运行情况下，电流互感器二次回路断
28、线时保护不应误动 如图如图7.1所示，假设流过电流互感器所示，假设流过电流互感器2TA的二次引线发生了断线，则电流的二次引线发生了断线，则电流 被迫变为零，此时，在差动继电器中将流过被迫变为零，此时，在差动继电器中将流过 电流，当发电机在额定容量运行时，电流，当发电机在额定容量运行时，此电流即为发电机额定电流变换到二次侧的电流，用此电流即为发电机额定电流变换到二次侧的电流，用 表示。在这种情表示。在这种情况下，为防止差动保护误动，应整定保护装置的启动电流大于发电机的额定电流，况下，为防止差动保护误动，应整定保护装置的启动电流大于发电机的额定电流，引入可靠系数后，则保护装置和继电器的整定电流分别
29、为引入可靠系数后，则保护装置和继电器的整定电流分别为 (7-1)式中式中 电流互感器变比。电流互感器变比。 这样整定之后，在正常运行情况下，任一相电流互感器二次回路断线时，保这样整定之后，在正常运行情况下，任一相电流互感器二次回路断线时，保护将不会误动作。但如果在断线后又发生了外部短路，则继电器回路中要流过短护将不会误动作。但如果在断线后又发生了外部短路，则继电器回路中要流过短路电流，保护仍然要误动。为防止这种情况的发生，在差动保护中，一般装设断路电流，保护仍然要误动。为防止这种情况的发生，在差动保护中，一般装设断线监视装置，当断线后，它动作发出信号，运行人员接到信号后即应将差动保护线监视装置
30、，当断线后，它动作发出信号，运行人员接到信号后即应将差动保护退出工作。退出工作。7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.20第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.20 断线监视继电器的整定电流按躲开正常运行时的不平衡电流整定，原则断线监视继电器的整定电流按躲开正常运行时的不平衡电流整定，原则上越灵敏越好。根据经验，一般选择为上越灵敏越好。根据经验，一般选择为 (7-2) 为了防止断线监视装置在外部故障时由于不平衡电流的影响而误发信号，为了防止断线监视装置在外部故障时由于不平衡电流的影响而误发信号，取其动作时限大于发电机后备保护的时限。取其动作时限大于发电机后备保护的时限。 具
31、有断线监视装置的发电机纵差保护原理接线如图具有断线监视装置的发电机纵差保护原理接线如图7.2所示。所示。7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.21第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.21图图7.2 具有断线监视装置的发电机纵差保护原理接线图具有断线监视装置的发电机纵差保护原理接线图7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.22第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.22 保护装置采用三相式接线保护装置采用三相式接线(1KD3KD为差动继电器为差动继电器)，在差动回路的中线上，在差动回路的中线上接有断线监视继电器接有断线监视继电器KA，当任一相电流互感器回路断
32、线时，它都能动作，经过，当任一相电流互感器回路断线时，它都能动作，经过延时发出信号。延时发出信号。 为了使差动保护的范围能包括发电机引出线为了使差动保护的范围能包括发电机引出线(或电缆或电缆)在内，因此所使用的在内，因此所使用的电流互感器应装设在靠近断路器的位置。电流互感器应装设在靠近断路器的位置。 2. 躲过外部故障时的最大不平衡电流躲过外部故障时的最大不平衡电流 整定电流为整定电流为 (7-3) 考虑非周期分量的影响，并将稳态不平衡电流计算式考虑非周期分量的影响，并将稳态不平衡电流计算式 代入式代入式(7-3)得得 (7-4)式中式中 可靠系数，取可靠系数，取1.3； 非周期分量系数，当采
33、用具有速饱和铁芯的差动继电器时，取非周期分量系数，当采用具有速饱和铁芯的差动继电器时，取1； 电流互感器同型系数，当型号相同时取电流互感器同型系数，当型号相同时取0.5。7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.23第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.23 对于汽轮机组，其出口处发生三相短路的最大短路电流约为对于汽轮机组，其出口处发生三相短路的最大短路电流约为 ，代入式，代入式(7-4)中，则差动继电器的整定电流为中，则差动继电器的整定电流为 (7-5) 对于水轮机组，由于电抗对于水轮机组，由于电抗 的数值比汽轮机组大，其出口处发生三相短的数值比汽轮机组大，其出口处发生三相短
34、路时的最大短路电流约为路时的最大短路电流约为 ，则差动继电器中的整定电流为，则差动继电器中的整定电流为 (7-6) 对于内冷的大容量发电机组，其电抗数值也较上述汽轮机组为大，因此，对于内冷的大容量发电机组，其电抗数值也较上述汽轮机组为大，因此，差动继电器的启动电流较汽轮机组小。差动继电器的启动电流较汽轮机组小。 综上可见，按躲过不平衡电流的条件整定的差动保护，其启动值远小于按综上可见，按躲过不平衡电流的条件整定的差动保护，其启动值远小于按躲过躲过 电流互感器二次回路断线时的整定值，因此，保护的灵敏性就高。但这样电流互感器二次回路断线时的整定值，因此，保护的灵敏性就高。但这样整定后，在正常运行情
35、况下发生电流互感器二次回路断线时，在负荷电流的作整定后，在正常运行情况下发生电流互感器二次回路断线时，在负荷电流的作用下，差动保护可能误动，就这点看，可靠性较差。用下，差动保护可能误动，就这点看，可靠性较差。 当差动保护的定值小于额定电流时，可不装设电流互感器二次回路断线监当差动保护的定值小于额定电流时，可不装设电流互感器二次回路断线监视装置。运行经验表明，只要重视对差动保护回路的维护与检查，如采取防震视装置。运行经验表明，只要重视对差动保护回路的维护与检查，如采取防震措施，以防接线端子松脱，检修时测量差动回路的阻抗，并与以前的值比较等，措施，以防接线端子松脱，检修时测量差动回路的阻抗，并与以
36、前的值比较等，在实际运行中发生该类故障的几率还是很少的。在实际运行中发生该类故障的几率还是很少的。7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.24第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.24 3. 灵敏度校验灵敏度校验 保护装置灵敏度校验按下式计算：保护装置灵敏度校验按下式计算： (7-7)式中式中 发电机内部故障时流过保护装置的最小短路电流。发电机内部故障时流过保护装置的最小短路电流。 实际上应考虑下面两种情况：实际上应考虑下面两种情况： (1) 发电机与系统并列运行以前，在其出线端发生两相短路，此时差动回路发电机与系统并列运行以前，在其出线端发生两相短路，此时差动回路中只有发电
37、机供给的短路电流中只有发电机供给的短路电流 ，而，而 0。 (2) 发电机采用自同期并列发电机采用自同期并列(此时发电机先不加励磁，电动势此时发电机先不加励磁，电动势 E 0)时，在时，在系统最小运行方式下，发电机出线端发生两相短路，此时，差动回路只有系统系统最小运行方式下，发电机出线端发生两相短路，此时，差动回路只有系统供给的短路电流供给的短路电流 ，而，而 =0 。 对灵敏系数的要求一般不小于对灵敏系数的要求一般不小于2。 应该指出，上述灵敏系数的校验，都是以发电机出口处发生两相短路为依应该指出，上述灵敏系数的校验，都是以发电机出口处发生两相短路为依据的，此时短路电流较大，一般都能够满足灵
38、敏系数的要求。但当内部发生轻据的，此时短路电流较大，一般都能够满足灵敏系数的要求。但当内部发生轻微的微的 故障，例如经绝缘材料的过渡电阻短路时，短路电流的数值往往较小，差故障，例如经绝缘材料的过渡电阻短路时，短路电流的数值往往较小，差动保动保 护不能启动，此时只有等故障进一步发展以后，保护方能动作，而这时可护不能启动，此时只有等故障进一步发展以后，保护方能动作，而这时可能已能已7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.25第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.25对发电机造成更大的危害。因此，尽量减小保护装置的启动电流，以提高差动对发电机造成更大的危害。因此，尽量减小保护装置的
39、启动电流，以提高差动保护对内部故障的反应能力还是很有意义的，保护对内部故障的反应能力还是很有意义的， 发电机的纵差动保护可以无延时地切除保护范围内的各种故障，同时又发电机的纵差动保护可以无延时地切除保护范围内的各种故障，同时又不反应发电机的过负荷和系统振荡，且灵敏系数一般较高。因此，纵差动保护不反应发电机的过负荷和系统振荡，且灵敏系数一般较高。因此，纵差动保护毫无例外地用作容量在毫无例外地用作容量在1MW以上发电机的主保护。以上发电机的主保护。7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.26第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.267.3 发电机定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组
40、匝间短路保护7.3.1 装设匝间短路保护的必要性装设匝间短路保护的必要性 由于发电机纵差保护不反应定子绕组一相匝间短路，因此，发电机定子绕由于发电机纵差保护不反应定子绕组一相匝间短路，因此，发电机定子绕组一相匝间短路后，如不能及时进行处理，则可能发展成相间故障，造成发电组一相匝间短路后，如不能及时进行处理，则可能发展成相间故障，造成发电机严重损坏。因此，在发电机上机严重损坏。因此，在发电机上(尤其是大型发电机尤其是大型发电机)应装设定子匝间短路保护。应装设定子匝间短路保护。以往对于双星形接线而且中性点侧引出以往对于双星形接线而且中性点侧引出6个端子的发电机，通常装设单元件式横个端子的发电机，通
41、常装设单元件式横联差动保护联差动保护(简称横差保护简称横差保护)。但是，对于一些大型机组，出于技术上和经济上。但是，对于一些大型机组，出于技术上和经济上的考虑，发电机中性点侧常常只引出三个端子，更大的机组甚至只引出一个中的考虑，发电机中性点侧常常只引出三个端子，更大的机组甚至只引出一个中性点，这就不可能装设常用的单元件式横差保护。在这种情况下，便出现了以性点，这就不可能装设常用的单元件式横差保护。在这种情况下，便出现了以下观点：下观点： (1) 定子绕组匝间绝缘强度高于对地绝缘强度，因此绝缘破坏引起的故障定子绕组匝间绝缘强度高于对地绝缘强度，因此绝缘破坏引起的故障 首先应该是定子单相接地，随后
42、才发展为匝间或相间短路，现在已有无死区的首先应该是定子单相接地，随后才发展为匝间或相间短路，现在已有无死区的100%定子接地保护，因此可以不装匝间短路保护。定子接地保护，因此可以不装匝间短路保护。 这种观点有一定的根据，但也确有首先发生匝间短路而后再发展为接地故这种观点有一定的根据，但也确有首先发生匝间短路而后再发展为接地故障或相间短路的实例。考察匝间短路的发生过程，首先是看匝间绝缘，由于定障或相间短路的实例。考察匝间短路的发生过程，首先是看匝间绝缘，由于定子线棒变形或受振动而发生机械磨损，以及污染腐蚀、长期的受热和老化都会子线棒变形或受振动而发生机械磨损，以及污染腐蚀、长期的受热和老化都会使
43、匝间绝缘逐步劣化，这就构成了匝间短路的内因，不能肯定匝间绝缘的劣化使匝间绝缘逐步劣化，这就构成了匝间短路的内因，不能肯定匝间绝缘的劣化一定晚于对地绝缘。更重要的是，外来冲击电压的袭击，给定子匝间绝缘造成一定晚于对地绝缘。更重要的是，外来冲击电压的袭击，给定子匝间绝缘造成极大威胁，因为冲击电压波沿定子绕组的分布是不均匀的，极大威胁，因为冲击电压波沿定子绕组的分布是不均匀的， 1.27第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.27波头愈陡，分布愈不均匀，一个波头为波头愈陡，分布愈不均匀，一个波头为3ns的冲击波，在绕组的第一个匝间可的冲击波，在绕组的第一个匝间可能承受全部冲击电压的能承受全部
44、冲击电压的25%，因此由机端进入的冲击波，完全可能首先在定子，因此由机端进入的冲击波，完全可能首先在定子绕组的始端发生匝间短路。鉴于此，大型机组往往在机端装设三相对地电容器绕组的始端发生匝间短路。鉴于此，大型机组往往在机端装设三相对地电容器和磁吹避雷器，即使如此，也不能认为再也没有发生匝间短路的可能和完全不和磁吹避雷器，即使如此，也不能认为再也没有发生匝间短路的可能和完全不必装设匝间短路保护了。必装设匝间短路保护了。 (2) 另一种观点认为，大型机组的定子同槽上、下层线棒同属一相的很少，另一种观点认为，大型机组的定子同槽上、下层线棒同属一相的很少，因此，即使上、下层绝缘破坏也主要是相间短路，既
