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1、发电机保护发电机保护一、发电机故障及其保护配置一、发电机故障及其保护配置（一）发电机的故障和异常运行状态（一）发电机的故障和异常运行状态1 1发电机的故障：发电机的故障：定子绕组及引出线相间短路定子绕组及引出线相间短路定子绕组单相匝间短路和分支开焊定子绕组单相匝间短路和分支开焊定子绕组单相接地定子绕组单相接地转子绕组一点或两点接地转子绕组一点或两点接地励磁回路励磁电流消失励磁回路励磁电流消失2 2发电机异常运行状态发电机异常运行状态 外部相间短路引起的定子绕组过电流外部相间短路引起的定子绕组过电流 外部不对称短路或不对称负荷引起的负序过外部不对称短路或不对称负荷引起的负序过 电流和负序过负荷电
2、流和负序过负荷 定子绕组三相对称过负荷定子绕组三相对称过负荷突然甩负荷引起的定子绕组过电压突然甩负荷引起的定子绕组过电压 励磁回路故障或强励时间太长引起的转子绕励磁回路故障或强励时间太长引起的转子绕 组过负荷组过负荷汽轮机主气门突然关闭引起的发电机逆功率汽轮机主气门突然关闭引起的发电机逆功率（二）发电机的保护配置（二）发电机的保护配置（与容量相关与容量相关） 1.1.定子绕组及其引出线相间短路保护定子绕组及其引出线相间短路保护 纵联差动保护是发电机的主保护纵联差动保护是发电机的主保护1MW1MW以上的发电机应装设纵联差动保护以上的发电机应装设纵联差动保护 发变组发变组当当发发电电机机与与变变压
3、压器器之之间间有有断断路路器器时时，设设单单独独 的的纵纵差保护差保护 当发电机与变压器之间没有断路器时当发电机与变压器之间没有断路器时100MW100MW以下的发电机，设发变组共用纵差以下的发电机，设发变组共用纵差100MW100MW以以上上的的发发电电机机设设单单独独的的纵纵差差保保护护，与与发发变变组共用纵差构成双重主保护组共用纵差构成双重主保护2.2.定子绕组单相接地短路保护定子绕组单相接地短路保护 接地电容电流接地电容电流 5A , 5A , 动作于跳闸动作于跳闸接地电容电流接地电容电流 5A , 5A , 动作于信号动作于信号100MW100MW及以上发电机，设保护区为及以上发电机
4、，设保护区为100%100%的单相接地短路保护的单相接地短路保护3.3. 定子绕组单相匝间短路定子绕组单相匝间短路对有六个引出端的双绕组发电机，应设对有六个引出端的双绕组发电机，应设置简单、灵敏的单元件横差保护置简单、灵敏的单元件横差保护4. 4. 发电机外部故障引起的定子过流发电机外部故障引起的定子过流(1)(1)过流保护过流保护用于用于1WM1WM以下的小容量发电机保护以下的小容量发电机保护(2)(2)复压启动的过流保护复压启动的过流保护用于过流保护灵敏度不足的发电机保护用于过流保护灵敏度不足的发电机保护(3)(3)负序过电流及单相低电压起动的过流保护负序过电流及单相低电压起动的过流保护用
5、于用于用于用于50WM50WM及以上的发电机保护及以上的发电机保护5. 5. 发电机的其它保护发电机的其它保护定子绕组过负荷定子绕组过负荷/ /过电压过电压发电机失磁保护发电机失磁保护 发电机失步保护发电机失步保护 二、发电机纵差二、发电机纵差/ /横差保护横差保护（一）不带制动的纵差保护（一）不带制动的纵差保护1.1.保护动作值整定保护动作值整定(1).(1).正常运行时正常运行时,LH,LH二次回路断线时保护不误动二次回路断线时保护不误动 I Iopop= K= KrelrelI Igngn/n/nL LI Ign gn ：发电机额定电流：发电机额定电流K Krelrel：可靠系数，取：可
