第六讲 发电机保护
发电机保护课件
发电机保护原理一、发电机是由转子与定子构成转子：励磁后产生磁场，在原动机带动下旋转，产生旋转磁场。
定子：感受交变磁场，线圈切割磁力线发出电能。
二、发电机可能发生的故障•定子绕组相间短路•定子绕组匝间短路•定子绕组一相绝缘破坏引起的单相接地•励磁回路（转子绕组）接地、失磁等等三、发电机主要的不正常工作状态•过负荷•定子绕组过电流•定子绕组过电压•三相电流不对称•过励磁•逆功率（针对汽轮机）•失步、非全相、断路器出口闪络等等四、发电机的主要保护和作用1、纵差保护（主保护）•作用：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。
•规程：1MW以上发电机，应装设纵差保护。
对于发电机变压器组：当发电机与变压器间有断路器时，发电机装设单独的纵差保护；当发电机与变压器间没有断路器时，100MW及以下发电机可只装设发电机变压器组公用纵差保护；100MW及以上发电机，除发电机变压器组公用纵差保护还应装设独立纵差保护，对于200MW及以上发电机变压器组亦可装设独立变压器纵差保护。
2、横差保护作用：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，造成发电机严重损坏，所以横差保护作用于发电机定于绕组一相匝间短路时的保护。
要求：定子绕组为星形接线，每相有并联分支且中心点有分支引出端子的发电机。
3、定子接地根据安全的要求，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，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。
《发电机保护》课件
过载保护具有高灵敏度、快速动作的优点，但需要 与其他保护配合使用，以避免误动作。
05
发电机的微机保护方案
微机保护的特点与优势
快速性
准确性
微机保护的反应速度极快，可以在毫秒级 别内完成故障检测和保护动作。
微机保护采用数字信号处理技术，能够准 确地识别故障类型和位置。
可靠性
灵活性
微机保护具有自我检测和诊断功能，能够 及时发现和处理软硬件故障。
《发电机保护》课件
目录
• 发电机保护的基本概念 • 发电机故障类型与保护配置 • 发电机保护装置的安装与调试 • 发电机的继电保护方案 • 发电机的微机保护方案 • 未来发电机保护技术的发展趋势
01
发电机保护的基本概念
发电机保护的重要性
保障电力系统的稳定运行
发电机作为电力系统中的重要设备，其正常运行对于保障 整个系统的稳定供电至关重要。发电机保护能够及时检测 和应对故障，避免设备损坏和系统瘫痪。
微机保护具有丰富的保护功能和灵活的配 置方式，可以根据实际需求进行定制。
微机保护的实现方式
数据采集
通过传感器和信号调理电路采集发电机的电 流、电压、温度等信号。
信号处理
利用数字信号处理技术对采集到的信号进行 分析和处理，提取故障特征。
故障判断
根据故障特征和保护逻辑判断是否发生故障 ，并执行相应的保护动作。
防止设备损坏
发电机在运行过程中可能会遇到各种故障，如过载、短路 、接地等。如果没有及时保护，这些故障可能导致设备严 重损坏甚至报废。
提高供电可靠性
发电机保护能够减少设备故障导致的停电事故，从而提高 供电的可靠性和稳定性，保障生产和生活的正常进行。
发电机保护的基本原理
电力系统主设备保护之发电机保护
电力系统主设备保护之发电机保护
电力系统是现代工业生产和生活的重要支撑，而发电机是电力系统中的关键设备之一。
发电机保护作为电力系统主要设备保护的重要组成部分，其作用是保护发电机不受外部故障和内部故障的影响，确保发电机的安全稳定运行，同时保障整个电力系统的安全稳定运行。
发电机保护系统主要包括对发电机的机械保护、热保护、过流保护、接地保护、失励保护等各种保护装置。
其中机械保护主要是针对发电机的转子和定子部分，通过监测转子的振动、温度和转速等参数来保护发电机的机械部件，避免因机械故障导致发电机的受损。
热保护则是通过监测发电机的温度来保护其绕组和冷却系统，避免由于过热导致发电机的损坏。