45、然装设单元式横差保护有因此，即使上、下层绝缘破坏也主要是相间短路，既然装设单元式横差保护有困难，就不再装设匝间短路保护。困难，就不再装设匝间短路保护。 实际上这是一种错觉，多极的水轮发电机，很多情况下定子同槽上、下实际上这是一种错觉，多极的水轮发电机，很多情况下定子同槽上、下层线棒同相的已超过，大型汽轮发电机，极数也不一定再是层线棒同相的已超过，大型汽轮发电机，极数也不一定再是2，现以运行中的，现以运行中的60万万kW两极汽轮发电机为例，其定子总槽数为两极汽轮发电机为例，其定子总槽数为42，同槽上、下层同相的槽数，同槽上、下层同相的槽数为为18(均为同相但不同分支的均为同相但不同分支的)，约占
46、总槽数的，约占总槽数的42.86%，完全有发生匝间短路，完全有发生匝间短路的可能。在实际中因未装设匝间短路保护以致在发生匝间短路时严重损坏发电的可能。在实际中因未装设匝间短路保护以致在发生匝间短路时严重损坏发电机的例子是有的。机的例子是有的。 总之，随着单机容量的增大，发电机定子绕组的并联分支数将增多，不考总之，随着单机容量的增大，发电机定子绕组的并联分支数将增多，不考虑定子匝间短路及其保护是不合理的。虑定子匝间短路及其保护是不合理的。7.3 发电机定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组匝间短路保护1.28第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.287.3.2 单继电器横差保护单继电器横差
47、保护 在大容量发电机组中，由于额定电流很大，其每相都做成两个及其以上绕在大容量发电机组中，由于额定电流很大，其每相都做成两个及其以上绕组的并联，如图组的并联，如图7.3所示。所示。图图7.3 大容量发电机内部接线示意图大容量发电机内部接线示意图7.3 发电机定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组匝间短路保护1.29第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.29 在正常情况下，两个绕组中的电势相等，各供的负荷电流。当任一各绕组在正常情况下，两个绕组中的电势相等，各供的负荷电流。当任一各绕组中发生匝间短路时，两个绕组中的电动势就不再相等，因而会由于出现电动势中发生匝间短路时，两个绕组中的电动势就
48、不再相等，因而会由于出现电动势差而产生一个均衡电流，在两个绕组中环流。因此，利用反应两个支路电流之差而产生一个均衡电流，在两个绕组中环流。因此，利用反应两个支路电流之差的原理，即可实现对发电机定子绕组匝间短路的保护，此即横差保护，现对差的原理，即可实现对发电机定子绕组匝间短路的保护，此即横差保护，现对其原理分述如下。其原理分述如下。 如图如图7.4(a)所示，当某一绕组内发生匝间短路时，由于故障支路与非故障所示，当某一绕组内发生匝间短路时，由于故障支路与非故障支路的电动势不相等，因此，有一个环流产生，这时在差动回路中将有电流，支路的电动势不相等，因此，有一个环流产生，这时在差动回路中将有电流，
49、当此电流大于继电器的整定电流时，保护动作。短路匝数越多，则环流越大，当此电流大于继电器的整定电流时，保护动作。短路匝数越多，则环流越大，而当而当 较小时，保护就不动作。因此，保护是有死区的。较小时，保护就不动作。因此，保护是有死区的。 如图如图7.4(b)所示，在同相的两个分支间发生匝间短路，当所示，在同相的两个分支间发生匝间短路，当 时，由于时，由于两个分支存在电势差，将分别出现两个环流两个分支存在电势差，将分别出现两个环流 和和 流入继电器内的电流为流入继电器内的电流为 。若这种短路发生在等位点上。若这种短路发生在等位点上(即即 )时，将不会有环流。因时，将不会有环流。因此，此， 或或 时
50、，保护也出现死区。时，保护也出现死区。 根据定子绕组匝间短路的特点，横差保护有两种接线方式。一种是比较每根据定子绕组匝间短路的特点，横差保护有两种接线方式。一种是比较每相两个分支绕组的电流之差，这种方式每相需装设两个差接的电流互感器，三相两个分支绕组的电流之差，这种方式每相需装设两个差接的电流互感器，三相共需六个电流互感器和三个继电器。由于这种方式接线复杂，且流过继电器相共需六个电流互感器和三个继电器。由于这种方式接线复杂，且流过继电器的不平衡电流较大，故实际中很少采用。另一种接线方式是在两组星形接线的的不平衡电流较大，故实际中很少采用。另一种接线方式是在两组星形接线的7.3 发电机定子绕组匝
51、间短路保护发电机定子绕组匝间短路保护1.30第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.30中性点连线上装设一个电流互感器，将一组星形接线绕组的三相电流之和与另中性点连线上装设一个电流互感器，将一组星形接线绕组的三相电流之和与另一组星形接线绕组的三相电流之和进行比较。这种方式由于只用一个电流互感一组星形接线绕组的三相电流之和进行比较。这种方式由于只用一个电流互感器，不存在两个电流互感器的误差不同所引起的不平衡电流问题，因而启动电器，不存在两个电流互感器的误差不同所引起的不平衡电流问题，因而启动电流小，灵敏度高，加上接线简单，故目前广泛采用。单继电器式横差保护原理流小，灵敏度高，加上接线简单
52、，故目前广泛采用。单继电器式横差保护原理接线图如图接线图如图7.5所示。所示。(a) 在某一绕组内部匝间短路在某一绕组内部匝间短路 (b) 在同相不同绕组匝间短路在同相不同绕组匝间短路 图图7.4 发电机定子绕组匝间短路的电流分布发电机定子绕组匝间短路的电流分布7.3 发电机定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组匝间短路保护1.31第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.31图图7.5 单继电器式横差保护原理接线图单继电器式横差保护原理接线图 按这种接线方式，当发电机出现三次谐波电动势按这种接线方式，当发电机出现三次谐波电动势(用用E3表示表示)时，由于三相时，由于三相都是同相位的，因此，
53、如果任一支路的都是同相位的，因此，如果任一支路的E3与其他支路的不相等时，都会在两组与其他支路的不相等时，都会在两组星形中性点的连线上出现三次谐波的环流，并通过互感器反应到保护中去，这是星形中性点的连线上出现三次谐波的环流，并通过互感器反应到保护中去，这是不希望的，为此采用了三次谐波过滤器不希望的，为此采用了三次谐波过滤器2，以滤掉三次谐波的不平衡电流，提高，以滤掉三次谐波的不平衡电流，提高灵敏度。灵敏度。7.3 发电机定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组匝间短路保护1.32第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.32 保护装置的整定电流，根据运行经验，通常取发电机定子绕组额定电流的保护
54、装置的整定电流，根据运行经验，通常取发电机定子绕组额定电流的20%30%，即，即 (7-8) 当转子回路两点接地时，横差保护可能误动。这是因为，当两点接地后转当转子回路两点接地时，横差保护可能误动。这是因为，当两点接地后转子磁极的磁通平衡遭到破坏，而定子同一相的两个绕组并不是完全位于相同的子磁极的磁通平衡遭到破坏，而定子同一相的两个绕组并不是完全位于相同的定子槽中，因而其感应的电动势就不相等，这样就会产生环流，使差动保护误定子槽中，因而其感应的电动势就不相等，这样就会产生环流，使差动保护误动。动。 运行经验表明，当励磁回路发生永久性的两点接地时，由于发电机励磁电运行经验表明，当励磁回路发生永久
55、性的两点接地时，由于发电机励磁电动势的畸变而引起空气隙磁通发生较大的畸变，发电机将产生异常的振动，此动势的畸变而引起空气隙磁通发生较大的畸变，发电机将产生异常的振动，此时励磁回路两点接地保护应动作于跳闸。在这种情况下，虽然按照横差保护的时励磁回路两点接地保护应动作于跳闸。在这种情况下，虽然按照横差保护的工作原理来看它不应该动作，但由于发电机已有必要切除，因此，横差保护动工作原理来看它不应该动作，但由于发电机已有必要切除，因此，横差保护动作与跳闸也是允许的。基于上述考虑，目前已不采用励磁回路两点接地保护动作与跳闸也是允许的。基于上述考虑，目前已不采用励磁回路两点接地保护动作时闭锁横差保护的措施。
56、为了防止在励磁回路中发生偶然性的瞬间两点接地作时闭锁横差保护的措施。为了防止在励磁回路中发生偶然性的瞬间两点接地时引起横差保护误动，因此，当励磁回路发生一点接地后，在投入两点接地保时引起横差保护误动，因此，当励磁回路发生一点接地后，在投入两点接地保护的同时，也应将横差保护切换至带护的同时，也应将横差保护切换至带0.5s1s的延时动作于跳闸。的延时动作于跳闸。 在图在图7.5中，当励磁回路未发生接地故障时，切换片中，当励磁回路未发生接地故障时，切换片XB接通直接启动出口接通直接启动出口继电器继电器5的回路，而当励磁回路发生一点接地后，则切换到启动时间继电器的回路，而当励磁回路发生一点接地后，则切
57、换到启动时间继电器4的的回路，此时需经延时后才动作于跳闸，即满足了以上所提出的要求。按以上原回路，此时需经延时后才动作于跳闸，即满足了以上所提出的要求。按以上原理构成的横差保护，也能反应定子绕组上可能出现的分支开焊故障。理构成的横差保护，也能反应定子绕组上可能出现的分支开焊故障。7.3 发电机定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组匝间短路保护1.33第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.337.3.3 定子绕组零序电压原理的匝间短路保护定子绕组零序电压原理的匝间短路保护 图图7.6所示为由负序功率闭锁的纵向零序电压匝间短路保护的原理示意图。所示为由负序功率闭锁的纵向零序电压匝间短路保护的
58、原理示意图。图中图中PT一次侧中性点必须与发电机中性点直接相连，而不能再直接接地，正因一次侧中性点必须与发电机中性点直接相连，而不能再直接接地，正因为为TVN1的一次侧中性点不接地，因此，其一次绕组必须采用全绝缘，且不能的一次侧中性点不接地，因此，其一次绕组必须采用全绝缘，且不能被用来测量相电压，故图被用来测量相电压，故图7.6中的中的TVN1是零序电压匝间短路保护专用电压互感是零序电压匝间短路保护专用电压互感器。开口三角绕组安装了具有三次谐波滤过器的高灵敏性过电压继电器。器。开口三角绕组安装了具有三次谐波滤过器的高灵敏性过电压继电器。图图7.6 由负序功率闭锁的纵向零序电压匝间短路保护原理图
59、由负序功率闭锁的纵向零序电压匝间短路保护原理图7.3 发电机定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组匝间短路保护1.34第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.34 当发电机正常运行和外部相间短路时，当发电机正常运行和外部相间短路时，TVN1辅助二次绕组没有输出电压，辅助二次绕组没有输出电压，即即3U0=0。 当发电机内部或外部发生单相接地故障时，虽然一次系统出现了零序电压，当发电机内部或外部发生单相接地故障时，虽然一次系统出现了零序电压，即一次侧三相对地电压不再平衡，中性点电位升高为即一次侧三相对地电压不再平衡，中性点电位升高为U0，但由于，但由于TVN1一次侧一次侧中性点不接地，所以即使
60、中性点的电位升高，但三相电压仍然对称，故开口中性点不接地，所以即使中性点的电位升高，但三相电压仍然对称，故开口 三三角绕组输出电压为角绕组输出电压为0V。 只有当发电机内部发生匝间短路或发生对中性点不对称的各种相间短路时，只有当发电机内部发生匝间短路或发生对中性点不对称的各种相间短路时，TVN1一次对中性点的电压不再平衡，开口三角绕组才有电压输出，从而使零一次对中性点的电压不再平衡，开口三角绕组才有电压输出，从而使零序匝间短路保护正常序匝间短路保护正常 动作。动作。 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，设有负序功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，设有负序功率方
61、向闭锁元件。因为三次谐波不平衡电压随外部短路电流增大而增大，为提率方向闭锁元件。因为三次谐波不平衡电压随外部短路电流增大而增大，为提高匝间短路保护的灵敏性，就必须考虑闭锁措施。采用负序功率闭锁是一成熟高匝间短路保护的灵敏性，就必须考虑闭锁措施。采用负序功率闭锁是一成熟的措施，因为发电机内部相间短路以及定子绕组分支开焊，负序源位于发电机的措施，因为发电机内部相间短路以及定子绕组分支开焊，负序源位于发电机内部，它所产生的负序功率一定由发电机流出。而当系统发生各种不对称运行内部，它所产生的负序功率一定由发电机流出。而当系统发生各种不对称运行或不对称故障时，负序功率由系统流入发电机，这是一个明确的特征