6、靠系数，取 K Krel rel =1.3=1.3为防止在为防止在LHLH二次回路断线、同时区外故障导致保二次回路断线、同时区外故障导致保护误动，另需设置护误动，另需设置LHLH二次回路断线监视装置发出二次回路断线监视装置发出告警信号告警信号, ,由运行人员退出保护由运行人员退出保护 I Iopop= 0.2I= 0.2Ign gn ( (躲开正常运行时的不平衡电流躲开正常运行时的不平衡电流) )(2).(2).躲开外部短路时的最大不平衡电流躲开外部短路时的最大不平衡电流 I Iopop= K= KrelrelI Iunb.max unb.max = K= KkelkelK KererK Ka
7、papK KccccI Id.maxd.maxK Krelrel：可靠系数可靠系数，取取 K Krel rel = =1.31.3K Kapap：非周期分量影响系数。非周期分量影响系数。 使用使用BLHBLH时，时， K Kapap = =1 1，否则，否则 K Kapap = =1.31.3 1.51.5K Kcccc:LH:LH同型系数。发电机差动采用同型同型系数。发电机差动采用同型LHLH， K Kcccc= 0.5(= 0.5(相对误差相对误差5%5%) )K Kerer= = 0.1:0.1:满足满足10%10%误差曲线要求时误差曲线要求时LHLH最大最大误差误差I Id.maxd.
8、max: :取外部短路取外部短路K K(3)(3)，Z Zs.mins.min时计算时计算按条件按条件(2(2）整定，有：）整定，有： I Iopop= = （0.40.4 0.6)I0.6)Igngn 动作更灵敏；但动作更灵敏；但LHLH二次回路断线、同时区外故障将二次回路断线、同时区外故障将导致保护误动导致保护误动I Iopop I22I Id.mind.min为内部故障时流过保护的最小短路电流为内部故障时流过保护的最小短路电流校验条件校验条件（1 1）发电机与系统并列运行前，机端两相短路）发电机与系统并列运行前，机端两相短路 故障：故障： 发电机单独供给的短路电流发电机单独供给的短路电流
9、（2 2）发电机无励磁、与最小运行方式的系统自）发电机无励磁、与最小运行方式的系统自 同期并列时机端两相短路故障：同期并列时机端两相短路故障： 系统单独供给的短路电流系统单独供给的短路电流（二）带制动的纵差保护（二）带制动的纵差保护一定满足灵敏度要求，一定满足灵敏度要求，无需校验无需校验(1)(1)最小动作电流大于正常运行时最大不平衡电流最小动作电流大于正常运行时最大不平衡电流 I Iop.0op.0= = （0.10.1 0.2)I0.2)Ign gn (2)(2)制动特性拐点对应的制动制动特性拐点对应的制动电流电流 I Ires.0res.0= I= Igngn (3)(3)制动系数制动系
10、数 I Iop.maxop.max= K= KkelkelK KererK KapapK KccccI Id.maxd.max I Ires.maxres.max= I= Iunb.maxunb.max K Kres res = I= Iop.max op.max / I/ Ires.max res.max = K= KkelkelK KererK KapapK Kcc cc ( (推荐取推荐取0.3)0.3)(4)(4)斜率斜率 S= (IS= (Iop.max op.max I Iop.0op.0)/ (I)/ (Ires.max - res.max - I Ires.0res.0) )（