过流保护是针对发电机的短路故障而设计的保护装置，通过监测发电机输出线路的电流情况，及时切断故障线路，保护发电机不受损坏。
接地保护则是用来监测发电机接地情况，一旦发生接地故障，及时切除故障，避免对发电机造成二次损坏。
失励保护是为了保护发电机励磁系统的正常运行，一旦发电机失励，保护装置将启动，切断发电机与电力系统的连接，避免发电机无励磁情况下对电网的冲击。
总的来说，发电机保护系统是电力系统中至关重要的一环，它能保护发电机不受外部故障和内部故障的影响，确保发电机的安全稳定运行，保障整个电力系统的安全运行。
因此，必须加
强对发电机保护系统的维护和管理，及时对其进行检测和维修，提高其可靠性和稳定性。
《发电机保护》课件
发电机的常见故障
机械故障
如轴承磨损、转子不平衡等。
电气故障
如匝间短路、相间短路、接地故障等。
热故障
如过热、热变形等。
控制和保护装置故障
如继电器、传感器等元件的故障。
发电机保护的基本原则
可靠性
保护装置应具备高可靠性，能够
准确判断故障并及时动作，避免
因误动或拒动导致故障扩大。
01
选择性
02
保护装置应具备选择性，仅切除
故障部分，尽量减小停电范围。
速动性
保护装置应快速动作，以减小故
障对设备的损害，提高系统稳定
03
性。
灵敏性
04 保护装置应具备足够的灵敏度，
能够检测到各种故障，并作出相
应的动作。
02
发电机保护装置
差动保护装置
总结词
差动保护装置是发电机最重要的保护 装置之一，用于检测发电机内部故障 。
详细描述
差动保护装置通过比较发电机两端电 流的大小和相位来实现保护功能。当 发电机内部出现故障时，差动保护装 置会迅速切断电源，防止故障扩大。
《发电机保护》PPT课件
CONTENTS
• 发电机保护概述 • 发电机保护装置 • 发电机保护的配置与整定 • 发电机保护的测试与维护 • 发电机保护的发展趋势与展望
01
发电机保护概述
定义与重要性
定义
发电机保护是指为防止发电机及其相关设备发生故障或损坏而采取的一系列措 施。
重要性
发电机作为电力系统中的重要设备，其正常运行对保障电力供应的稳定性和可 靠性至关重要。因此，采取有效的保护措施对于发电机的正常运行至关重要。
分布式保护系统
将发电机保护功能分散到多个智能节点， 提高保护系统的可靠性和灵活性。
第六讲发电机保护
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
IDZ.J
I1
I2 I2 -I2
I1
I2
D2
Wg
Wzh
Wzh
IDZ.min
IDZ.J=f (Izh)
Ibp=f (ID.max)
Izh.o
Izh.e
ID.max
I1 I2
I2 I2+
Wzh
I1 DI22
Wg
Wzh
三、定子绕组匝间短路保护
1、定子绕组匝间短路类型 定子绕组接线方式有两种：双星形接线和单星形接线
机端TV 开口三角电压
3U0>
信号
&
t
出口
TV断线
中性点零序电压
3U0>
Hale Waihona Puke 信号t出口
机端TV开口三角
3U 0 >
中性点零序电压 3 U 0>
信号
&
t
&
10
TV断线信号
2）发电机三次谐波电压式定子接地保护
定子绕组匝间短路类型主要有：同相同分支；同相不同分支；不同相间；定子 开焊。
2、单元件式横差电流保护
1）基本原理 ：发生匝间短路故障时，由于双Y接线绕组的中性点连线上有电 流出现，因此，取用中性点连线上的电流可以构成定子绕组的匝间短路保护。
该保护构成简单，灵敏度高，不仅可反应定子绕组的匝间短路故障和分 支绕组的开焊故障，而且还能反应定子绕组的相间短路故障，故可作为发电 机内部短路故障的保护；但保护存在死区，只适用于每相定子绕组为多分支， 且有两个或两个以上中性点引出的发电机。
第六讲 发电机保护
一、发电机故障及异常状态和保护配置
发电机保护
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。
电力系统发电机保护
电力系统发电机保护在电力系统中，发电机作为重要的电源设备之一，起着稳定供电和保障电力系统正常运行的关键作用。