62、量，利用或不对称故障时，负序功率由系统流入发电机，这是一个明确的特征量，利用它和零序电压构成匝间短路是十分可取的。它和零序电压构成匝间短路是十分可取的。7.3 发电机定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组匝间短路保护1.35第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.35 为防止为防止TVN1一次熔断器熔断而引起保护误动，还必须设有电压闭锁装置，一次熔断器熔断而引起保护误动，还必须设有电压闭锁装置，如图如图7.6所示。所示。 保护的零序动作电压由正常运行负荷工况下的零序不平衡电压保护的零序动作电压由正常运行负荷工况下的零序不平衡电压 决定，决定， 中的成分主要是三次谐波电压，为此，在零序电压继
63、电器中采用滤过比高中的成分主要是三次谐波电压，为此，在零序电压继电器中采用滤过比高的三次谐波滤波器和阻波器。一般负荷工况下的基波零序不平衡电压的三次谐波滤波器和阻波器。一般负荷工况下的基波零序不平衡电压(二次值二次值)为为百分之几伏，所以整定为百分之几伏，所以整定为1V左右。外部短路时，左右。外部短路时， 急剧增长，但由于有负序急剧增长，但由于有负序功率方向元件闭锁，故不会引起误动。功率方向元件闭锁，故不会引起误动。 国内上述有闭锁的零序电压匝间保护短路保护国内上述有闭锁的零序电压匝间保护短路保护 整定为整定为1V左右；国外左右；国外进口机组无负序功率方向元件闭锁的保护一般整定为进口机组无负序
64、功率方向元件闭锁的保护一般整定为3V左右。当然整定值越高左右。当然整定值越高死区就越大。死区就越大。 可以看出，该保护由零序电压、功率方向和电压断线闭锁三部分组成，装可以看出，该保护由零序电压、功率方向和电压断线闭锁三部分组成，装置比较复杂，灵敏性也不太高，因此适于在不装设单元件横差保护的情况下采用。置比较复杂，灵敏性也不太高，因此适于在不装设单元件横差保护的情况下采用。 值得指出的是，一次中性点与发电机中性点的连线如发生绝缘对地击穿，值得指出的是，一次中性点与发电机中性点的连线如发生绝缘对地击穿，就形成发电机定子绕组单相接地故障，如果定子接地保护动作于跳闸，这无疑就就形成发电机定子绕组单相接
65、地故障，如果定子接地保护动作于跳闸，这无疑就扩大了故障范围。扩大了故障范围。7.3 发电机定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组匝间短路保护1.36第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.367.4 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 根据安全的要求，发电机的外壳都是接地的，因此，定子绕组因绝缘破坏根据安全的要求，发电机的外壳都是接地的，因此，定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比较普遍。当接地电流比较大，能在故障点引起电弧时，而引起的单相接地故障比较普遍。当接地电流比较大，能在故障点引起电弧时，将使绕组的绝缘和定子铁芯烧坏，并且也容易发展成相间短路，造成更大的危将使绕
66、组的绝缘和定子铁芯烧坏，并且也容易发展成相间短路，造成更大的危害。根据运行经验，当接地电容电流大于等于害。根据运行经验，当接地电容电流大于等于5A时，应装设动作于跳闸的接地时，应装设动作于跳闸的接地保护；当接地电容电流小于保护；当接地电容电流小于5A时，一般装设作用于信号的接地保护。时，一般装设作用于信号的接地保护。1.37第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.377.4.1 发电机定子绕组单相接地的特点发电机定子绕组单相接地的特点 现代的发电机，其中性点都是不接地或经消弧线圈接地的，因此，当发电现代的发电机，其中性点都是不接地或经消弧线圈接地的，因此，当发电机内部单相接地时，流经接
67、地点的电流仍为发电机所在电压网络机内部单相接地时，流经接地点的电流仍为发电机所在电压网络(即与发电机有即与发电机有直接电联系的各元件直接电联系的各元件)对地电容电流之和，而不同之处在于故障点的零序电压将对地电容电流之和，而不同之处在于故障点的零序电压将随发电机内部接地点的位置而改变。随发电机内部接地点的位置而改变。 如图如图7.7(a)所示，假设所示，假设A相接地发生在定子绕组距中心点相接地发生在定子绕组距中心点 处，处， 表示由中表示由中性点到故障点的绕组占全部绕组匝数的百分数，则故障点各相电势为性点到故障点的绕组占全部绕组匝数的百分数，则故障点各相电势为 、 和和 ，而各相对地电压分别为，
68、而各相对地电压分别为 (7-9)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1.38第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.38(a)三相网络图三相网络图 (b) 零序等效图零序等效图图图7.7 发电机内部单相接地电流分布发电机内部单相接地电流分布 因此，故障点的零序电压为因此，故障点的零序电压为 (7-10) 上式表明，故障点的零序电压将随着故障点位置的不同而改变。由此可作上式表明，故障点的零序电压将随着故障点位置的不同而改变。由此可作出发电机内部单相接地的零序等效网络，如图出发电机内部单相接地的零序等效网络，如图7.7(b)所示。图中为发电机每相的所示。图中为发电机
69、每相的对地电容，对地电容，C0l为发电机以外电压网络每相对地的等效电容。由此即可算出发电为发电机以外电压网络每相对地的等效电容。由此即可算出发电机的零序电容电流和网络的零序电容电流分别为机的零序电容电流和网络的零序电容电流分别为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1.39第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.39 (7-11) 则故障点总的接地电流即为则故障点总的接地电流即为 (7-12) 其有效值为其有效值为 ，式中，式中 为发电机的相电势，一般在计算时，为发电机的相电势，一般在计算时，常用发电机网络的常用发电机网络的 平均额定相电压平均额定相电压 来代替，
70、即表示为来代替，即表示为 。 流经故障点的接地电流也与流经故障点的接地电流也与 成正比，因此当故障点位于发电机出线端子成正比，因此当故障点位于发电机出线端子附近时，附近时， =1，接地电流最大，其值为，接地电流最大，其值为 。 发电机定子绕组单相接地故障电流的允许值，应采用制造厂的规定值，如发电机定子绕组单相接地故障电流的允许值，应采用制造厂的规定值，如无规定值时，可参照表无规定值时，可参照表7-1所列的数据。所列的数据。 当发电机内部单相接地时，流经发电机零序电流互感器当发电机内部单相接地时，流经发电机零序电流互感器TA0一次侧的零序一次侧的零序电流为发电机以外电压网络的对地电容电流电流为发
71、电机以外电压网络的对地电容电流 ，如图，如图7.7(b)所示。而所示。而当发电机外部单相接地时，如图当发电机外部单相接地时，如图7.8所示，流过所示，流过TA0的零序电流为发电机本身的的零序电流为发电机本身的对地电容电流。对地电容电流。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1.40第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.40 发电机内部单相接地时，实际上无法直接获得故障点的零序电压，而只能发电机内部单相接地时，实际上无法直接获得故障点的零序电压，而只能借助于机端的电压互感器来进行测量。由图借助于机端的电压互感器来进行测量。由图7.7可见，当忽略各相电流在发电机可见
72、，当忽略各相电流在发电机内阻抗上的压降时，机端各相的对地电压应分别为内阻抗上的压降时，机端各相的对地电压应分别为 (7-13)图图7.8 发电机外部单相接地的零序等效网络图发电机外部单相接地的零序等效网络图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1.41第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.41其相量关系如其相量关系如图7.9所示。所示。图7.9 发电机内部单相接地时的机端电压相量图由此可得机端的零序电压为由此可得机端的零序电压为 (7-14) 和故障点的零序和故障点的零序电压相等。相等。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1.42第第7
73、7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.427.4 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7.4.2 利用零序电流构成的定子接地保护利用零序电流构成的定子接地保护 对直接连接在母线上的发电机，当发电机电压网络的接地电容电流大于表对直接连接在母线上的发电机，当发电机电压网络的接地电容电流大于表7-1的允许值时，不论该网络是否装有消弧线圈，均应装设动作于跳闸的接地保的允许值时，不论该网络是否装有消弧线圈，均应装设动作于跳闸的接地保护。当接地电容电流小于允许值时，则装设作用于信号的接地保护。护。当接地电容电流小于允许值时，则装设作用于信号的接地保护。 在实现接地保护时，应做到当一次侧的
74、接地电流在实现接地保护时，应做到当一次侧的接地电流(即零序电流即零序电流)大于允许值大于允许值时即动作于跳闸，因此，就对保护所用的零序电流互感器提出了很高的要求。一时即动作于跳闸，因此，就对保护所用的零序电流互感器提出了很高的要求。一方面是正常运行时，在三相对称负荷电流方面是正常运行时，在三相对称负荷电流(常达数千安常达数千安)的作用下，在二次侧的不的作用下，在二次侧的不平衡输出应该很小，另一方面是接地故障时，在很小的零序电流作用下，在二次平衡输出应该很小，另一方面是接地故障时，在很小的零序电流作用下，在二次侧应有足够大的功率输出，以使保护装置能够动作。侧应有足够大的功率输出，以使保护装置能够
75、动作。 零序电流互感器的等效回路如图零序电流互感器的等效回路如图7.10所示所示(各参数均折合到二次侧各参数均折合到二次侧)，其中，其中 为一次绕组的漏抗，为一次绕组的漏抗， 为励磁阻抗，为励磁阻抗， 代表二次绕组的漏抗和所接继电器阻抗代表二次绕组的漏抗和所接继电器阻抗之和。当一次电流之和。当一次电流 一定时，电流互感器的输出功率为一定时，电流互感器的输出功率为 (7-15)1.43第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.437.4 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 输出最大功率的条件应为输出最大功率的条件应为 = 0，解此方程式得，解此方程式得 ，因此，最大功，因
76、此，最大功率为率为 (7-16) 由此可见，尽量提高零序电流互感器的励磁阻抗，然后设计选取继电器的由此可见，尽量提高零序电流互感器的励磁阻抗，然后设计选取继电器的阻抗，使阻抗，使 ，就可以提高保护的灵敏度。，就可以提高保护的灵敏度。图图7.10 零序电流互感器的等效回路图零序电流互感器的等效回路图1.44第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.447.4 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 目前我国采用的是用优质高磁导率硅钢片做成的零序电流互感器，其磁化目前我国采用的是用优质高磁导率硅钢片做成的零序电流互感器，其磁化曲线起始部分的磁导率很高，因而在很小的一次电流作用下
77、，就具有较高的励曲线起始部分的磁导率很高，因而在很小的一次电流作用下，就具有较高的励磁阻抗和二次输出功率，能满足保护灵敏性的要求，而结构并不复杂。随着静磁阻抗和二次输出功率，能满足保护灵敏性的要求，而结构并不复杂。随着静态继电器的广泛使用，这一问题将能得到更好的解决。态继电器的广泛使用，这一问题将能得到更好的解决。接于零序电流互感器上的发电机零序电流保护，其整定值的选择原则如下：接于零序电流互感器上的发电机零序电流保护，其整定值的选择原则如下： (1) 躲过外部单相接地时，发电机本身的电容电流以及由于零序电流互感器躲过外部单相接地时，发电机本身的电容电流以及由于零序电流互感器一次侧三相导线排列