11、三）定子绕组匝间短路的保护（三）定子绕组匝间短路的保护1.1.横差保护横差保护大大容容量量发发电电机机额额定定电电流流很很大大，各各相相以以两两个个绕绕组组( (或更多绕组或更多绕组) )并联工作并联工作同同相相同同绕绕组组或或同同相相不不同同绕绕组组匝匝间间短短路路时时，两两绕绕组组的电势不再相等的电势不再相等绕绕组组电电势势差差将将在在绕绕组组内内产产生生很很大大环环流流而而不不被被纵纵差差保护反应保护反应对对有有六六个个引引出出端端的的双双绕绕组组发发电电机机，应应设设置置简简单单、灵敏的单元件横差保护灵敏的单元件横差保护(1)(1)利用两绕组电流之差即可构成三元件横差保护利用两绕组电流
12、之差即可构成三元件横差保护三元件横差保护接线复杂，可靠性低三元件横差保护接线复杂，可靠性低(2)(2)单元件横差保护单元件横差保护将一半绕组与另一半绕组的三相电流和比较将一半绕组与另一半绕组的三相电流和比较各种单相匝间短路各种单相匝间短路 时，通过两组绕组时，通过两组绕组 的中性点连接线构的中性点连接线构 成短路环流通路成短路环流通路也可反应定子绕组也可反应定子绕组 相间不对称短路：相间不对称短路： 相间短路时，一般相间短路时，一般 两组绕组三相不对两组绕组三相不对 称，可形成环流称，可形成环流发电机正常运行和外部短路时，有较大三次谐发电机正常运行和外部短路时，有较大三次谐波不平衡电流通过中性
13、点连接线，需滤波处理波不平衡电流通过中性点连接线，需滤波处理转子永久性两点接地时气隙磁通畸变，也有较转子永久性两点接地时气隙磁通畸变，也有较大不平衡电流通过中性点连接线，可使横差误大不平衡电流通过中性点连接线，可使横差误动动畸变气隙磁通导致发电机异常震动，需转子永畸变气隙磁通导致发电机异常震动，需转子永久性两点接地保护动作跳闸，因此不闭锁横差久性两点接地保护动作跳闸，因此不闭锁横差保护保护为防止转子瞬时两点接地时横差误动，在转子为防止转子瞬时两点接地时横差误动，在转子一点接地后，横差切换至一点接地后，横差切换至0.50.5 1s1s延时跳闸回路延时跳闸回路整定计算整定计算当单元件横差保护使用的
14、三次谐波滤过器滤当单元件横差保护使用的三次谐波滤过器滤除三次谐波的滤过比大于或等于除三次谐波的滤过比大于或等于15时，动作时，动作电流初设可选为电流初设可选为Iop.0=(0.20.3)Ign对使用对使用LMZ型型LH且三次谐波滤过器滤除三且三次谐波滤过器滤除三次谐波的滤过比大于或等于次谐波的滤过比大于或等于80的高灵敏单元的高灵敏单元件横差保护，动作电流初设可选为件横差保护，动作电流初设可选为Iop.0=0.05Ign实际整定按躲过外部故障最大三相短路电流实际整定按躲过外部故障最大三相短路电流时的基波和三次谐波不平衡电流计算：时的基波和三次谐波不平衡电流计算：(2)(2)转子二次谐波电流保护
15、转子二次谐波电流保护( (负序功率方向闭锁负序功率方向闭锁) ) 用于有三个引出端的单绕组发电机：横差无效用于有三个引出端的单绕组发电机：横差无效定子绕组部分绕组匝间定子绕组部分绕组匝间( (或相间或相间) )短路出现负序电短路出现负序电流分量，气隙必有负序流分量，气隙必有负序( (逆转逆转) )磁场磁场, , 在转子绕组在转子绕组中感应出二次谐波电流，以此起动保护跳闸中感应出二次谐波电流，以此起动保护跳闸 增设负序功率方向闭锁，防止外部故障误动增设负序功率方向闭锁，防止外部故障误动当当发发电电机机内内部部不不对对称称短短路路时时，故故障障点点负负序序电电压压最大，负序功率由发电机流出最大，负