然而，由于各种原因，如过载、短路、电压异常等，发电机可能面临着各种潜在的故障风险，因此必须有有效的保护措施。
本文将介绍电力系统发电机的保护原则、保护装置以及常见的保护方案。
一、发电机保护原则1. 过载保护过载是指发电机承受超过其额定容量的电流。
过载会导致发电机绕组温升过高，损坏绝缘材料，甚至引发火灾。
因此，过载保护是发电机保护的最基本原则。
发电机的过载保护通常通过测量发电机的电流来实现，一旦电流超过设定值，保护装置将切断发电机的供电。
2. 短路保护发电机的短路保护是为了防止短路故障导致电流暴增，损坏发电机绕组。
短路保护通常包括发电机内部和外部的短路保护。
内部短路保护主要是针对发电机绕组内部出现短路故障，外部短路保护主要是针对发电机输出线路与其他系统组件之间出现短路故障。
常用的短路保护装置有熔断器、断路器等。
3. 低电压保护低电压是指发电机输出电压低于其额定值的情况。
低电压可能导致电力系统无法正常运行，影响供电可靠性。
因此，保护装置需要对低电压进行监测，并在低电压出现时采取相应的措施，如切断发电机的供电或通过其他方式提高输出电压。
4. 过频保护和过速保护过频和过速是指发电机输出频率和转速超过其额定值。
过频和过速可能导致发电机旋转部件破裂，机械损坏，甚至引发设备事故。
因此，需要采取相应的过频保护和过速保护措施，如安装速度开关、频率继电器等。
二、发电机保护装置1. 发电机差动保护装置发电机差动保护装置是一种常用的发电机保护装置，通过测量发电机输入和输出侧的电流，实现对发电机的保护。
当输入电流和输出电流存在差异时，差动保护装置将切断发电机的供电，以保护发电机不受损坏。
2. 频率保护装置频率保护装置用于监测发电机的输出频率，一旦频率超过或低于设定值，保护装置将采取相应的保护措施，避免发电机因频率异常而受损。
发电机保护及原理课程课件
绝缘保护原理
什么是绝缘？
绝缘是指在两根导体之间引入不 导电材料以隔离电流的现象。绝 缘故障是发电机故障中较常见的 一种。
为什么需要绝缘保护？
因为故障可能导致电路中的电压 非正常状态，这将是危险的。保 护系统必须足够灵敏，以便检测 变压器绕组和接地之间的任何缺 陷。
如何进行绝缘测试？
测量绝缘电阻的方法通常是在对 地电路上进行的。其中最常用的 测试方法是直接测量。
实验室实践内容有哪些？
主要包括绕线技术、零序电流及 柜内绝缘测试技术、高压绝缘测 试技术、收发电机和变频器、数 据处理技术等内容。
实验室的意义
实验室不仅仅是进行机械实验的 地方，也是用来测试、开发新技 术、测试理论假设以及进行科学 研究的地方。
发电机保护课程总结
1
学到了些什么？
学会了发电机保护的基本原理和技术方法。
过电压保护原理
过电压的来源
过电压是指电压超过额定电压的现象。机器设备 周围可能存在许多外部因素，例如：闪电、接地 电流等，导致发电机过电压。
测试方式
过电压测试可以采用DC和AC破坏测试。破坏测 试使用高电压将固体绝缘材料破坏，从而确定其 电气强度。
如何保护发电机？
保护过电压的常见方法是用钳形电阻器测量线路 电压降，在电路电压升高到设定值时采取动作。
如何进行欠电压和过载保 护？
可以使用电压和过载保护装置来 保护发电机。如果检测到发电机 接收到的电压过低或过载，这些 设备将会自动切断电源并防止发 电机损坏。
转子断路器保护原理
1 转子断路器的功能是什么？
转子断路器是用于保护涡轮发电机转子的关键部件。它可以防止过流和过温，从而使转 子处于安全状态，保护整个系统。
发电机保护及原理课程课 件
发电机保护详细讲解
X S3 j
2 3 (C f 2C w )
7C f 2C w U S3 X S3 U N 3 X N 3 9(C f 2C w )
（中性点）
（机端） U N3
E3
U S3
E3
0
20
40
60
80
100 (%)
| U S 3 / U N 3 |
其中 为整定比值。需要指出，发电机中 性点不接地或经消弧线圈接地与发电机经配电 变压器高阻接地时，两者的比值整定值是有区 别的。 | U S 3 K pU N 3 | | U N 3 |