78、不对称，而在二次侧引起的不平衡电流。一次侧三相导线排列不对称，而在二次侧引起的不平衡电流。 (2) 保护装置的一次动作电流应小于表保护装置的一次动作电流应小于表7-1规定的允许值。规定的允许值。 (3) 为防止外部相间短路产生的不平衡电流引起接地保护误动作，应在相间为防止外部相间短路产生的不平衡电流引起接地保护误动作，应在相间保护动作时将接地保护闭锁。保护动作时将接地保护闭锁。 (4) 保护装置一般带有保护装置一般带有1 s2 s的时限，以躲过外部单相接地瞬间，发电机的时限，以躲过外部单相接地瞬间，发电机暂态电容电流暂态电容电流(其数值远较稳态时的其数值远较稳态时的 )的影响。因为，如果不带时
79、限，的影响。因为，如果不带时限，则保护装置的启动电流就必须按照大于发电机的暂态电容电流来整定。则保护装置的启动电流就必须按照大于发电机的暂态电容电流来整定。 当发电机定子绕组的中性点附近接地时，由于接地电流很小，保护将不能当发电机定子绕组的中性点附近接地时，由于接地电流很小，保护将不能启动，因此零序电流保护不可避免地存在一定的死区。为了减小死区的范围，启动，因此零序电流保护不可避免地存在一定的死区。为了减小死区的范围，就应该在满足发电机外部接地时动作选择性的前提下，尽量降低保护的启动电就应该在满足发电机外部接地时动作选择性的前提下，尽量降低保护的启动电流。流。1.45第第7 7章章 发电机继电
80、保护发电机继电保护1.457.4 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7.4.3 利用零序电压构成的定子接地保护利用零序电压构成的定子接地保护(用于发电机变压器组用于发电机变压器组) 一般大、中型发电机在电力系统中大都采用发电机变压器组的接线方式，一般大、中型发电机在电力系统中大都采用发电机变压器组的接线方式，在这在这 种情况下，发电机电压网络中，只有发电机本身、连接发电机与变压器的种情况下，发电机电压网络中，只有发电机本身、连接发电机与变压器的电缆以及变压器对地电容电缆以及变压器对地电容(分别以分别以 、 、 表示表示)，其分布如图，其分布如图7.11所示。当所示。当发电机单
81、相接地后，接地电容电流一般小于允许值。对于大容量的发电机变压发电机单相接地后，接地电容电流一般小于允许值。对于大容量的发电机变压器组，若接地后的电容电流大于允许值，则可在发电机电压网络中装设消弧线器组，若接地后的电容电流大于允许值，则可在发电机电压网络中装设消弧线圈予以补偿。由于上述三项电容电流的数值基本上不受系统运行方式变化的影圈予以补偿。由于上述三项电容电流的数值基本上不受系统运行方式变化的影响，因此，装设消弧线圈后，可以将接地电流补偿到很小的数值。在上述两种响，因此，装设消弧线圈后，可以将接地电流补偿到很小的数值。在上述两种情况下，均可装设作用于信号的接地保护。情况下，均可装设作用于信号
82、的接地保护。1.46第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.467.4 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图图7.11 发电机电压系统的对地电容分布图发电机电压系统的对地电容分布图1.47第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.477.4 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 发电机在正常运行时，发电机相电压中含有三次谐波，因此，在机端电压发电机在正常运行时，发电机相电压中含有三次谐波，因此，在机端电压互感器接成开口三角形的一侧也有三次谐波电压输出，此外，当变压器高压侧互感器接成开口三角形的一侧也有三次谐波电压输出，此外，当变压器高压侧发生接地
83、故障时，由于变压器高、低压绕组之间有电容存在，因此，在发电机发生接地故障时，由于变压器高、低压绕组之间有电容存在，因此，在发电机机端会产生零序电压。为了保证动作的选择性，保护装置的整定值应躲过正常机端会产生零序电压。为了保证动作的选择性，保护装置的整定值应躲过正常运行时的不平衡电压运行时的不平衡电压(包括三次谐波电压包括三次谐波电压)，以及变压器高压侧接地时在发电机，以及变压器高压侧接地时在发电机机端产生的零序电压。根据运行经验，继电器的启动电压一般整定为机端产生的零序电压。根据运行经验，继电器的启动电压一般整定为15V30V左右。左右。 按以上条件的整定保护，由于整定值较高，因此，当中性点附
84、近发生接地按以上条件的整定保护，由于整定值较高，因此，当中性点附近发生接地时，保护装置不能动作，因而出现死区。为了减小死区，可采取如下措施来降时，保护装置不能动作，因而出现死区。为了减小死区，可采取如下措施来降低启动电压。低启动电压。 (1) 加装三次谐波带阻过滤器。加装三次谐波带阻过滤器。 (2) 对于高压侧中性点直接接地电网，利用保护装置的延时来躲过高压侧对于高压侧中性点直接接地电网，利用保护装置的延时来躲过高压侧的接地故障。的接地故障。 (3) 在高压侧中性点非直接接地电网中，利用高压侧的零序电压将发电机接在高压侧中性点非直接接地电网中，利用高压侧的零序电压将发电机接地保护闭锁或利用它对
85、保护实现制动。地保护闭锁或利用它对保护实现制动。采取以上措施后，零序电压保护范围虽然有所提高，但在中性点附近接地时仍采取以上措施后，零序电压保护范围虽然有所提高，但在中性点附近接地时仍然有一定的死区。然有一定的死区。1.48第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.48 由以上可见，利用零序电流和零序电压构成的接地保护，对定子绕组都不由以上可见，利用零序电流和零序电压构成的接地保护，对定子绕组都不能达到能达到100%的保护范围。对于大容量的机组而言，由于振动较大而产生的机械的保护范围。对于大容量的机组而言，由于振动较大而产生的机械损伤或发生漏水损伤或发生漏水(指水内冷的发电机指水内冷的发
86、电机)等原因，都可能使靠近中性点附近的绕组等原因，都可能使靠近中性点附近的绕组发生接地故障。如果这种故障不能及时发现，则一种可能是进一步发展成匝间发生接地故障。如果这种故障不能及时发现，则一种可能是进一步发展成匝间或相间短路；另一种可能是如果又在其他地方发生接地，则形成两点接地短路。或相间短路；另一种可能是如果又在其他地方发生接地，则形成两点接地短路。这两种结果都会造成发电机严重损坏，因此，对大型发电机组，特别是定子绕这两种结果都会造成发电机严重损坏，因此，对大型发电机组，特别是定子绕组用水内冷的机组，应装设能反应组用水内冷的机组，应装设能反应100%定子绕组的接地保护。定子绕组的接地保护。
87、目前，目前，100%定子接地保护装置一般由两部分组成，第一部分是零序电压保定子接地保护装置一般由两部分组成，第一部分是零序电压保护，如上述它能保护定子绕组的护，如上述它能保护定子绕组的85%以上，第二部分保护则用来消除零序电压以上，第二部分保护则用来消除零序电压保护不能保护的死区。为提高可靠性，两部分的保护区应相互重叠。构成第二保护不能保护的死区。为提高可靠性，两部分的保护区应相互重叠。构成第二部分保护的方案主要有：部分保护的方案主要有： (1) 发电机中性点加固定的工频偏移电压，其值为额定相电压的发电机中性点加固定的工频偏移电压，其值为额定相电压的10%15%。当发电机定子绕组接地时，利用此
88、偏移电压来加大故障点的电流。当发电机定子绕组接地时，利用此偏移电压来加大故障点的电流(其值限制在其值限制在10A25A左右左右)，接地保护即反应于这个电流而动作，使发电机跳闸。，接地保护即反应于这个电流而动作，使发电机跳闸。 (2) 附加直流或低频附加直流或低频(20Hz或或50Hz)电源，通过发电机端的电压互感器将其电源，通过发电机端的电压互感器将其电流注入发电机定子绕组，当定子绕组接地时，保护装置将反应于此注入电流电流注入发电机定子绕组，当定子绕组接地时，保护装置将反应于此注入电流的增大而动作。的增大而动作。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1.49第第7 7章章
89、 发电机继电保护发电机继电保护1.49 (3) 利用发电机固有的三次谐波电势，以发电机中性点侧和机端侧三次谐波利用发电机固有的三次谐波电势，以发电机中性点侧和机端侧三次谐波电压比值的变化，或比值和方向的变化，来作为保护动作的判据。电压比值的变化，或比值和方向的变化，来作为保护动作的判据。 以上方案中，有些本身就具有保护区达以上方案中，有些本身就具有保护区达100%的性能，此时可利用零序电压的性能，此时可利用零序电压作为后备，以进一步提高可靠性。作为后备，以进一步提高可靠性。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1.50第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.507
90、.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1.51第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.517.4 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7.4.4 利用三次谐波电压构成利用三次谐波电压构成100%的定子绕组单相接地保护的定子绕组单相接地保护 1. 发电机三次谐波电动势的分布特点发电机三次谐波电动势的分布特点 由于发电机气隙磁通密度的非正弦分布和铁磁饱和的影响，在定子绕组中由于发电机气隙磁通密度的非正弦分布和铁磁饱和的影响，在定子绕组中感应的电动势除基波分量外，还含有高次谐波分量。其中三次谐波电动势虽然感应的电动势除基波分量外，还含有高次谐波分量。其中三
91、次谐波电动势虽然在线电动势中可以将它消除，但在相电动势中依然存在。因此，每台发电机总在线电动势中可以将它消除，但在相电动势中依然存在。因此，每台发电机总有约百分之几的三次谐波电动势。有约百分之几的三次谐波电动势。 如果把发电机的对地电容等效地看作集中在发电机的中性点如果把发电机的对地电容等效地看作集中在发电机的中性点N和机端和机端S，且每相的电容大小为且每相的电容大小为 ，并将发电机端引出线、升压变压器、厂用变压器，并将发电机端引出线、升压变压器、厂用变压器及电压互感器等设备的每相对地电容及电压互感器等设备的每相对地电容 也等效地放在机端，并设三次谐波电也等效地放在机端，并设三次谐波电动势为动
92、势为 ，则正常运行时的等效网络如图，则正常运行时的等效网络如图7.12所示，由此可算出中性点及机端所示，由此可算出中性点及机端的三次谐波电压分别为的三次谐波电压分别为图图7.12 发电机三次谐波电动势和对地电容的等值电路图发电机三次谐波电动势和对地电容的等值电路图1.52第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.52 (7-17) (7-18)此时，机端三次谐波电压与中性点三次谐波电压之比为此时，机端三次谐波电压与中性点三次谐波电压之比为 1 (7-19) 由式由式(7-19)可见，在正常运行时，发电机中性点侧的三次谐波电压总可见，在正常运行时，发电机中性点侧的三次谐波电压总是大于发电机
93、端的三次谐波电压。极限情况是发电机出线端开路是大于发电机端的三次谐波电压。极限情况是发电机出线端开路( )时，时， 。 当发电机中性点经消弧线圈接地时，其等效电路如图当发电机中性点经消弧线圈接地时，其等效电路如图7.13所示，设基所示，设基波电容电流得到全部补偿，则波电容电流得到全部补偿，则 (7-20)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1.53第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.53图图7.13 发电机中性点接消弧线圈时，三次谐波电动势及对地电容的等值电路图发电机中性点接消弧线圈时，三次谐波电动势及对地电容的等值电路图此时发电机中性点侧对三次谐波的等值电
94、抗为此时发电机中性点侧对三次谐波的等值电抗为 (7-21)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1.54第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.54将式将式(7-20)代入式代入式(7-21)整理后得整理后得 (7-22)发电机端对三次谐波的等值电抗为发电机端对三次谐波的等值电抗为 (7-23)因此，发电机端三次谐波电压和中性点三次谐波电压之比为因此，发电机端三次谐波电压和中性点三次谐波电压之比为 (7-24)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1.55第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.55 上式表明，接入消弧线圈以后，中性点