16、序功率由发电机流出当当外外部部不不对对称称运运行行或或短短路路时时，负负序序功功率率流流入入发发电机，将保护闭锁电机，将保护闭锁整整定定：动动作作电电流流大大于于正正常常运运行行允允许许的的定定子子绕绕组组最最大负序电流大负序电流(5(5 8%)I8%)Igngn对应的转子二次谐波电流对应的转子二次谐波电流三三、发电机定子绕组发电机定子绕组单相接地短路的保护单相接地短路的保护根据安全要求，发电机的外壳接地根据安全要求，发电机的外壳接地定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比较普遍，且接地电流为电容电流较普遍，且接地电流为电容电流接地电流能在故障点引起电弧
17、时，将使绕组的接地电流能在故障点引起电弧时，将使绕组的绝缘和定子铁心损坏，也容易发展成相间短路，绝缘和定子铁心损坏，也容易发展成相间短路，造成更大的危害造成更大的危害当接地电容电流等于或大于允许值时，应装设当接地电容电流等于或大于允许值时，应装设动作于跳闸的接地保护动作于跳闸的接地保护当接地电流小于允许值时，当接地电流小于允许值时，般装设作用于信般装设作用于信号的接地保护号的接地保护 （一）定子绕组单相接地短路的特点（一）定子绕组单相接地短路的特点发电机中性点采用不接地或经消弧线圈接地方式，发电机中性点采用不接地或经消弧线圈接地方式，单相接地短路电流为三相对地电容电流之和单相接地短路电流为三相
18、对地电容电流之和接地点对地零序电压与接地点位置有关接地点对地零序电压与接地点位置有关设：设：A A相绕组中性点到接地点间的短路匝数与相绕组中性点到接地点间的短路匝数与A A相绕组匝数比为相绕组匝数比为 ，接地点各相电压为：接地点各相电压为：U UADAD= = E EA A E EA A=0=0U UBDBD= = E EB B E EA AU UCDCD= = E EC C E EA AU Ud0d0= = （U UADAD+ U+ UBD BD + U+ UBDBD) / 3 = ) / 3 = E EA A考虑发电机内部对地电容为考虑发电机内部对地电容为C C0f0f，外部对地电容，外部
19、对地电容为为C C0l0l，则电流分布如图所示，则电流分布如图所示作出零序等效网络作出零序等效网络, ,求得求得 3I3I0f0f = j3 = j3 C C0f0fU Ud0d0 3I 3I0 0l l = j3 = j3 C C0 0l lU Ud0d0 I Id0d0 = = j3 j3 (C(C0f0f+C+C0l0l)U)Ud0d0发电机内部故障发电机内部故障流过流过LHLH0 0的电流为的电流为3I3I0 0l l发电机外部故障发电机外部故障流过流过LHLH0 0的电流为的电流为3I3I0f0f 接地电流比较大、超过允许值时，应使发电机接地电流比较大、超过允许值时，应使发电机中性点
20、经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地电感电流补偿使电感电流补偿使I Id0d0降低降低 I Id0d0 = j (1/ = j (1/ L)L) 3 3 (C(C0 0l l+ +C C0 0l l) U) Ud0d0根据发电机工作方式选择保护方式根据发电机工作方式选择保护方式发电机直接连接在电压母线上发电机直接连接在电压母线上与发电机直接联系的元件较多，与发电机直接联系的元件较多，C C0 0l l较大较大3I3I0 0l l较大，可用零序电流保护跳闸较大，可用零序电流保护跳闸发电机发电机变压器单元接线变压器单元接线无其它与发电机无其它与发电机直接直接联系的元件，联系的元件，C C0 0l l