TV断线信号
利用零序电压和三次谐波电压构成的100％定子单相接地保护
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势除基波分量外，还含有高次谐波分量。 其中三次谐波分量是零序性质的分量，它虽然在线电势中被消 除，但是在相电势中依然存在。 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S，且每相的电容大小都是0.5Cf,并将发电机端引出线、 升压变压器、厂用变压器以及电压互感器等设备的每相对地电 容也等效在机端Cw，并设三次谐波电势为 E3，那么当发电机中 性点不接地时，其等值电路如图所示。这时中性点及机端的三 次谐波电压分别为
外加20Hz 电源
滤波
Usef 接地变压器 a
R2 分压 R1负载
叠加20Hz低频电源方
b
G
Isef
式的100%定子单相接地 保护原理图
电流互感器
a
b
中性点变压器
反时限负序电流保护
当电力系统中发生不对称短路或在正常运行情况下三相负荷 不平衡时，在发电机定子绕组中将出现负序电流，此电流在 发电机空气隙中建立的负序旋转磁场相对于转子为两倍的同 步转速，因此将在转子绕组、阻尼绕组以及转子铁心等部件 上感应于100Hz的倍频电流，该电流使得转子上电流密度很 大的某些部位（如转子端部、护环内表面等），可能出现局 部灼伤，甚至可能使护环受热松脱，从而导致发电机的重大 事故。 此外，负序气隙旋转磁场与转子电流之间以及正序气隙旋转 磁场与定子负序电流之间所产生的 100Hz交变电磁转矩，将 同时作用在转子大轴和定子机座上，从而引起100Hz的振动。
发电机保护
发电机保护1、发电机差动保护：发电机差动保护是发电机相间短路的主保护。
根据接入发电机中性点电流的份额即接入全部中性点电流或只取一部分电流接入，可分为完全纵差保护和不完全纵差保护。
另外，根据算法不同，可以构成比率制动特性差动保护和标积制动式差动保护。
不完全纵差保护，适用于每相定子绕组为多分支的大型发电机。
它除了能反应发电机相间短路故障，尚能反应定子线棒开焊及分支匝间短路。
可根据机组结构、容量及有关特点，合理地选用发电机纵差保护的类型（完全纵差、不完全纵差、比率制动式或标积制动式）。
当采用完全纵差时，机端和中性点的电流互感器，应选用同型号、同变比的；当采用不完全纵差时，机端和中性点电流互感器仍可采用同型号、同变比的，但要引入平衡系数调平衡。
TA二次回路开路会引起高电压的危险，特别是大型发电机组，建议采用TA断线不闭锁差动保护方案。
发电机差动保护，动作于全停。
２、发电机横差：发电机横差保护，是发电机定子绕组匝间短路（同分支匝间短路及同相不同分支之间的匝间短路）、线棒开焊的主保护，也能保护定子绕组相间短路。
分单元件横差保护（又称高灵敏度横差保护）和裂相横差保护两种。
单元件横差保护，适用于每相定子绕组为多分支，且有两个或两个以上中性点引出的发电机，保护用TA的变比，按确保区内故障时TA的动稳定及热稳定来选择。
裂相横差保护，又称三元件横差保护，实际上是分相横差保护，其实质是将每相定子绕组的分支回路分成两组，并通过两组TA将各组分支电流之和，反极性引到保护装置中计算差流。
当差流大于整定值时，保护动作。
保护的动作特性，可采用比率制动特性，也可采用标积制动特性。
裂相横差保护可采用同型号、同变比的电流互感器，且要求各TA 的暂态特性要好。
每相定子绕组分支数为奇数时，由于两组TA所匝链的分支数不同，需引入平衡系数。
发电机横差保护，动作于全停。
３、发电机匝间保护：本保护不仅作为发电机内部匝间短路的主保护，还可作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护。
电力系统主设备保护之发电机保护
电力系统主设备保护之发电机保护1. 引言发电机作为电力系统中最重要的主设备之一，对电力系统的稳定运行起着至关重要的作用。
然而，发电机在运行过程中会面临各种各样的故障和异常情况，如过载、短路、超励、欠励等。
