发电机保护

3次谐波 滤过器
跳闸
发电机定子绕组同分支匝间、同相不同分支间或 不同相短路时，会出现纵向（机端对中性点）零 序电压，该电压由专用电压互感器（互感器一次 中性点与发电机中性点相连，不接地）的开口三 角绕组取得。
a）动衡作电电压压UuUn0b，，op按ma躲x整过定发，电表机达正式常为运：行时基波最大不平
在发电机相电势中，除基波之外，还含有一定分 量的谐波，其中主要是3次谐波（零序性质），3 次谐波值一般不超过基波10%。
如果把发电机的对地电容等效地看成集中在发电 机中性点N和机端S,且每项电容大小都是0.5CG,并 将发电机引出线、升压变、厂用变以及PT等设备 对地电容等效在机端。当发电机中性点不接地时：
的最大不平衡电流整定。在工程上，一般可取 Is≥（0.2～0.3）Ign。 c）确定拐点电流It。拐点电流取It=（0.7～1.0）Ign。 d）确定制动特性斜率S。按区外短路故障最大穿越性短路 电流作用下可靠不误动条件整定。一般取0.3～0.5。 e ）差动速断动作电流Ii。按躲过机组非同期合闸产生的 最大不平衡电流整定。对大型机组，一般Ii=（3～5）Ign， 建议取4Ign。 f）出口方式：动作于停机。
组电流也不相同，由此产生不平衡电流。因此， 裂相横差保护的Is比纵差保护大。
六、纵向零序过电压保护
当发电机定子绕组发生匝间短路时，机端三相电 压对发电机中性点不对称，出现零序电压。反应 零序电压的匝间短路保护，还能反应定子绕组开 焊故障。该保护原理简单，灵敏度较高，适于中 性点只有3个引出端的发电机匝间短路保护。
三、不完全纵差保护
本保护即反应相间和匝间短路，又兼顾分支开焊 故障。其基本原理是利用定子各分支绕组间的互 感，使未装设互感器的分支短路时，不完全纵差 保护仍可靠动作。
对于每相定子绕组为a分支的大型发电机，在构成 不完全纵差保护时，中性点TA每相接入N个分支。 以下图为例，每相定子绕组6分支，中性点每相接 入3分支，机端TA3取相电流，中性点TA1每相接入 分支2、4、6。
反映发电机及其 引出线的相间短 路故障。
流入纵差动保护 差动回路的动作 电流Iop，制动电 流Ires分别为：
其中Is为最小动作 电流，It为拐点电 流，S为比率制动 特性斜率。曲线上
方为动作区，下方 为制动区。Ii为差 动速断动作电流。
整定计算
a ）发电机二次额定电流：
相其间中电P压N为(kV发)，电为机发额电定机功额率定（功MW率）因，数U。N为发电机额定 b ）确定最小动作电流Is。按躲过正常发电机额定负荷时
发电机保护
发电机的故障、不正常运行状态
发电机的故障类型主要有：定子绕组相间短路、定 子一相绕组内的匝间短路、定子绕组单相接地、转 子绕组一点接地或两点接地、转子励磁回路励磁电 流消失等。
发电机的不正常运行状态主要有：由于外部短路引 起的定子绕组过电流、由于负荷超过发电机额定容 量而引起的三相对称过负荷、由于外部不对称短路 或不对称负荷（如单相负荷、非全相运行等）而引 起的发电机负序过电流；由于突然甩负荷而引起的 定子绕组过电压；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；由于汽轮机主汽门突 然关闭而引起的发电机逆功率等。
U EU E N. 3 3 ,s. 3 ( 1 )3
二者比值为：
U s.3 U N .3
1
（中性点）
（机端）
α
正常情况：机端3次谐波小于中性点处3次谐波电压。当离 中性点处不足50%的范围内接地，机端3次谐波电压大于中 性点处3次谐波电压 。
利用机端3次谐波电压作为动作量，利用中性点处3次谐波 电压作为制动量，构成接地保护，越靠近中性点保护越灵 敏。可与其它保护一起构成发电机定子100%接地保护。
不完全纵差保护的制动特性、动作方程与相应的 完全纵差保护相同，但动作电流Iop、制动电流 Ires有所区别。
其中In、It为不完全纵差保护中性点TA、机端TA的 二次电流。Kbr中性点侧电流平衡系数（也称为分 支系数）。KrIt Ina N
nTA1 nTA3
整定