95、的三次谐波电压在正常运行时比机上式表明，接入消弧线圈以后，中性点的三次谐波电压在正常运行时比机端三次谐波电压更大。在发电机出线端开路时，端三次谐波电压更大。在发电机出线端开路时， ，则，则 (7-25) 在正常运行情况下，尽管发电机的三次谐波电动势在正常运行情况下，尽管发电机的三次谐波电动势E3随着发电机的结构及随着发电机的结构及运行状况而改变，但是其机端三次谐波电压与中性点三次谐波电压的比值总是运行状况而改变，但是其机端三次谐波电压与中性点三次谐波电压的比值总是符合以上关系的。符合以上关系的。 当发电机定子绕组发生金属性单相短路时，设接地发生在距中性当发电机定子绕组发生金属性单相短路时，设接
96、地发生在距中性 点处，点处，其等值电路如图其等值电路如图7.14所示。此时不论发电机中性点是否接有消弧线圈，恒有所示。此时不论发电机中性点是否接有消弧线圈，恒有 (7-26)则则 (7-27)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1.56第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.56 、 随随 变化的关系如图变化的关系如图7.15所示。当所示。当 50%时，恒有时，恒有 。图图7.14 发电机内部单相接地时，三次谐波电动势分布等值电路图发电机内部单相接地时，三次谐波电动势分布等值电路图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1.57第第7 7章章
97、 发电机继电保护发电机继电保护1.57图图7.15 、 随随 变化的曲线变化的曲线 因此，如果利用机端三次谐波电压作为动作量，用中性点侧三次谐波电压因此，如果利用机端三次谐波电压作为动作量，用中性点侧三次谐波电压作为制动量来构成接地保护，且当作为制动量来构成接地保护，且当 时为保护的动作条件，则在正常运时为保护的动作条件，则在正常运行时保护不可能动作，而当中性点附近发生接地时，则具有很高的灵敏性。利用行时保护不可能动作，而当中性点附近发生接地时，则具有很高的灵敏性。利用这种原理构成的接地保护，可以反应定子绕组中性点侧约这种原理构成的接地保护，可以反应定子绕组中性点侧约50%范围以内的接地故范围
98、以内的接地故障。障。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1.58第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.587.4 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 2. 反应三次谐波电压比值和基波零序电压组合而成的反应三次谐波电压比值和基波零序电压组合而成的100%定子接地保护定子接地保护 原理接线如图原理接线如图7.16所示。图中所示。图中 和和 分别表示从发电机端和中性点侧电分别表示从发电机端和中性点侧电压互感器二次侧所取出的交流电压，以输入保护装置。压互感器二次侧所取出的交流电压，以输入保护装置。图图7.16 反应三次谐波电压比值和基波零序电压反应三
99、次谐波电压比值和基波零序电压3 的的100%定子接地保护原理接线图定子接地保护原理接线图1.59第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.597.4 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 反应于三次谐波电压比值而动作的保护部分如下：由电抗互感器反应于三次谐波电压比值而动作的保护部分如下：由电抗互感器TX1、TX2的一次线圈分别与电容的一次线圈分别与电容C1、C2组成三次谐波串联谐振回路，由电感组成三次谐波串联谐振回路，由电感 L1、L2分分别与电容别与电容C3、C4组成组成50Hz串联谐振回路。当有三次谐波电压输入时，在每个串联谐振回路。当有三次谐波电压输入时，在每个电抗
100、互感器的一次侧回路中，由于三次谐波的感抗和容抗互相抵消只剩下回路电抗互感器的一次侧回路中，由于三次谐波的感抗和容抗互相抵消只剩下回路的电阻，因此，虽然的电阻，因此，虽然 和和 的输入电压很小，但也能产生较大的电流，因的输入电压很小，但也能产生较大的电流，因而在二次侧就有较大的电压输出。当有基波零序电压输入时，由于电抗互感器而在二次侧就有较大的电压输出。当有基波零序电压输入时，由于电抗互感器一次侧回路对它呈现很大的阻抗，而且在二次侧还接有对一次侧回路对它呈现很大的阻抗，而且在二次侧还接有对50Hz串联谐振的滤波串联谐振的滤波回路，因此，二次侧也仅有很小的电压输出。这样，由回路，因此，二次侧也仅有
101、很小的电压输出。这样，由TX1的二次输出电压正的二次输出电压正比于发电机端三次谐波电压比于发电机端三次谐波电压 ， TX2的二次输出电压正比于发电机中性点三的二次输出电压正比于发电机中性点三次谐波电压次谐波电压 ，将这两个电压信号经整流滤波后，用环流法接线进行幅值比，将这两个电压信号经整流滤波后，用环流法接线进行幅值比较，则较，则a、b两点间的电压为两点间的电压为 (7-28)1.60第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.607.4 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 当当 0时，执行回路动作。调节电位器时，执行回路动作。调节电位器 便可改变保护的整定值。便可改变保
102、护的整定值。 如上所述，利用三次谐波电压构成的接地保护可以反应发电机绕组中如上所述，利用三次谐波电压构成的接地保护可以反应发电机绕组中 50%范围内的单相接地故障，且当故障点愈接近中性点，保护的灵敏性愈高；范围内的单相接地故障，且当故障点愈接近中性点，保护的灵敏性愈高；而利用基波零序电压构成的保护，则可以反应而利用基波零序电压构成的保护，则可以反应 15%以上范围的单相接地保以上范围的单相接地保护，且当故障点愈接近发电机出线端时，保护的灵敏性愈高。因此，利用三次护，且当故障点愈接近发电机出线端时，保护的灵敏性愈高。因此，利用三次谐波电压比值和基波零序电压的组合，构成了谐波电压比值和基波零序电压
103、的组合，构成了100%的定子绕组接地保护。的定子绕组接地保护。1.61第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.617.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护7.5.1 发电机失磁运行的后果发电机失磁运行的后果 发电机失磁是指发电机的励磁突然全部或部分消失。引起失磁的主要原因发电机失磁是指发电机的励磁突然全部或部分消失。引起失磁的主要原因有：转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、半导体励磁系统中某有：转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、半导体励磁系统中某些元件损坏或回路发生故障以及误操作等。些元件损坏或回路发生故障以及误操作等。 当发电机完全失去励磁时，励磁电流将逐渐衰减
104、至零。由于发电机的感应当发电机完全失去励磁时，励磁电流将逐渐衰减至零。由于发电机的感应电动势随着励磁电流的减小而减小，因此，其电磁转矩也将小于原动机的转矩，电动势随着励磁电流的减小而减小，因此，其电磁转矩也将小于原动机的转矩，因而引起转子加速，使发电机的功角因而引起转子加速，使发电机的功角 增大。增大。 当超过静态稳定极限角时，发当超过静态稳定极限角时，发电机与系统失步。发电机失磁后将从电力系统中吸收感性无功功率，供给转子电机与系统失步。发电机失磁后将从电力系统中吸收感性无功功率，供给转子励磁电流，在定子绕组中感应出电动势。在发电机超过同步转速后，转子回路励磁电流，在定子绕组中感应出电动势。在
105、发电机超过同步转速后，转子回路中将感应出频率为中将感应出频率为 - (其中其中 为对应发电机转速的频率，为对应发电机转速的频率， 为系统频率为系统频率)的电流，此电流产生异步制动转矩。当异步转矩与原动机转矩达到新的平衡时，的电流，此电流产生异步制动转矩。当异步转矩与原动机转矩达到新的平衡时，即进入稳定的异步运行。即进入稳定的异步运行。 当发电机进入异步运行时，将对电力系统和发电机产生以下影响：当发电机进入异步运行时，将对电力系统和发电机产生以下影响： (1) 需要从电力系统中吸取大量的无功功率以建立发电机的磁场。所需无功需要从电力系统中吸取大量的无功功率以建立发电机的磁场。所需无功功率的大小主
106、要取决于发电机的参数及实际运行时的转差率。汽轮发电机与水功率的大小主要取决于发电机的参数及实际运行时的转差率。汽轮发电机与水轮发电机相比，前者的同步电抗较大，所需无功功率较小。假设失磁前发电机轮发电机相比，前者的同步电抗较大，所需无功功率较小。假设失磁前发电机向系统送出无功功率向系统送出无功功率Q1，而在失磁后从系统吸收无功功率，而在失磁后从系统吸收无功功率Q2， 1.62第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.62则系统中将出现则系统中将出现Q1+Q2的无功功率缺额。失磁前带的有功功率愈大，失磁后转的无功功率缺额。失磁前带的有功功率愈大，失磁后转差就愈大，所吸收的无功功率就愈大，因此
107、，在重负荷下失磁进入异步运行后，差就愈大，所吸收的无功功率就愈大，因此，在重负荷下失磁进入异步运行后，如不采取措施，发电机将因过电流使定子过热。如不采取措施，发电机将因过电流使定子过热。 (2) 由于从电力系统中吸收无功功率将引起电力系统电压的下降，如果电力由于从电力系统中吸收无功功率将引起电力系统电压的下降，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、升压变压器高压侧母线电压或其他邻近设备的电压低于允许值，从而破坏了负荷与变压器高压侧母线电压或其他邻近设备的电压低于允许值，从而破坏了负荷与各电源间
108、的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。 (3) 失磁后发电机的转速超过同步转速，因此，在转子及励磁回路中将产生失磁后发电机的转速超过同步转速，因此，在转子及励磁回路中将产生频率为频率为 - 的交流电流，即差频电流。差频电流在转子回路中产生的损耗的交流电流，即差频电流。差频电流在转子回路中产生的损耗如果超出允许值，将使转子过热。特别是直接冷却的大型机组，其热容量的裕如果超出允许值，将使转子过热。特别是直接冷却的大型机组，其热容量的裕度相对较低，转子更易过热。而流过转子表层的差频电流，还可能使转子本体度相对较低，转子更易过热。而流过转子表层
109、的差频电流，还可能使转子本体与槽楔、护环的接触面上发生严重的局部过热。与槽楔、护环的接触面上发生严重的局部过热。 (4) 对于直接冷却的大型发电机组，其平均异步转矩的最大值较小，贯性常对于直接冷却的大型发电机组，其平均异步转矩的最大值较小，贯性常数也相对较低，转子在纵轴和横轴方向呈现较明显的不对称，使得在重负荷下数也相对较低，转子在纵轴和横轴方向呈现较明显的不对称，使得在重负荷下失磁后，这种发电机的转矩、有功功率要发生周期性摆动。这种情况下，将有失磁后，这种发电机的转矩、有功功率要发生周期性摆动。这种情况下，将有很大的电磁转矩周期性地作用在发电机轴系上，并通过定子传到机座上，引起很大的电磁转矩
110、周期性地作用在发电机轴系上，并通过定子传到机座上，引起机组振动，直接威胁着机组的安全。机组振动，直接威胁着机组的安全。7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.63第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.63 (5) 低励磁或失磁运行时，定子端部漏磁增加，将使端部和边部铁芯过热。低励磁或失磁运行时，定子端部漏磁增加，将使端部和边部铁芯过热。实际上，这一情况通常是限制发电机失磁异步运行能力的主要条件。实际上，这一情况通常是限制发电机失磁异步运行能力的主要条件。 由于汽轮发电机异步功率比较大，调速也比较灵敏，因此当超速运行后，由于汽轮发电机异步功率比较大，调速也比较灵敏，因此当超速运行后
111、，调速器立即关小汽门，使汽轮机的输出功率与发电机的异步功率很快达到平衡，调速器立即关小汽门，使汽轮机的输出功率与发电机的异步功率很快达到平衡，在转差率小于在转差率小于0.5%的情况下即可稳定运行。故汽轮发电机在很小转差下异步运的情况下即可稳定运行。故汽轮发电机在很小转差下异步运行行 一段时间原则上是完全允许的。此时，是否需要并允许异步运行，则主要取一段时间原则上是完全允许的。此时，是否需要并允许异步运行，则主要取决于电力系统的具体情况。如当电力系统的有功功率供给比较紧张，同时一台发决于电力系统的具体情况。如当电力系统的有功功率供给比较紧张，同时一台发电机失磁后，系统能够供给它所需要的无功功率，