为了保证发电机的安全运行、延长发电机的使用寿命，必须对发电机进行全面有效的保护。
本文将介绍发电机保护的基本原理、保护措施以及保护装置的选型和调试等内容。
2. 发电机保护原理发电机保护的基本原理是通过对发电机的各项参数进行监测和测量，当发生故障或异常情况时，及时采取保护措施，保护发电机不受损害。
发电机保护通常包括以下几个方面：2.1 过载保护过载是指发电机长时间工作在超过额定负载的状态下，会引起发电机温升过高，甚至损坏绕组绝缘。
因此，在发电机的过载保护中，需要根据发电机的额定功率和额定电流进行合理的设置。
2.2 短路保护短路是指发电机绕组中的两个或多个相之间或相与地之间发生直接接触，产生大电流，会导致发电机绕组烧坏。
短路保护的主要目的是在发生短路时，迅速切断故障电路，防止发电机受损。
2.3 欠电压保护欠电压是指发电机输出电压低于额定值的状态，可能是由于系统故障或负荷过重引起。
欠电压保护的作用是及时检测到发电机输出电压的异常，保护发电机免受继续运行在低电压状态下的风险。
2.4 过热保护过热是指发电机运行过程中绕组温度升高超过正常范围，会对绕组绝缘造成损坏，甚至引发火灾。
过热保护的措施包括对发电机绕组温度进行实时监测，并在温度超限时采取相应的保护措施。
2.5 欠频和超频保护欠频是指发电机输出频率低于额定值，超频则相反。
欠频和超频保护的目的是保护发电机，防止在频率异常情况下继续运行，导致发电机受损。
3. 发电机保护措施为了保护发电机，通常采用以下几种保护措施：3.1 主保护及备用保护发电机通常配备有主保护和备用保护，以确保在主保护失效时，备用保护能及时接管保护功能。
这样可以避免因保护装置失效而导致发电机受损。
发电机的保护原理的介绍
当发电机内部或输出线路发生短路故障时 ，断路器能够迅速切断电流，防止短路电 流对发电机和线路造成进一步损坏。
熔断器
熔断器是一种利用熔融金属断开 电路的开关装置，主要用于发电
机的短路和过载保护。
当发电机或线路发生短路或过载 故障时，熔断器内部的熔丝会因 过热而熔断，从而切断电流，防
止故障扩大。
熔断器具有低成本、简单可靠的 特点，广泛应用于低压配电系统
网络化保护
基于网络的保护策略
通过网络将发电机与其它相关设备连接起来，实现信息共享和协 同保护，提高保护的可靠性和快速性。
分布式保护
通过网络将发电机的各个保护单元连接起来，实现分布式保护，提 高保护的灵活性和可靠性。
实时数据传输
通过网络实时传输发电机运行数据，方便远程监控和诊断，提高维 护效率。
智能化保护
发电机的保护原理概述
保护原理
发电机的保护原理主要是通过监测发电机的运行状态和异常 情况，及时采取相应的保护措施，防止发电机及其相关设备 发生损坏或故障扩大，保障电力系统的安全稳定运行。
主要保护方式
主要包括差动保护、过流保护、过压保护、欠压保护、接地 保护等。
02
发电机保护的基本原理
过电流保护
当发电机电流超过设定值时，过 电流保护装置会立即动作，切断 发电机与系统的连接，以防止发
电机过载受损。
过电流保护通常采用电流继电器 或断路器来实现，可以根据实际
情况选择合适的保护装置。
为了避免误动作，过电流保护通 常具有时限特性，即只有在持续 超过设定值一段时间后才会动作。
欠电流保护
当发电机电流低于设定值时， 欠电流保护装置会触发，以防 止发电机因过低的电流而受损。
欠电流保护通常采用欠电流继 电器或欠电压继电器来实现， 可以根据实际情况选择合适的 保护装置。
发电机保护原理
发电机保护原理
发电机保护原理是为了保护发电机免受损坏，并确保其安全运行。
以下是发电机保护的主要原理：
1. 过电流保护：通过监测发电机额定电流和短路电流来判断是否存在过电流情况。
一旦检测到过电流，保护系统将立即切断电源，防止发电机受到损害。
2. 过载保护：发电机的额定负载能力是有限的，当负荷超过额定值时，过载保护系统将启动，以避免发电机超负荷运行。
3. 过压保护：发电机工作时，电压波动可能会导致过电压情况。
过压保护系统会监测发电机输出电压，一旦检测到过压，保护系统将采取措施降低电压，以保护发电机。
4. 低压保护：发电机输出电压过低可能会导致设备故障。