21、较小较小3I3I0 0l l较小，可用零序电压保护动作于信号较小，可用零序电压保护动作于信号（二）零序电流保护（二）零序电流保护C C0l0l C C0f 0f ，内部故障时，内部故障时，3I3I0l0l 3I 3I0f 0f ，动作灵敏，动作灵敏正常运行时，一次侧电流很大，正常运行时，一次侧电流很大，LHLH0 0不平衡电流很不平衡电流很大，应使用特别设计的大，应使用特别设计的LHLH0 0整定：整定：(1)(1)躲躲过过外外部部单单相相接接地地时时，发发电电机机本本身身的的电电容容电电流流以以及及由由于于零零序序电电流流互互感感器器一一次次侧侧三三相相导导线线排排列列不不对对称在二次侧引起
22、的不平衡电流称在二次侧引起的不平衡电流(2)(2)为防止外部相间短路产生的不平衡电流引起接地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，在相间保护动作时保护闭锁保护误动作，在相间保护动作时保护闭锁 (3)(3)保保护护装装置置带带有有l l2s2s的的时时限限，以以躲躲开开外外部部单单相相接接地瞬间发电机暂态地瞬间发电机暂态( (大于稳态大于稳态) )电容电流的影响电容电流的影响（三）零序电压保护（三）零序电压保护当接地电流小于允许值时，当接地电流小于允许值时，般装设作用于信号般装设作用于信号的零序电压接地保护的零序电压接地保护整定：整定：(1)(1)躲过正常运行时躲过正常运行时P
23、TPT开口开口 三次谐波不平衡电压三次谐波不平衡电压(2)(2)躲躲过过外外部部接接地地短短路路时时产产生生的的零零序序电电压压经经变变压压器器绕组分布电容藕合到发电机侧的零序电压绕组分布电容藕合到发电机侧的零序电压提高动作灵敏度措施提高动作灵敏度措施采用三次谐波滤波器采用三次谐波滤波器延时躲开外部接地短路故障时的延时躲开外部接地短路故障时的零序电压零序电压（四）无死区（四）无死区100%100%定子绕组接地短路的保护定子绕组接地短路的保护零序分量构成的定子绕组接地保护存在动作死零序分量构成的定子绕组接地保护存在动作死区：区： 较小时较小时零序分量保护不能动作（保护范零序分量保护不能动作（保护
24、范围小于围小于85%85%）死区内故障可使接地故障发展为匝间、相间故死区内故障可使接地故障发展为匝间、相间故障，严重损坏发电机障，严重损坏发电机需使用无死区需使用无死区100%100%定子绕组接地短路的保护定子绕组接地短路的保护类型类型附加信号电源（需附加信号电源，略）附加信号电源（需附加信号电源，略）增加三次谐波电压保护增加三次谐波电压保护三次谐波电压保护三次谐波电压保护正常运行时，发电机含三次谐波电压正常运行时，发电机含三次谐波电压以等效电路分析三次谐波电压分布情况以等效电路分析三次谐波电压分布情况正常运行时三次谐波电压正常运行时三次谐波电压 分布（不带消弧线圈）分布（不带消弧线圈）类似分
25、析类似分析带消弧线圈时三次谐波电压分布情况带消弧线圈时三次谐波电压分布情况当单相接地、当单相接地、短路匝数与绕组匝数比为短路匝数与绕组匝数比为 时，无时，无论有无消弧线圈，都有论有无消弧线圈，都有 U UN3 N3 = = E E3 3 U Ul3l3 = (1= (1 )E)E3 3 U Ul3 l3 / / U UN3N3 = (1 = (1 ) / ) / 当当 50% 0| 0 为为 50% 0| 0选择适当选择适当 k kp p，正常运行时使（，正常运行时使（U UN3 N3 k kp pU Ul3l3） 0 0选择选择 1 1（减少制动量减少制动量），有），有正常运行时正常运行时