112、并能保证电力系统的电压水平电机失磁后，系统能够供给它所需要的无功功率，并能保证电力系统的电压水平时，则失磁后就应该继续运行；反之，若系统没有能力供给失磁后发电机所需要时，则失磁后就应该继续运行；反之，若系统没有能力供给失磁后发电机所需要的无功功率，并且系统中有功功率有足够的储备，则失磁后就不应该继续运行。的无功功率，并且系统中有功功率有足够的储备，则失磁后就不应该继续运行。 对水轮发电机而言，考虑到：其异步功率较小，必须在较大的转差下对水轮发电机而言，考虑到：其异步功率较小，必须在较大的转差下(一般一般达到达到1%2%)运行，才能发出较大的功率；由于水轮机的调速器不够灵敏，时运行，才能发出较大
113、的功率；由于水轮机的调速器不够灵敏，时滞较大，甚至可能在功率尚未达到平衡以前就大大超速，从而使发电机与系统解滞较大，甚至可能在功率尚未达到平衡以前就大大超速，从而使发电机与系统解列；其同步电抗小，如果异步运行，则需要从电力系统吸收大量的无功功率；其列；其同步电抗小，如果异步运行，则需要从电力系统吸收大量的无功功率；其纵轴和横轴很不对称，异步运行时，机组振动较大等，因此水轮发电机一般不允纵轴和横轴很不对称，异步运行时，机组振动较大等，因此水轮发电机一般不允许在失磁后继续运行。许在失磁后继续运行。7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.64第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.64
114、在发电机上，尤其是在大型发电机上应装设失磁保护，以便及时发现失磁在发电机上，尤其是在大型发电机上应装设失磁保护，以便及时发现失磁故障，并采取必要的措施，如发出信号、自动减负荷、动作于跳闸等，以保证故障，并采取必要的措施，如发出信号、自动减负荷、动作于跳闸等，以保证发电机和系统的安全。发电机和系统的安全。7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.65第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.657.5.2 发电机失磁后的机端测量阻抗发电机失磁后的机端测量阻抗 发电机与无限大系统并列运行等值电路和相量图如图发电机与无限大系统并列运行等值电路和相量图如图7.17所示。图中所示。图中 为发电机
115、的同步电动势；为发电机的同步电动势； 为发电机端的相电压；为发电机端的相电压； 为无穷大系统的相电压；为无穷大系统的相电压； 为发电机的定子电流；为发电机的定子电流； 为发电机的同步电抗；为发电机的同步电抗； 为发电机与系统之间的联为发电机与系统之间的联系电抗，系电抗， ； 为受端的功率因数角；为受端的功率因数角； 为为 与与 之间的夹角之间的夹角(即即功角功角)。根据电机学，发电机送到受端的功率。根据电机学，发电机送到受端的功率 (本章规定发电机送出本章规定发电机送出感性无功功率时表示为感性无功功率时表示为 )分别为分别为 (7-29) (7-30)受端的功率因数角为受端的功率因数角为 (7
116、-31)7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.66第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.66在正常运行在正常运行时，90；一般当不考；一般当不考虑励磁励磁调节器的影响器的影响时， 90为稳定运行的极限；当定运行的极限；当90后后发电机失步。机失步。(a) 等值电路等值电路 (b) 相量图相量图图图7.17 发电机与无穷大系统并列运行发电机与无穷大系统并列运行 为了构成有效的发电机失磁保护，除了可以利用已介绍的特点外，还经常为了构成有效的发电机失磁保护，除了可以利用已介绍的特点外，还经常利用失磁发电机的机端测量阻抗变化的特点。发电机在不同的运行工况和不同利用失磁发电机的机端测量阻
117、抗变化的特点。发电机在不同的运行工况和不同的系统故障行为时，其机端测量阻抗是不同的，即在失磁情况下，处于失步前、的系统故障行为时，其机端测量阻抗是不同的，即在失磁情况下，处于失步前、临界失步点和失步后，其阻抗也有差异。临界失步点和失步后，其阻抗也有差异。7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.67第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.67 1. 失磁到失步前失磁到失步前 在此阶段中，转子电流渐渐减小，发电机的电磁功率在此阶段中，转子电流渐渐减小，发电机的电磁功率P开始减小，由于原开始减小，由于原动机所供给的机械功率还来不及减小，于是转子逐渐加速，使动机所供给的机械功率还来不及减小
118、，于是转子逐渐加速，使 与与 之间的之间的功角随之增大，功角随之增大，P又要回升。在这一阶段中，又要回升。在这一阶段中，sin 的增大与的增大与 的减小相互补的减小相互补偿，基本上保持了电磁功率不变。偿，基本上保持了电磁功率不变。与此同时，无功功率与此同时，无功功率Q将随将随 的减小和的减小和 的增大而迅速减小，按式的增大而迅速减小，按式(7-30)计算计算的的Q值将由正变为负，即发电机变为吸收感性的无功功率。值将由正变为负，即发电机变为吸收感性的无功功率。 在这一阶段中，发电机端的测量阻抗为在这一阶段中，发电机端的测量阻抗为=7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.68第第7 7章章 发
119、电机继电保护发电机继电保护1.68=(7-32) 式中式中 。 式式(7-32)中，中，Us、P、Xs均为常数，而均为常数，而Q和和 是变化的，因此机端测量阻是变化的，因此机端测量阻抗在阻抗复平面上的轨迹是一个圆，如图抗在阻抗复平面上的轨迹是一个圆，如图7.18所示。其圆心所示。其圆心 坐标为坐标为 ，半径为半径为 。图图7.18 等有功阻抗圆等有功阻抗圆7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.69第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.697.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护 由于这个圆是在某一定有功功率不变的条件下做出的，因此称为等有功阻由于这个圆是在某一定有功功率不变的条
120、件下做出的，因此称为等有功阻抗圆。由抗圆。由 式式(7-32)知，机端测量阻抗的轨迹与有功功率知，机端测量阻抗的轨迹与有功功率P有密切关系，对应不有密切关系，对应不同同 的的P值有不同的阻抗圆，且值有不同的阻抗圆，且P愈大，圆的直径越小。愈大，圆的直径越小。 发电机失磁以前，向系统送出无功功率，发电机失磁以前，向系统送出无功功率， 角为正，测量阻抗位于第一象角为正，测量阻抗位于第一象限，随着无功功率的变化，限，随着无功功率的变化， 由正值变为负值，因此测量阻抗也沿着圆周随之由正值变为负值，因此测量阻抗也沿着圆周随之由第一象限过渡到第四象限。由第一象限过渡到第四象限。 2. 临界失步点临界失步点
121、 对汽轮发电机组，当对汽轮发电机组，当 90时，发电机处于失去静态稳定的临界状态，时，发电机处于失去静态稳定的临界状态，故称为临界失步点。此时由式故称为临界失步点。此时由式(7-30)可得输送到受端的无功功率为可得输送到受端的无功功率为 (7-33) 式中，式中，Q为负值，表示临界失步时，发电机自系统吸收无功功率，且为一常为负值，表示临界失步时，发电机自系统吸收无功功率，且为一常数，故临界失步点也称为等无功点。此时机端的测量阻抗为数，故临界失步点也称为等无功点。此时机端的测量阻抗为1.70第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.707.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护= 将式将式(
122、7-33)代入并化简后得代入并化简后得1.71第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.717.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护(7-34) 由式由式(7-34)可知，发电机在输出不同的有功功率可知，发电机在输出不同的有功功率P而临界失步时，其无功而临界失步时，其无功功率功率Q恒为常数。因此，在式恒为常数。因此，在式(7-34)中，中， 为常数，因此机端测量阻抗在阻抗为常数，因此机端测量阻抗在阻抗复平面上的轨迹是一个圆，如图复平面上的轨迹是一个圆，如图7.19所示。其圆心所示。其圆心 的坐标为的坐标为 ，半径为，半径为 。这个圆称为临界失步圆，也称静稳阻抗圆或等无功阻抗。这个圆称为临
123、界失步圆，也称静稳阻抗圆或等无功阻抗圆。其圆周为发电机以不同的有功功率圆。其圆周为发电机以不同的有功功率P为临界失步时，机端测量阻抗的轨迹，为临界失步时，机端测量阻抗的轨迹，圆内为静稳破坏区。圆内为静稳破坏区。1.72第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.727.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护图图7.19 临界失步圆临界失步圆1.73第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.73 3. 失步后的异步运行阶段失步后的异步运行阶段 失步后处于异步运行的发电机，其等效电路如图失步后处于异步运行的发电机，其等效电路如图7.20所示。此时按图所示。此时按图7.17所所规定的电流正方
124、向，机端测量阻抗应为规定的电流正方向，机端测量阻抗应为(7-35)图图7.20 异步电机等效图异步电机等效图7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.74第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.74 当发电机空载运行失磁时，转差当发电机空载运行失磁时，转差s0， ，此时机端的测量阻抗为最，此时机端的测量阻抗为最大，即大，即 (7-36) 当发电机在其他运行方式下失磁时，当发电机在其他运行方式下失磁时， 将随转差率的增大而减小，并位于将随转差率的增大而减小，并位于第四象限。极限情况是当第四象限。极限情况是当 时，时， ， 趋近于零，趋近于零， 的数值最小。的数值最小。此时有此时有 (7
125、-37) 综上所述，当发电机失磁前在过激状态下运行时，其机端测量阻抗位于复综上所述，当发电机失磁前在过激状态下运行时，其机端测量阻抗位于复平面的第一象限，如图平面的第一象限，如图7.21中的中的a或或a点，失磁以后，测量阻抗沿等有功阻抗圆向点，失磁以后，测量阻抗沿等有功阻抗圆向第四象限移动。当它与静稳阻抗圆第四象限移动。当它与静稳阻抗圆(等无功阻抗圆等无功阻抗圆)相交时相交时(b或或b点点)，表示机组运，表示机组运行处于静稳定的极限。越过行处于静稳定的极限。越过b或或b点以后，转入异步运行，最后稳定运行于点以后，转入异步运行，最后稳定运行于c或或c点，此时平均异步功率与调节后的原动机输入功率相
126、平衡。点，此时平均异步功率与调节后的原动机输入功率相平衡。7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.75第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.75a b c 为P1较大大时的的轨迹迹 为 P2较小小时的的轨迹迹图7.21 7.21 发电机机端机机端测量阻抗在失磁后的量阻抗在失磁后的变化化轨迹迹a b c 为7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.76第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.76 4. 其他情况下的机端测量阻抗其他情况下的机端测量阻抗 为了便于和失磁情况下的机端测量阻抗为了便于和失磁情况下的机端测量阻抗(见图见图7.22中的中的4点点)进行比较，现对进行比