低压保护系统会监测发电机输出电压，一旦检测到低压，保护系统将立即调整电压或停电，以防止发电机损坏。
5. 频率保护：发电机输出频率过高或过低都可能会导致设备故障。
频率保护系统会监测发电机输出频率，并在异常情况下采取相应的措施，以确保发电机的正常运行。
6. 温度保护：过高的温度可能会引起发电机内部部件的损坏。
温度保护系统会监测发电机的温度，并在温度超过安全范围时采取措施，如降低负载或自动停机，以防止发电机受损。
7. 短路保护：发电机输出电路中的短路可能会导致设备受损。
短路保护系统会监测电路的电流和电压，一旦检测到短路，保护系统将切断电源，以保护发电机。
总结起来，发电机保护原理主要是通过监测和反馈控制，及时发现并处理发电机可能面临的故障情况，从而确保发电机的安全、稳定运行。
发电机保护原理
发电机保护原理大型发电机的造价高昂，结构复杂，一旦发生故障遭到破坏，其检修难度大，检修时间长，要造成很大的经济损失。
例如，一台20万kW的汽轮发电机，因励磁回路两点接地使大轴和汽缸磁化，为退磁需停机1个月以上，姑且不论检修费用和对国民经济造成的间接损失，仅电能损失就近千万元。
大机组在电力系统中占有重要地位，特别是单机容量占系统容量较大比例的情况下，大机组的突然切除，会给电力系统造成较大的扰动。
因此，发电机的安全运行对电力系统的正常工作、用户的不间断供电、保证电能的质量等方面，都起着极其重要的作用。
1．发电机故障形式由于发电机是长期连续旋转的设备，它既要承受机身的振动，又要承受电流、电压的冲击，因而常常导致定子绕组和转子线圈的损坏。
因此，发电机在运行中，定子绕组和转子励磁回路都有可能产生危险的故障和不正常的运行情况。
一般说来，发电机的故障和不正常工作情况有以下几种：（1）定子绕组相间短路故障：定子绕组相间短路故障是对发电机危害最大的一种故障。
故障时，短路电流可能把发电机烧毁。
（2）定子绕组匝间短路：定子绕组匝间短路时，在匝间电压的作用下产生环流，可能使匝间短路发展为单相接地短路和相间短路。
（3）定子绕组接地故障：定子绕组的单相接地故障是发电机内较常见的一种故障，故障时，发电机电压系统的电容电流流过定子铁心，造成铁心烧伤，当此电流较大时将使铁心局部熔化。
（4）励磁回路接地故障：发电机励磁回路一点或两点接地时，一般说来，转子一点接地对发电机的危害并不严重，但一点接地后，如不及时处理，就有可能导致两点接地，而发生两点接地时，由于破坏了转子磁通的平衡，可能引起发电机的强烈振动，或将转子绕组烧损。
（5）定子绕组过负荷：超过发电机额定容量运行形成过负荷时，将引起发电机定子温度升高，加速绝缘老化，缩短发电机的寿命，长时间过负荷，可能导致发电机发生其他故障。
（6）定子绕组过电压：调速系统惯性较大的发电机，如水轮发电机或大容量的汽轮发电机，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。
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3U0>
&
TV断线
t
出口
信号 中性点零序电压
3U0>
t
信号
出口
机端TV开口三角
> 3U 0
&
中性点零序电压
t
> 3U 0
&
10
TV断线信号
2）发电机三次谐波电压式定子接地保护
三次谐波电压式定子接地保护范围是：反映发电机中性点向机内20%左右定子 绕组或机端附近定子绕组单相接地故障,与零序基波电压式定子接地保护联合构成 100%的定子接地保护。 三次谐波电压式定子接地保护，按比较发电机中性点及机端三次谐波电压的大小和相 位构成。其交流接入回路如下。
保护的反时限特性曲线由三部分构成：上限短延时、反时限及 下限长延时。其特性曲线如下。
I
I up
t
K1 I2 K 2
IS I g1
0 t up
ts t
逻辑框图 发电机反时限对称过负荷保护的逻辑框图如下。 Ig1、t11—定时限动作电流、时间；Is、ts—下限电流、 长延时； Iup、tup—上限电流、时间
阻抗型失磁保护的逻辑框图如下：
信号
Uh< Ug < Z g<
& & &
1.5