26、K 0 ,K 0 , K 0 , 保护灵敏动作保护灵敏动作100%100%定子绕组接地短路的保护定子绕组接地短路的保护四四、定子、转子绕组的电流保护、定子、转子绕组的电流保护包括：包括：定子、转子绕组过负荷保护定子、转子绕组过负荷保护发电机的负序过电流保护发电机的负序过电流保护对于大容量发电机，由于热容量降低，过负荷对于大容量发电机，由于热容量降低，过负荷能力下降，需考虑反时限动作特性：能力下降，需考虑反时限动作特性： 动作时间与故障电流成反比动作时间与故障电流成反比（一）定子、转子绕组过负荷保护（一）定子、转子绕组过负荷保护（1 1）中小机组：单相定时限过电流保护）中小机组：单相定时限过电流
27、保护 （2 2）大型机组：）大型机组：发电机的热容量显著下降，过负荷能力随之下降发电机的热容量显著下降，过负荷能力随之下降发发电电机机过过电电流流倍倍数数越越大大，允允许许运运行行时时间间越越短短：过过负荷能力具有反时限特性负荷能力具有反时限特性应使用具有反时限特性的过负荷保护应使用具有反时限特性的过负荷保护 t = K/(I/It = K/(I/Igngn) )2 2(1+(1+ ) ) K:K:与发电机热容量相关的常数与发电机热容量相关的常数 =0.01=0.01 0.02,0.02,修正系数修正系数（二）（二） 发电机的负序过电流保护发电机的负序过电流保护不不对对称称负负荷荷或或短短路路
28、时时，在在定定子子绕绕组组中中出出现现负负序电流序电流对对应应的的负负序序旋旋转转磁磁场场相相对对转转子子为为2 2倍倍同同步步转转速，使转子绕组、铁芯感应倍频电流速，使转子绕组、铁芯感应倍频电流 铁铁芯芯电电流流密密度度大大的的转转子子端端部部、护护环环等等部部位位局局部灼伤，使转子表层过热部灼伤，使转子表层过热倍频电磁转矩同时引起倍频电磁转矩同时引起100Hz100Hz的机械震动的机械震动负负序序过过电电流流保保护护实实际际是是发发电电机机转转子子表表层层过过热热保护保护（1 1）发电机的过热时间常数）发电机的过热时间常数负序过电流时，发电机允许的发热量正比与过负序过电流时，发电机允许的发
29、热量正比与过热时间常数热时间常数A A (I (I2*2*) )2 2 t =(I t =(I2 2/I/Igngn) )2 2 t = A t = A发电机的过热时间常数与发电机类型和冷却方发电机的过热时间常数与发电机类型和冷却方式相关式相关过热时间常数参考值过热时间常数参考值凸极发电机：凸极发电机： A=40A=40气冷隐极发电机：气冷隐极发电机：A=30A=30直冷汽轮发电机：直冷汽轮发电机：A=6A=6 15 15 （100100 300MW) 300MW) A=4 (600MW) A=4 (600MW)(2)(2)负序过电流保护负序过电流保护作转子表层过热主保护作转子表层过热主保护如
30、果复压过流保护在作相邻元件后备时灵敏度如果复压过流保护在作相邻元件后备时灵敏度不满足要求，也以负序过电流保护作相邻元件不满足要求，也以负序过电流保护作相邻元件后备后备动作时间不能与相邻元件保护配合，直接采用动作时间不能与相邻元件保护配合，直接采用 以过热时间常数表达的反时间特性以过热时间常数表达的反时间特性t = A / (It = A / (I2*2*) )2 2(0.8I(0.8I2 2 * *) ) I I2 2 * * = I = I2 2 / / I Igngn 为发电机长期允许的负序电流标么值，一般为为发电机长期允许的负序电流标么值，一般为 0.050.05 0.080.08五五、