127、较，现对发电机在其他几种运行情况下的机端测量阻抗进行如下说明。发电机在其他几种运行情况下的机端测量阻抗进行如下说明。 1) 发电机正常运行时发电机正常运行时 可分三种情况，即正常可分三种情况，即正常(滞相滞相)、低励、低励(进相进相)、无功功率为零。、无功功率为零。 正常运行时，发电机向外输送有功和无功功率时，其机端测量阻抗正常运行时，发电机向外输送有功和无功功率时，其机端测量阻抗 位于位于第一象限，如图第一象限，如图7.22中的中的1点所示，它与点所示，它与R轴的夹角轴的夹角 为发电机运行时的功率因为发电机运行时的功率因数角。数角。 无功功率为零时，即发电机只输送有功功率时，测量阻抗位于无功
128、功率为零时，即发电机只输送有功功率时，测量阻抗位于R轴的轴的2点。点。 低励运行时，发电机向外输送有功，从电网吸收一部分无功功率，但仍保低励运行时，发电机向外输送有功，从电网吸收一部分无功功率，但仍保持同步并列运行，此时，测量阻抗位于第四象限的持同步并列运行，此时，测量阻抗位于第四象限的3点。点。7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.77第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.77图图7.22 发电机在各种运行情况下的机端测量阻抗发电机在各种运行情况下的机端测量阻抗7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.78第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.78 2) 发电机外
129、部故障时发电机外部故障时 当采用当采用0接线时，故障相测量阻抗位于第一象限，其大小和相位正比于短接线时，故障相测量阻抗位于第一象限，其大小和相位正比于短路点到保护安装处间的阻抗路点到保护安装处间的阻抗(见图见图7.22的的5点点)。如继电器接于非故障相，则测量。如继电器接于非故障相，则测量阻抗的大小和相位需经具体分析后确定。阻抗的大小和相位需经具体分析后确定。 3) 同期并列运行时同期并列运行时 在发电机接近于额定转速，不加励磁而投入断路器的瞬间，与发电机空载在发电机接近于额定转速，不加励磁而投入断路器的瞬间，与发电机空载运行时发生失磁的情况实质上是一样的。但由于自同步并列的方式是在断路器投运
130、行时发生失磁的情况实质上是一样的。但由于自同步并列的方式是在断路器投入后立即给发电机加上励磁，因此，发电机无励磁运行的时间极短。对此情况，入后立即给发电机加上励磁，因此，发电机无励磁运行的时间极短。对此情况，应该采取措施，防止失磁保护的误动作。应该采取措施，防止失磁保护的误动作。 4) 系统振荡时系统振荡时 根据图根据图7.17的等值电路和振荡对保护影响的分析，当假定机端母线为无穷的等值电路和振荡对保护影响的分析，当假定机端母线为无穷大母线时，即认为大母线时，即认为 时，振荡中心位于时，振荡中心位于 处。当处。当 0时，振荡中心即时，振荡中心即位于位于 处，此时，机端测量阻抗的轨迹沿直线处，此
131、时，机端测量阻抗的轨迹沿直线 变化，如图变化，如图7.23所示。当所示。当 180时，测量阻抗的最小值时，测量阻抗的最小值 。7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.79第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.79图图7.23 系统振荡时机端测量阻抗的变化轨迹系统振荡时机端测量阻抗的变化轨迹 据此，可构成以机端测量阻抗变化轨迹为判据的发电机失磁保护，其依据据此，可构成以机端测量阻抗变化轨迹为判据的发电机失磁保护，其依据为正常时或其他情况下，测量阻抗将位于第一象限，而发生失磁故障后，机端测为正常时或其他情况下，测量阻抗将位于第一象限，而发生失磁故障后，机端测量阻抗将位于第四象限。量阻
132、抗将位于第四象限。7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.80第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.807.5.3 发电机失磁保护的辅助判据发电机失磁保护的辅助判据 以静稳定边界或异步边界作为判据的失磁阻抗继电器能够鉴别正常运行与失以静稳定边界或异步边界作为判据的失磁阻抗继电器能够鉴别正常运行与失磁故障。但是，在发电机外部短路、系统振荡、长线路充电、自同期并列及电压磁故障。但是，在发电机外部短路、系统振荡、长线路充电、自同期并列及电压回路断线等，失磁继电器可能误动作。因此，必须利用其他特征量作为辅助判据。回路断线等，失磁继电器可能误动作。因此，必须利用其他特征量作为辅助判据。增设
133、辅助元件，才能保证保护的选择性。在失磁保护中，常用的辅助判据和闭锁增设辅助元件，才能保证保护的选择性。在失磁保护中，常用的辅助判据和闭锁措施如下：措施如下： (1) 当发电机失磁时，励磁电压下降。在外部短路、系统振荡过程中，励磁直当发电机失磁时，励磁电压下降。在外部短路、系统振荡过程中，励磁直流电压不会下降，反而因为强行励磁作用而上升。但是，在系统振荡、外部短路流电压不会下降，反而因为强行励磁作用而上升。但是，在系统振荡、外部短路的过程中，励磁回路会出现交变分量电压，它叠加于直流电压之上，使励磁回路的过程中，励磁回路会出现交变分量电压，它叠加于直流电压之上，使励磁回路电压有时过零。此外，在失磁
134、后的异步运行过程中，励磁回路还会产生较大的感电压有时过零。此外，在失磁后的异步运行过程中，励磁回路还会产生较大的感应电压。由此可见，励磁电压是一个多变的参数，通常把它的变化作为失磁保护应电压。由此可见，励磁电压是一个多变的参数，通常把它的变化作为失磁保护的辅助判据。的辅助判据。 (2) 发生失磁故障时，三相定子回路的电压、电流是对称的，没有负序分量。发生失磁故障时，三相定子回路的电压、电流是对称的，没有负序分量。在短路或短路引起的振荡过程中，总会短时或整个过程中出现负序分量。因此，在短路或短路引起的振荡过程中，总会短时或整个过程中出现负序分量。因此，可以利用负序分量作为辅助判据，防止失磁保护在
135、短路或短路伴随振荡的过程中可以利用负序分量作为辅助判据，防止失磁保护在短路或短路伴随振荡的过程中误动。误动。7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.81第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.81 (3) 系统振荡过程中，机端测量阻抗的轨迹只可能短时穿过失磁继电器的动系统振荡过程中，机端测量阻抗的轨迹只可能短时穿过失磁继电器的动作区，而不会长时间停留在动作区。因此，失磁保护带有延时可以躲过振荡的影作区，而不会长时间停留在动作区。因此，失磁保护带有延时可以躲过振荡的影响。响。 自同期过程是失磁的逆过程。当合上出口断路器后，机端测量阻抗的端点位自同期过程是失磁的逆过程。当合上出口断路器
136、后，机端测量阻抗的端点位于异步阻抗边界以内，不论采用哪种整定条件，都使失磁继电器误动作。随着转于异步阻抗边界以内，不论采用哪种整定条件，都使失磁继电器误动作。随着转差的下降及同步转矩的增长，逐步退出动作区，最后进入复平面的第一象限，继差的下降及同步转矩的增长，逐步退出动作区，最后进入复平面的第一象限，继电器返回。自同期属于正常操作过程，因而，可以采取在自同期过程中把失磁保电器返回。自同期属于正常操作过程，因而，可以采取在自同期过程中把失磁保护装置解除的办法来防止它误动作。护装置解除的办法来防止它误动作。 电压回路断线时，加于继电器上的电压大小和相位发生变化，可能引起失磁电压回路断线时，加于继电
137、器上的电压大小和相位发生变化，可能引起失磁保护误动作。由于电压回路断线后三相电压失去平衡，利用这一特点构成断相闭保护误动作。由于电压回路断线后三相电压失去平衡，利用这一特点构成断相闭锁元件，对失磁保护闭锁。锁元件，对失磁保护闭锁。7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.82第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.827.5.4 失磁保护的构成方式失磁保护的构成方式 失磁保护应能正确反应发电机的失磁故障，而在发电机外部故障、系统振荡、失磁保护应能正确反应发电机的失磁故障，而在发电机外部故障、系统振荡、发电机自同步并列及发电机低励磁发电机自同步并列及发电机低励磁(同步同步)运行时均不误
138、动。根据发电机容量和励运行时均不误动。根据发电机容量和励磁方式的不同，失磁保护的方式有以下两种。磁方式的不同，失磁保护的方式有以下两种。 对于容量在对于容量在100MW以下的带直流励磁机的水轮发电机和不允许失磁运行的以下的带直流励磁机的水轮发电机和不允许失磁运行的汽轮发电机，一般是利用转子回路励磁开关的辅助触点连锁跳开发电机的断路器。汽轮发电机，一般是利用转子回路励磁开关的辅助触点连锁跳开发电机的断路器。这种失磁保护只能反应由于励磁开关跳开所引起的失磁，因此，是不完善的。这种失磁保护只能反应由于励磁开关跳开所引起的失磁，因此，是不完善的。对于容量在对于容量在100MW以上的发电机和采用半导体励
139、磁的发电机，一般采用根据发电以上的发电机和采用半导体励磁的发电机，一般采用根据发电机失磁后定子回路参数变化的特点构成失磁保护。机失磁后定子回路参数变化的特点构成失磁保护。 失磁保护可以根据多种原理来构成，这里仅介绍一种根据机端测量阻抗的变失磁保护可以根据多种原理来构成，这里仅介绍一种根据机端测量阻抗的变化，构成的失磁保护。图化，构成的失磁保护。图7.24给出了一种失磁保护的原理接线图。给出了一种失磁保护的原理接线图。 图中，图中，KZ为失磁保护的阻抗继电器，为失磁保护的阻抗继电器，KBB为电压回路断线闭锁继电器，其为电压回路断线闭锁继电器，其作用是防止电压回路断线时阻抗继电器误动。作用是防止电
140、压回路断线时阻抗继电器误动。KBB的动断触点和阻抗继电器的动的动断触点和阻抗继电器的动合触点串联，当电压回路断线时，动断触点打开，断开保护的正电源，从而启动合触点串联，当电压回路断线时，动断触点打开，断开保护的正电源，从而启动断线闭锁作用。断线闭锁作用。KT为时间继电器，时限为为时间继电器，时限为1s2s，以防止保护在系统振荡或自同，以防止保护在系统振荡或自同期并列时误动。期并列时误动。7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.83第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.83图图7.24 发电机失磁保护原理接线图发电机失磁保护原理接线图7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护1.84
141、第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.847.6 发电机的其他保护发电机的其他保护发电机除前几节介绍的保护外，有些大型发电机还具有以下保护。发电机除前几节介绍的保护外，有些大型发电机还具有以下保护。1.85第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.857.6.1 发电机逆功率保护发电机逆功率保护 汽轮发电机运行中，由于各种原因关闭汽门后，发电机将从系统吸收能量汽轮发电机运行中，由于各种原因关闭汽门后，发电机将从系统吸收能量变为电动机运行。汽轮机在其主汽门关闭后，转子和叶片的旋转会引起风损。变为电动机运行。汽轮机在其主汽门关闭后，转子和叶片的旋转会引起风损。风损和转子叶轮直径及叶
142、片长度有关，因而在汽轮机的排汽端风损最大，风损风损和转子叶轮直径及叶片长度有关，因而在汽轮机的排汽端风损最大，风损还与周围蒸汽密度成正比，一旦机组失去真空，使排出蒸汽的密度增大，风损还与周围蒸汽密度成正比，一旦机组失去真空，使排出蒸汽的密度增大，风损将急剧增加；当在再热式机组的主蒸汽阀门与再热蒸汽截止阀之间留有高密度将急剧增加；当在再热式机组的主蒸汽阀门与再热蒸汽截止阀之间留有高密度蒸汽，高压缸中的风损也是很大的。因为逆功率运行时，没有蒸汽流过汽轮机，蒸汽，高压缸中的风损也是很大的。因为逆功率运行时，没有蒸汽流过汽轮机，由风损造成的热量不能被带走，汽轮机叶片将过热以致损坏。由风损造成的热量不能
143、被带走，汽轮机叶片将过热以致损坏。 发电机变电动机运行时，燃气轮机可能有齿轮损坏问题。为了及时发现发发电机变电动机运行时，燃气轮机可能有齿轮损坏问题。为了及时发现发电机逆功率运行的异常工作状况，欧洲一些国家，不论大、中型机组，一般都电机逆功率运行的异常工作状况，欧洲一些国家，不论大、中型机组，一般都装设逆功率保护。我国行业标准规定，对发电机变电动机运行的异常运行方式，装设逆功率保护。我国行业标准规定，对发电机变电动机运行的异常运行方式，200MW及以上的汽轮发电机，宜装设逆功率保护，对燃气轮发电机，应装设逆及以上的汽轮发电机，宜装设逆功率保护，对燃气轮发电机，应装设逆功率保护。保护装置由灵敏的