t3
出口 信号 出口
t4
信号
TVg断线
+ & &
t1
t2
Vfd<
出口 信号 出口 信号
P>
t5
出口
失磁保护动作过程：
当发电机失磁导致机端低电压动作时，经延时t4发出信号并 作用于出口（如切换励磁或切换厂用电源等措施）； 当发电机失磁导致机组功率超过整定值时，经延时t5发出信 号并作用于出口（如降出力）； 当发电机失磁并导致系统低电压动作时，经延时t3发出信号 并作用于跳闸； 当发电机失磁阻抗元件满足，或同时转子低电压也满足时， 经t1延时或t2延时发出信号并作用于出口（如解列灭磁）。
第六讲 发电机保护
一、发电机故障及异常状态和保护配置
1、发电机故障：主要分为定子绕组故障和转子绕组故障。 定子绕组故障包括：定子绕组的相间、匝间、接地短路。 转子绕组故障包括：转子一点接地、转子二点接地。 2、发电机异常状态：主要有失磁（也可当成故障）、过流、过负荷、过电压、 逆功率、过励磁、低频、失步等。 3、保护配置：以上各种状况均有相应的保护给于反应。
六、发电机转子回路接地保护
发电机转子励磁绕组的接地故障包括一点接地和两点接地。 所谓接地是指励磁绕组绝缘损坏或击穿而使励磁绕组导体与转子 铁芯相接触。通常在大型发电机组上都要求装设转子一点接地保 护，动作于信号；同时，也投入两点接地保护，以防可能发生的 两点同时接地及匝间短路故障。 1、转子一点接地故障保护
Wg Wzh
I
Wg Wzh
Wzh
三、定子绕组匝间短路保护
1、定子绕组匝间短路类型 定子绕组接线方式有两种：双星形接线和单星形接线 定子绕组匝间短路类型主要有：同相同分支；同相不同分支；不同相间；定子 开焊。
2、单元件式横差电流保护 1）基本原理 ：发生匝间短路故障时，由于双Y接线绕组的中性点连线上有电 流出现，因此，取用中性点连线上的电流可以构成定子绕组的匝间短路保护。 该保护构成简单，灵敏度高，不仅可反应定子绕组的匝间短路故障和分 支绕组的开焊故障，而且还能反应定子绕组的相间短路故障，故可作为发电 机内部短路故障的保护；但保护存在死区，只适用于每相定子绕组为多分支， 且有两个或两个以上中性点引出的发电机。
3、失磁保护构成方式的特点 引起失磁的原因很多，失磁后会引起许多参数变化，但每一 个参数的变化都不能唯一表征失磁故障。故失磁保护的判据通 常不至一个，而是由至少一个主判据和二个辅助判据构成。 失磁保护的主判据主要有： 1）机端测量阻抗是否进入静稳边界阻抗圆（临界失步阻抗圆） 2）机端测量阻抗是否进入异步阻抗圆 3）无功方向由正变负 4）机端三相电压或变压器高压侧三相电压降低 失磁保护的辅助判据主要有： 1）发电机的励磁电压降低 2）是否有负序分量出现 3）用延时躲过振荡的影响 4）电压互感器二次断线闭锁
转子一点接地故障保护的方式很多，如绝缘监视、电桥式、 迭加直流电压式，迭加交流电压式等。在微机保护装置中，转子 一点接地保护常采用的是注入式直流电源，该电源系装置自产。 因此，在发电机运行及不运行时，均可监视发电机励磁回路的对 地绝缘。该保护动作灵敏、无死区。
七、发电机逆功率保护
并网运行的汽轮发电机，在主汽门关闭后，便作为同步电动机运行。但 从电网中吸收有功，拖着汽轮机旋转。由于汽缸中充满蒸汽，它与汽轮机 叶片磨擦产生热，使汽轮机叶片过热。长期运行，损坏汽轮机叶片。
构成原理及逻辑框图 逆功率保护的输入量为机端 TV 二次三相电压及发电机 TA 二次三相电流。当 发电机吸收有功功率时动作。构成框图如下。由图可以看出，当发电机吸 收的有功功率大于整定值时，经短延时 t1 发信号，经长延时 t2 作用于出口。
图中
P——发电机有功功率计算值
Pl、t1、t2——逆功率保护整定值
2）微机保护原理
构成原理：该保护反映的是发电机纵向零序电压的基波分量，并用其三次谐波增量 作为制动量。纵向零序电压取自机端专用TV的开口三角输出端。TV应全绝缘,其一 次中性点不允许接地，而是通过高压电缆与发电机中性点联接起来。保护的交流接 入回路如下：
定子绕组
A B C
装置交流模件
专用TV
3U0
1 、发电机反时限对称过负荷保护