不完全纵差保护的整定计算和出口方式与完全差 动保护相同，当中性点和机端TA不同型时，互感 器的同型系数应取1，最小动作电流应比完全差动 保护稍大一些。一般取（同型时）。
裂相横差保护就是将一台发电机的每相并联分支 分为两个分支组，各配以电流互感器。上图中1、 3、5分支的TA2与2、4、6分支的TA1构成裂相横差 保护。
其整定计算与比率制动式纵差保护相似，但最小 动作电流Is和制动系数S均较大。Is由负荷工况下 最大不平衡电流决定，它由两部分组成：a）两组
互感器在负荷工况下的比误差造成的不平衡电流； b）由于定子与转子间气隙不同，使各分支定子绕
b)零序电流型横差保护低定值段。低定值段具有 防外部短路时误动的技术措施，动作电流Iop，L 只需躲过正常运行时最大不平衡电流，可初设：
c）零序电流型横差保护不设动作延时，但当励磁回路 一点接地后，为防止励磁回路发生瞬时性第二点接地 故障使横差保护误动，应切换带延时动作于停机。
五、裂相横差保护
发电机定子短路故障形成比较复杂，大体归纳主要有五 种情况：发生单相接地，然后由于电弧引发故障点处相 间短路；直接发生线棒间绝缘击穿形成相间短路；发生 单相接地，然后由于电位的变化引发其他地点发生另一 点的接地，从而构成两点接地；发电机端部放电构成相 间短路；定子绕组同一相的匝间短路故障。
一、发电机比率制动式完全纵差保护
缺点：单相分支匝间短路的较小时，即短接的匝数较少时， 存在动作死区。同相两分支间匝间短路，当短路点位置差 别较小时，也存在死区。
整定
反映匝间短路、分支开焊以及机内绕组相间短路。 为了减少动作电流和防止外部短路时误动，在额 定频率工况下，该保护的三次谐波滤过比应大于 80。
a) 零序电流型横差保护高定值段。接于发电机中 性点连线的互感器TA0用于零序电流型横差保护。 动作电流Iop，H按躲过发电机外部不对称短路故障 或发电机转子偏心产生的最大不平衡电流整定， 其表达式为：
α α2
α1
信号
跳断路器
跳灭磁开关
说明：切换片正常运行时投1~2位置,保护不带延时。转子 一点接地时，投1~3位置，保护带延时，为转子两点接地 故障做好准备。
保护装设了3次谐波滤过器，降低保护动作电流，提高灵 敏度。
正常运行或外部短路时，每一分支绕组供出该相电流的一 半，流过中性点连线的电流只是不平衡电流，故保护不动 作。发生定子绕组匝间短路，故障相绕组的两个分支的电 势不相等，因而在定子绕组中出现环流，该电流大于保护 的动作电流，则保护动作，跳开发电机断路器及灭磁开关。
率继电器动作后再断开发电机或发变组断路器并灭磁。
H）切换厂用电源：由厂用工作电源供电切换到备用电源供电 i）信号：发出声光信号
定子绕组内部故障主保护
发电机定子绕组中性点一般不直接接地，而是通过高阻 接地、消弧线圈接地或不接地，故发电机的定子绕组都 设计为全绝缘。尽管如此，发电机定子绕组仍可能由于 绝缘老化、过电压冲击、机械振动等原因发生单相接地 和短路故障。由于发电机定子接地单相接地并不会引起 大的短路电流，不属于严重的短路性故障。发电机内部 短路故障主要是指定子的各种相间和匝间短路故障，短 路故障时在发电机被短接的绕组中将会出现很大的短路 电流，严重损伤发电机本体，甚至使发电机报废，危害 十分严重。
U U
AG BG
(1 E
B
)EEAA
U CG EC E A
U k 0a
1 3
(U
AG
U BG
U CG ) E A
结论：故障点零序电压与α成正比，故障点离 中性点越远，零序电压越高。
缺点：保护在离中性点附近接地存在动作死区。
怎么办？利用三次谐波电压
a)正常运行时定子绕组中3次谐波电压分布
四、零序电流型横差保护
在容量较大的发电机中，每相绕组有两个并联支 路，每个支路的匝间或支路之间的短路称为匝间 短路故障。由于纵差保护不能反映同一相的匝间 短路，当出现同一相匝间短路后，如不及时处理， 有可能发展成相间故障，造成发电机严重损坏， 因此，在发电机上应该装设定子绕组的匝间短路 保护 。
机端3次谐波电压： 中性点谐波电压： 比值：
Us3
E3
CG 2(CG CS)
UN..3