31、发电机的失磁保护发电机的失磁保护失磁：发电机的励磁部分或全部消失失磁：发电机的励磁部分或全部消失大中型发电机发生部分或全部失磁的异常运行大中型发电机发生部分或全部失磁的异常运行 状态超过总事故次数的状态超过总事故次数的50% 50% 故障原因故障原因转子绕组故障转子绕组故障励磁机故障励磁机故障灭磁开关误跳闸灭磁开关误跳闸运行人员误操作运行人员误操作（一）发电机失磁运行及其后果（一）发电机失磁运行及其后果图示系统中发电机的功角特性为：图示系统中发电机的功角特性为：转子运动方程为转子运动方程为P PT T、P P、P Pacac分别为原动机功率、发电机电磁功率分别为原动机功率、发电机电磁功率及发电
32、机异步功率及发电机异步功率正常运行时正常运行时发电机电势为发电机电势为E Ed1d1 , , 发电机、系统电势差为发电机、系统电势差为 1 1P PT T = P , = P , 1 1 90 900 0P Pacac=0 , =0 , 发电机发电机 处于稳定同步运行状态处于稳定同步运行状态失磁开始，失步前（失磁开始，失步前（ 90 90 900 0 后，后，由系统吸收更多无功由系统吸收更多无功发电机失步运行的影响发电机失步运行的影响失步运行对系统的影响失步运行对系统的影响如果正常运行时向系统输出无功为如果正常运行时向系统输出无功为Q Q1 1，失，失步运行后由系统吸收无功为步运行后由系统吸收
33、无功为Q Q2 2，则系统出，则系统出现（现（Q Q1 1+ Q+ Q2 2）的无功缺额）的无功缺额如果系统无功不足，将引起系统电压下降，如果系统无功不足，将引起系统电压下降，负载端电容无功出力降低，出现更大无功负载端电容无功出力降低，出现更大无功缺额，甚至造成电压崩溃、系统瓦解缺额，甚至造成电压崩溃、系统瓦解失步运行对发电机的影响失步运行对发电机的影响失步运行时，转子回路感应出较大差频电流，产失步运行时，转子回路感应出较大差频电流，产生附加温升和机振，从而危害转子的安全生附加温升和机振，从而危害转子的安全由于由系统吸收大量无功，引起定子过电流；转由于由系统吸收大量无功，引起定子过电流；转差率
34、越大，发电机的等值电抗越小，定子过电流差率越大，发电机的等值电抗越小，定子过电流也就越大，使定子温升过高也就越大，使定子温升过高汽轮发电机在较小转差率时就可输出较大异步有汽轮发电机在较小转差率时就可输出较大异步有功，允许短时失步运行（视系统无功储备定）功，允许短时失步运行（视系统无功储备定）水轮发电机较大转差率时才输出较大异步有功，水轮发电机较大转差率时才输出较大异步有功，且转子温升、定子过流严重，不允许失步运行且转子温升、定子过流严重，不允许失步运行（二）发电机失磁后的机端测量阻抗（二）发电机失磁后的机端测量阻抗失磁保护中广泛采用失磁保护中广泛采用 阻抗继电器作为检测阻抗继电器作为检测 元件
35、元件失磁过程中机端视在失磁过程中机端视在 阻抗的变化轨迹常用阻抗的变化轨迹常用 等有功圆、等无功圆、等有功圆、等无功圆、 等电压阻抗圆描述等电压阻抗圆描述单机单机无穷大系统为分无穷大系统为分 析基础析基础1 1、失步前的等有功过程、失步前的等有功过程( (等有功阻抗圆等有功阻抗圆) ) 90 900 0时时近似为等有功过程近似为等有功过程 机端视在阻抗为机端视在阻抗为考虑以下关系：考虑以下关系：机端视在阻抗为机端视在阻抗为Z Zf f具有阻抗圆特性：具有阻抗圆特性：圆心圆心半径半径对应不同的有功，有不同的特性圆；对应不同的有功，有不同的特性圆；P P越大，越大，圆圆半径越小半径越小由于由于 ，