144、功率继电器构成，带时限动作于信号，经长时限功率保护。保护装置由灵敏的功率继电器构成，带时限动作于信号，经长时限动作于解列。动作于解列。 逆功率继电器最小动作功率逆功率继电器最小动作功率(即灵敏系数即灵敏系数)，应保证发电机逆功率运行出现，应保证发电机逆功率运行出现最不利情况时有足够的灵敏系数。最不利情况时有足够的灵敏系数。7.6 发电机的其他保护发电机的其他保护1.86第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.86 当主汽门关闭后，发电机有功功率下降并变到某一负值。发电机的有功损当主汽门关闭后，发电机有功功率下降并变到某一负值。发电机的有功损耗一般为额定值的耗一般为额定值的1%1.5%，
145、而汽轮机的损耗与真空度及其他因素有关，一般，而汽轮机的损耗与真空度及其他因素有关，一般约为额定值的约为额定值的3%4%，有些还要大些。因此，发电机变为电动机运行后，从，有些还要大些。因此，发电机变为电动机运行后，从电力系统中吸收的有功功率稳态值约为额定值的电力系统中吸收的有功功率稳态值约为额定值的4%5.5%，而最大暂态值可达，而最大暂态值可达额定值的额定值的10%左右。当主汽门有一定的泄漏时，实际逆向功率比上述值要小一左右。当主汽门有一定的泄漏时，实际逆向功率比上述值要小一些。些。 主汽门关闭，可能在无功功率为任意值时发生，对逆功率继电器而言，最主汽门关闭，可能在无功功率为任意值时发生，对逆
146、功率继电器而言，最不利情况是在接近额定千乏数时，此时要在不利情况是在接近额定千乏数时，此时要在0的条件下检测出千分之几到百分的条件下检测出千分之几到百分之几额定值的有功功率来，而且希望从进相运行到滞后运行是有一定难度的。之几额定值的有功功率来，而且希望从进相运行到滞后运行是有一定难度的。逆功率继电器的最小动作功率一般在时为额定功率的逆功率继电器的最小动作功率一般在时为额定功率的0.5%1%。在无功功率较。在无功功率较大时，逆功率继电器的灵敏系数较无功功率小时低。大时，逆功率继电器的灵敏系数较无功功率小时低。7.6 发电机的其他保护发电机的其他保护1.87第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电
147、保护1.877.6.2 发电机低频保护发电机低频保护 发电机输出的有功功率和频率成正比。当频率低于额定值时，发电机输出发电机输出的有功功率和频率成正比。当频率低于额定值时，发电机输出的有功功率也随之降低。在低频运行时，发电机如果过负荷，将会导致发电机的的有功功率也随之降低。在低频运行时，发电机如果过负荷，将会导致发电机的热损伤。但是限制汽轮发电机低频运行的决定因素是汽轮机而不是发电机。只要热损伤。但是限制汽轮发电机低频运行的决定因素是汽轮机而不是发电机。只要在额定视在容量和额定电压的在额定视在容量和额定电压的105%以内，并在汽轮机的允许超频率限值内运行，以内，并在汽轮机的允许超频率限值内运行
148、，发电机就不会有热损伤的问题。发电机就不会有热损伤的问题。 当发电机运行频率升高或降低到规定值时，汽轮机的叶片将发生谐振，叶当发电机运行频率升高或降低到规定值时，汽轮机的叶片将发生谐振，叶片承受很大的谐振应力，使材料疲劳，达到材料不允许的程度时，叶片或拉金就片承受很大的谐振应力，使材料疲劳，达到材料不允许的程度时，叶片或拉金就会断裂，造成严重事故。材料的疲劳是一个不可逆的积累过程，因此，汽轮机都会断裂，造成严重事故。材料的疲劳是一个不可逆的积累过程，因此，汽轮机都给出在规定的频率下允许的累计运行时间。给出在规定的频率下允许的累计运行时间。 极端的低频运行还会威胁厂用电的安全。火电厂和核电厂的电
149、动给水泵和极端的低频运行还会威胁厂用电的安全。火电厂和核电厂的电动给水泵和冷却泵受频率影响很大，严重时可能造成紧急停机；频率过高则可能导致锅炉的冷却泵受频率影响很大，严重时可能造成紧急停机；频率过高则可能导致锅炉的主燃料系统的关闭或核反应堆的紧急停堆。主燃料系统的关闭或核反应堆的紧急停堆。 频率异常保护本应包括反应频率升高部分和频率下降部分，因此，从对汽频率异常保护本应包括反应频率升高部分和频率下降部分，因此，从对汽轮机叶片及其拉金影响的积累作用方面看，频率升高对汽轮机的安全是有危害的。轮机叶片及其拉金影响的积累作用方面看，频率升高对汽轮机的安全是有危害的。但由于一般汽轮机允许的超速范围较小，
150、通过各机组的调速系统或切除部分机组但由于一般汽轮机允许的超速范围较小，通过各机组的调速系统或切除部分机组等措施，可以迅速使频率恢复到额定值。且频率升高大多在轻负载或空载时发生，等措施，可以迅速使频率恢复到额定值。且频率升高大多在轻负载或空载时发生，此时汽轮机叶片和拉金所承受的应力要比满载时小得多，为了简化保护装置，故此时汽轮机叶片和拉金所承受的应力要比满载时小得多，为了简化保护装置，故不设置反应频率升高部分，而只设置低频部分。不设置反应频率升高部分，而只设置低频部分。7.6 发电机的其他保护发电机的其他保护1.88第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.887.6.3 过电压保护过电压
151、保护 对于中、小型汽轮发电机，一般都不装设过电压保护，但是对于对于中、小型汽轮发电机，一般都不装设过电压保护，但是对于200MW及以及以上的汽轮发电机都要求装设过电压保护。其原因是由于大型发电机定子电压等级较上的汽轮发电机都要求装设过电压保护。其原因是由于大型发电机定子电压等级较高，相对绝缘裕度较低，且在运行实践中，经常出现过电压的现象。高，相对绝缘裕度较低，且在运行实践中，经常出现过电压的现象。 在正常运行中，尽管汽轮发电机的调速系统和自动励磁调节装置都投入运行，在正常运行中，尽管汽轮发电机的调速系统和自动励磁调节装置都投入运行，但当满负荷下突然甩负荷时，电枢反应突然消失，由于调速系统和自动
152、励磁调节装但当满负荷下突然甩负荷时，电枢反应突然消失，由于调速系统和自动励磁调节装置都存在有惯性，转速仍然上升，励磁电流不能突变，使得发电机电压在短时间内置都存在有惯性，转速仍然上升，励磁电流不能突变，使得发电机电压在短时间内能达到额定电压的能达到额定电压的 1.3倍倍1.5倍，持续时间达几秒之久。如果这时自动励倍，持续时间达几秒之久。如果这时自动励 磁调磁调节装置在退出位置，当甩负荷时，过电压持续时间将更长。节装置在退出位置，当甩负荷时，过电压持续时间将更长。 发电机主绝缘工频耐压一般为发电机主绝缘工频耐压一般为1.3倍额定电压，且持续倍额定电压，且持续60s，而实际运行中出，而实际运行中出
153、现的过电压值和持续时间往往超过这个数值，因此，这将对发电机主绝缘构成威胁。现的过电压值和持续时间往往超过这个数值，因此，这将对发电机主绝缘构成威胁。鉴于这些原因，国内外对大型发电机都装设过电压保护。鉴于这些原因，国内外对大型发电机都装设过电压保护。 目前大型机组的过电压保护采用以下几种形式。目前大型机组的过电压保护采用以下几种形式。 1. 一段式定时限过电压保护一段式定时限过电压保护 根据整定电压大小而取相应的延时，然后动作于信号或跳闸。根据整定电压大小而取相应的延时，然后动作于信号或跳闸。 2. 两段式定时限过电压保护两段式定时限过电压保护7.6 发电机的其他保护发电机的其他保护1.89第第
154、7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.89 I段动作电压整定值按在长期允许的最高电压下能可靠返回的条件确定，经段动作电压整定值按在长期允许的最高电压下能可靠返回的条件确定，经延时动作于信号。延时动作于信号。II段的动作电压取较高的整定值，按允许的时间动作于跳闸。段的动作电压取较高的整定值，按允许的时间动作于跳闸。 3. 定时限和反时限过电压保护定时限和反时限过电压保护 定时限部分取较低的整定值，动作于信号。反时限部分的动作特性，按发定时限部分取较低的整定值，动作于信号。反时限部分的动作特性，按发电机允许的过电压能力确定。对于给定的电压值，经相应的时间动作于跳闸。电机允许的过电压能力确定。
155、对于给定的电压值，经相应的时间动作于跳闸。 如某厂进口如某厂进口500MW汽轮发电机过电压保护为两段：汽轮发电机过电压保护为两段：I段动作电压整定为段动作电压整定为1.2倍额倍额定电压，经定电压，经2s发信号；发信号；II段的动作电压整定为段的动作电压整定为1.3倍额定电压，倍额定电压，0s跳闸。跳闸。7.6 发电机的其他保护发电机的其他保护1.90第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.907.6.4 失步保护失步保护 当电力系统发生诸如负荷突变、短路等破坏能量平衡的事故时，往往会引起当电力系统发生诸如负荷突变、短路等破坏能量平衡的事故时，往往会引起不稳定振荡，使一台或多台发电机失去
156、同步，进而使电网中两个或更多的部分不不稳定振荡，使一台或多台发电机失去同步，进而使电网中两个或更多的部分不再运行于同步状态，这种情况称失步。失步时，发电机的励磁仍然维持，但已处再运行于同步状态，这种情况称失步。失步时，发电机的励磁仍然维持，但已处于非同步运行。这种状态表现为有功功率和无功功率的强烈摆动。于非同步运行。这种状态表现为有功功率和无功功率的强烈摆动。 发电机失步振荡时，振荡电流的幅值可以和机端三相短路电流相比，且振荡发电机失步振荡时，振荡电流的幅值可以和机端三相短路电流相比，且振荡电流在较长时间反复出现，对大机组造成动、热稳定性的损伤。振荡过程中出现电流在较长时间反复出现，对大机组造
157、成动、热稳定性的损伤。振荡过程中出现的扭转转矩，周期性地作用于机组轴系，使大轴扭伤，缩短运行寿命。的扭转转矩，周期性地作用于机组轴系，使大轴扭伤，缩短运行寿命。 基于失步对大型汽轮发电机造成的上述危害，国标规定，对基于失步对大型汽轮发电机造成的上述危害，国标规定，对300MW及以上及以上的机组，宜装设失步保护。保护可以采用由双阻抗元件或测量振荡中心电压及变的机组，宜装设失步保护。保护可以采用由双阻抗元件或测量振荡中心电压及变化率等原理实现。在短路故障、系统稳定振荡、电压回路断线等情况下保护不应化率等原理实现。在短路故障、系统稳定振荡、电压回路断线等情况下保护不应该动作。保护通常动作于信号，当振
158、荡中心位于发电机变压器组内部，失步运行该动作。保护通常动作于信号，当振荡中心位于发电机变压器组内部，失步运行时间超过整定值或电流振荡次数超过规定值时，保护应动作于解列。时间超过整定值或电流振荡次数超过规定值时，保护应动作于解列。 由于系统振荡时，当两侧电动势夹角为由于系统振荡时，当两侧电动势夹角为180时，发电机变压器组的断路器断时，发电机变压器组的断路器断口电压将为两电动势之和，远大于断路器的额定电压，此时断路器能开断的电流口电压将为两电动势之和，远大于断路器的额定电压，此时断路器能开断的电流将小于额定开断电流。因此，失步保护在必要时，还应装设电流闭锁装置，以保将小于额定开断电流。因此，失步
159、保护在必要时，还应装设电流闭锁装置，以保证断路器开断时的电流不超过断路器额定失步开断电流。证断路器开断时的电流不超过断路器额定失步开断电流。7.6 发电机的其他保护发电机的其他保护1.91第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.91思考题与习题思考题与习题 7.1 发电机的纵差保护和变压器差动保护相比有何异同？发电机的纵差保护和变压器差动保护相比有何异同？ 7.2 发电机定子接地故障时，只有数值不大的电容电流，为什么保护还要发电机定子接地故障时，只有数值不大的电容电流，为什么保护还要动作于跳闸？动作于跳闸？ 7.3 大容量发电机为什么要采用大容量发电机为什么要采用100%定子接地保护？
160、利用发电机定子绕组定子接地保护？利用发电机定子绕组三次谐波电压和零序电压构成的三次谐波电压和零序电压构成的100%定子接地保护的原理是什么？定子接地保护的原理是什么？ 7.4 发电机相间短路后设备保护中，其电流互感器为什么要装在中性点侧发电机相间短路后设备保护中，其电流互感器为什么要装在中性点侧？ 7.5 发电机定子绕组中流过负序电流有什么危害？如何减小或避免这种危发电机定子绕组中流过负序电流有什么危害？如何减小或避免这种危害？害？ 7.6 能否只用无功功率改变方向作为发电机失磁保护的判据？能否只用无功功率改变方向作为发电机失磁保护的判据？ 7.7 失磁是否一定失步？失步是否一定失磁？失磁是否一定失步？失步是否一定失磁？ 7.8 使用无功功率改变方向、机端测量阻抗进入临界失步圆和机端测量阻使用无功功率改变方向、机端测量阻抗进入临界失步圆和机端测量阻抗进入容性阻抗特性圆构成的发电机失磁保护判据有何优缺点？抗进入容性阻抗特性圆构成的发电机失磁保护判据有何优缺点？ 7.9 发电机需配备哪些类型的保护，简述各种保护的功能。发电机需配备哪些类型的保护，简述各种保护的功能。 7.10 为什么要安装发电机的逆功率保护，过电压保护及过励磁保护？为什么要安装发电机的逆功率保护，过电压保护及过励磁保护？