E3
CG 2CS 2(CG CS)
Us.3 UN.3
CG
CG 2CS
1
结论：正常运行时，机端3次谐波电压总是小于中性点3次谐波电压。
b）定子绕组单相接地时3次谐波电压的分布
机端和中性点3次谐波电压分别为：
I op
Is
S1 I res
S2 S1 2nI gn
I2 res
S1
S2 S1 nI gn
I res
整定
a ）二次额定电流，同前。 b ）确定起始斜率S1。工程上一般取。 c）确定最小动作电流Is，同前。 d ）确定最大斜率S2。按区外故障最大穿越性断流
电流作用下可靠不误动条件整定。工程上，一般 取。 出口方式：动作于停机。
整定
1、基波零序过电压保护定值可设低定值段和高定值段。 a)低定值段动作电压应按躲过正常运行时的最大不平衡基波零
序电压整定。
Krel-可靠系数，取 U0,max-机端或中性点实测不平衡基波零序电压。实测之前，
可初设U0，op=（5%-10%）U0n，U0n为机端单相金属性接地时 中性点或机端的零序电压（二次值）。 应校核系统高压侧接地短路时，通过升压变压器高、低压绕组 间的相耦合电容传递到发电机侧的零序电压大小。该零序电压 可能引起基波零序过电压保护误动作。因此，定子单相接地保 护动作电压整定值或延时应与系统接地保护配合，可分以下三 种情况：
不同出口
a）停机：断开发电机或发电机变压器组（发变组）断路器， 灭磁，关闭原动机主汽门或导水叶，断开厂用分支断路器
b）解列灭磁：断开发电机或发变组断路器和厂用分支断路器， 灭磁，原动机甩负荷
C）解列：断开发电机或发变组断路器，原动机甩负荷。 D）减低励磁 E）减出力：将原动机出力减至给定值 F）缩小故障范围（如断开母联或分段断路器） G）程序跳闸：一般应用于汽轮发电机，先关主汽门，待逆功
七、定子绕组单相接地保护
我国发电机中性点接地方式主要有以下三种： -不接地（含经单相电压互感器接地） -经消弧线圈（欠补偿）接地； -经配电变压器高阻接地。
在发电机单相接地故障时，不同的中性点接地方式，将 有不同的接地电流和动态过电压以及不同的保护接口方 式。
定子绕组的单相接地（定子绕组与铁芯间的绝缘破 坏）是发电机最常见的一种故障，由于大中型发电 机中性点不接地或经高阻抗接地，定子单相接地故 障并不产生大的故障电流，所以定子绕组单相接地 保护通常只发信号而不跳闸，故障机组经转移负荷 后平稳停机。同时也应指出：发电机单相接地故障 往往是相间或匝间短路的先兆，因此对于大型发电 机组，在定子单相接地保护动作发信号后，应立即 通知系统调度部门，瞬时减小故障机组负荷，尽快 实现停机检修。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100％定子 绕组的接地保护。
二、发电机变斜率完全纵差保护
发电机变斜率完全纵差保护的基本工作原理与比率制动式 完全纵差保护相同，只是制动斜率是变斜率的。下图所示 为变斜率制动特性。
其中动作电流Iop、制动电流Ires、最小动作电流 Is、S1为起始斜率、S2为最大斜率，n为常数。制
动特性上方为动作区，下方为制动区。
分析：当制动电流小于等于nIgn时，公式可转化为：
原理
定子绕组单相接地的危害：接地电流会产生电弧， 烧伤铁芯，使定子绕组铁芯叠片烧结在一起，造成 检修困难。接地电流会破坏绕组绝缘，扩大事故， 若一点接地未及时发现，很有可能发展成绕组的匝 间或相间短路故障，严重损伤发电机。
对大中型发电机定子绕组单相接地保护的基本要求： 绕组有100%的保护范围。在绕组匝内发生经过渡电 阻接地故障时，保护应有足够灵敏度。
其中，Krel为可靠系数，取2.5.当无实测值时，对应专用TV 开口三角电压为100V,可取U0，op为1.5-3V。
b)为防止外部短路时误动作，可增设负序方向闭锁元件。 c)三次谐波电压滤过比应大于80。 d)该保护应有电压互感器断线闭锁元件：为防止TV回路断
线时造成保护误动作，需要装设电压回路断线闭锁装 置。 e)动作时限按躲过专用TV一次侧断线的判定时间整定，可 取0.2s。 f）出口方式为停机。