发电机反时限对称过负荷保护，是发电机定子的过热保护，主要 用于内冷式大型汽轮发电机。保护反映发电机定子电流的大小。 该保护由定时限和反时限两部分构成。
动作特性 当发电机的电流大于定时限动作整定值时，经延时发信号；而 大于反时限启动电流值时，保护的动作时间与电流大小成反比， 出口作用于解列或程序跳闸。
3）微机发电机定子接地保护
（1）基波零序电压式定子接地保护 保护范围为由机端至机内90%左右的定子绕组单相接地故障。保护接入3U0电压， 取自发电机机端TV开口三角绕组两端，或取自发电机中性点单相TV的二次。其交流 输入回路如图下。
装置交流模件
3U0
装置 交流 模件
逻辑框图
当零序电压式定子接地保护的输入电压取自机端 TV开口三角形绕组时，为确保TV一 次断线时保护不误动，需引入TV断线闭锁。可采用的保护逻辑框图如下。
U 3N
装置 交流 模件
3T U
三次谐波式定子接地保护的逻辑框图如图下。
信号
U 3T
U 3N
幅值 相位 比较
&
t
出口
TV断线
五、发电机失磁保护 1、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） 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。 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、发电机失磁后的机端测量阻抗 按失磁的物理过程的三个阶段，分别为等有功阶段、临 界失步点、异步运行阶段。对应这三个阶段，其机端测量 阻抗分别为：等有功阻抗圆，临界失步阻抗圆，异步运行 时的测量阻抗。
4、发电机失磁保护（阻抗原理） 微机型发电机失磁保护一般提供了两种原理的保护：阻抗原理 失磁保护 和新型逆无功原理失磁保护 （特别适合于无刷励磁的 发电机 ）。 正常运行时，若用阻抗复平面表示机端测量阻抗，则阻抗 的轨迹在第一象限（滞相运行）或第四象限（进相运行）内。 发电机失磁后，机端测量阻抗的轨迹将沿着等有功阻抗园进入 异步边界园内。 阻抗型失磁保护，通常由阻抗判据（Zg＜）、转子低电压判据 （Vfd＜）、机端低电压判据（Ug＜）、系统低电压判据（Un ＜）及过功率判据（P＞）构成。 保护输入量有：机端三相电压、发电机三相电流、主变高压侧 三相电压（或某一相间电压）、转子直流电压。
逻辑框图
为防止专用TV一次断线时保护误动，引入TV断线闭锁；另外，为防止区外故障或其他 原因（例如，专用TV回路有问题）产生的纵向零序电压使保护误动，引入负序功率方 向闭锁。负序功率方向判据采用开放式（即允许式）闭锁。保护的逻辑框图如下：
信号
3U 0 ＞3U 0h
&
出口
3U 0 ＞3U 0l (3U 0 3U 0l ) ＞ K z (U 0.3 U 0.3n )
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
IDZ.J
IDZ.J=f (Izh) Ibp=f (ID.max) IDZ.min Izh.e Izh.o ID.max
I1
I2
I1 I2
D2
I1 I2
I2
+2 D2
I1 I2
I2 I2 Wzh
信号 信号
发电机TA二次三相电流
t1
P＜Pl
机端TV二次三相电压
t2
出口
八、发电机过负荷及过电流保护 保护反映发电机定子电流的大小。当发电机定子电流超过额定电 流值（过负荷）或很大时（系统故障引起过电流），经延时动作 于信号（过负荷）或作用于切机（过电流）。 保护引入发电机电流（ TA 二次值）。保护可引入三相电流、或 只一相电流，在保护定义时确定。引入一相电流的保护，一般为 过负荷保护。引入三相电流的保护，一般为过流保护。
二、发电机纵联差动保护 作为反应发电机内部定子绕组及其引出线相间短路的主保 护 。目前大容量发电机组都是采用比率制动特性的纵联差动 保护。所谓比率制动特性就是指继电器的动作电流随外部短路 电流的增大而自动增大，而且动作电流的增大比不平衡电流的 增大还要快。这样就可避免由于外部短路电流的增大而造成继 电器误动作，同时对于内部短路故障又有较高的灵敏度。