36、当，当Q Q由正值变为负值时，由正值变为负值时， 也由正值变为负也由正值变为负 值，值， Z ZJ J由由I I象限进入象限进入 IVIV象限象限 由由 1 1变为变为 2 2， 机端视在阻抗机端视在阻抗由由 Z ZJ1J1变为变为Z ZJ2 J2 时，时， 其其变化轨迹如图变化轨迹如图2 2、静稳极限、静稳极限( (等无功阻抗圆等无功阻抗圆) ) = 90= 900 0时时发电机到达静稳极限，且发电机到达静稳极限，且机端视在阻抗为机端视在阻抗为即即带入带入Z Zf f也具有阻抗圆特性：也具有阻抗圆特性：圆心圆心半径半径系统阻抗不同时，系统阻抗不同时， = 900= 900、发电机到达静发电机
37、到达静稳极限稳极限时时所所吸收的无功不同，有不同的特性吸收的无功不同，有不同的特性圆；圆；XsXs越大，圆越大，圆半径越半径越大大Z ZJ J由阻抗圆特性外由阻抗圆特性外 进入阻抗圆特性内进入阻抗圆特性内 时，可判别为发电时，可判别为发电 机失磁机失磁采用静稳极限为采用静稳极限为 失磁判据的阻抗失磁判据的阻抗 继电器，等无功继电器，等无功 圆内为其动作区圆内为其动作区3 3、发电机失步并进入稳定异步运行时的测量阻抗、发电机失步并进入稳定异步运行时的测量阻抗异步运行的发电机与电动机具有相似的等效异步运行的发电机与电动机具有相似的等效电路，可求其机端视在阻抗电路，可求其机端视在阻抗 （X X1 1
38、、 X X2 2分别为定、分别为定、转子绕组漏抗；转子绕组漏抗；X Xadad为定、转子绕组间互为定、转子绕组间互感抗；感抗；R R2 2(1-s)/s(1-s)/s为反为反应发电机功率的等效应发电机功率的等效电阻）电阻）发电机空载失磁时，发电机空载失磁时，s s 0 0 Zf = Zf = j(X1+Xad) = j(X1+Xad) = jXd jXd 为发电机稳态电抗为发电机稳态电抗其它情况下失磁时，其它情况下失磁时， ZfZf将随将随s s的增大而降低的增大而降低考虑极限情况考虑极限情况 s s = = Zf = Zf = j(X1+ X2/ Xad) = j(X1+ X2/ Xad)
39、= jXd jXd 为发电机暂态电抗为发电机暂态电抗其它情况下其它情况下 jXd Zf jXd Zf 0 0只发出有功：只发出有功： = 0= 0欠励磁：欠励磁： 0PPPfmfm时，时， 其其中中，X Xd d 为为标标幺幺值值， sbsb为为静静稳稳极极限限角角, ,可可由由图图中中曲曲线线查查得得。图图中中P P0 0为为发发电电机机失失磁磁前前输输出出的的有有功功率。功功率。（4 4）低励失磁保护辅助判据）低励失磁保护辅助判据 1 1）负序电压闭锁元件：）负序电压闭锁元件： 2 2）负序电流闭锁元件：）负序电流闭锁元件：低低励励失失磁磁故故障障时时三三相相对对称称，没没有有负负序序电电
40、压压U U2 2或或负负序序电电流流I I2 2，辅辅助助判判据据不不动动作作，可可以以开开放放低低励励失磁保护出口跳闸；失磁保护出口跳闸；外外部部不不对对称称短短路路满满足足此此辅辅助助判判据据，负负序序电电压压、负负 序序 电电 流流 闭闭 锁锁 元元 件件 动动 作作 ， 闭闭 锁锁 失失 磁磁 保保 护护 ， 防防 止低励失磁保护误动作。止低励失磁保护误动作。3 3）励磁低电压闭锁元件：）励磁低电压闭锁元件：系统侧三相短路时，三相同时低电压，失磁保系统侧三相短路时，三相同时低电压，失磁保护系统侧主判据将误动。护系统侧主判据将误动。依靠励磁低电压闭锁元件可防止系统侧故障时依靠励磁低电压闭锁元件可防止系统侧故障时失磁保护系统侧主判据误动作。失磁保护系统侧主判据误动作。
