03发电厂电气设备保护(Ch03发电机保护-2)Y
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。
发电机保护原理范文
发电机保护原理范文发电机是一种将机械能转换成电能的设备，广泛应用于各个领域。
为了保证发电机的运行安全，减少故障发生，可以采取一系列的保护措施。
发电机保护通常包括电气保护和机械保护两个方面，其中电气保护是保护发电机绝缘的主要手段。
发电机电气保护主要涉及以下几个方面。
1.过电流保护过电流是指电流超过设定值。
发电机的过电流保护主要是考虑发电机的过载和短路问题。
过载是指输出功率超过发电机耐受能力的情况，而短路则是指电路中的电压直接接地或者两点之间电阻极低，导致电流激增。
过电流保护可以通过安装过电流继电器实现，继电器会在电流超过设定值时触发断路器或者切断电源，以避免发电机受损甚至引发火灾。
2.过压保护过压是指电压超过额定值。
发电机过压保护通常是为了避免绝缘击穿和设备损坏。
当电压超过额定值时，过压继电器会切断发电机的输出，保护发电机和其他设备的电气安全。
3.欠压保护欠压是指电压低于额定值。
发电机欠压保护是为了避免设备因电压不足而无法正常工作。
电压过低可能导致设备损坏，欠压继电器可以在检测到电压低于一定值时，切断电源，停止供电。
4.不平衡保护发电机的不平衡保护主要是为了检测三相电压之间的不平衡，以避免设备过热和损坏。
当发电机输出的三相电压之间不平衡时，不平衡保护继电器会触发，切断发电机的输出，以保证设备的安全运行。
5.欠频和过频保护发电机的频率是其稳定运行的重要指标之一、欠频保护和过频保护分别是为了检测发电机输出频率是否超过或者低于额定值。
当频率超出范围时，相应的保护继电器会触发，停止发电机的输出，以防止设备过载或者过热。
总之，发电机保护原理主要是通过检测电流和电压等参数，以及检测电气系统的工作状态，对发电机进行全面的保护。
通过安装相应的保护装置和继电器，可以及时切断电源，保证设备的安全运行，同时减少设备的损坏和维修成本。
发电机保护原理不仅可以提高发电机的可靠性和工作效率，还能保证电力系统的安全稳定运行。
发电机保护常识知识点总结
发电机保护常识知识点总结发电机保护常识知识点总结发电机作为电力系统的重要组成部分，起着将机械能转化为电能的关键作用。
为了确保发电机的正常工作和延长其使用寿命，发电机保护显得尤为重要。
以下是一些关于发电机保护的常识知识点的总结。
一、过电压保护过电压是指发电机的电压超过额定值的情况。
过电压不仅会对发电机本身造成损坏，还会对连接在发电站和变电站的其他设备造成损害。
发电机过电压的原因可以是系统故障、电源切换、过电流、电网故障等。
针对过电压，常见的保护方式有电压继电器和电压保护装置。
电压继电器主要用于监测发电机的电压，当电压超过设定值时，电压继电器会触发相应的保护动作，例如切断电源或引导过电压。
电压保护装置可以检测到发电机输出电压超过限定值的情况，并及时采取措施来保护发电机。
例如，可以通过投入空载运行的变压器来降低发电机的电压。
二、过电流保护过电流是指发电机的电流超过额定值的情况。
过电流可能会在发电机负荷过重、短路故障、绝缘损坏等情况下发生。
过电流保护的目的是保护发电机和电力系统中的其他设备，防止过电流引发故障和损坏。
常见的过电流保护方式包括电流继电器和差动保护。
电流继电器使用电流互感器来监测发电机的电流。
当电流超过设定值时，电流继电器会发送信号触发保护动作，例如切断电源或引导过电流。
差动保护比电流继电器更为精确，它可以同时检测到发电机的输入和输出电流的差异。
如果差异超过设定值，差动保护将触发相应的保护动作。
三、频率保护频率是发电机运转状态的一个重要指标。
频率变化可能是由于发电机负荷突变、电网故障、发电机转速变化等原因引起的。
频率过高或过低都可能对发电机和连接设备造成损坏。
频率保护的主要目的是监测发电机频率的变化并触发相应的保护动作。
常见的频率保护装置有频率继电器和频率保护装置。
频率继电器通过监测发电机的输出频率来保护发电机。
一旦频率超出设定范围，频率继电器会触发保护动作。
频率保护装置可以通过调整发电机与电网之间的连接方式来稳定频率。
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。
发电机保护详细讲解ppt
设备安装
严格按照设备说明书和相关规范进 行设备的安装和调试，确保设备的 正常运行。
设备维护
定期对设备进行维护和检修，确保 设备的稳定性和可靠性。
设备升级
根据需要和技术发展，及时对设备 进行升级改造，提高设备的性能和 可靠性。
THANK YOU.
护装置动作。
过流保护
监测发电机定子电流，当电流超 过设定值时，保护装置动作。
欠压保护
监测发电机定子电压，当电压低于 设定值时，保护装置动作。
发电机的保护装置应用
大型发电机组
大型发电机组需要配置完善的保护装置，以确保电力系统的稳定 运行。
工业用电
工业用电需要保证电力质量，因此需要对发电机进行保护，防止 故障发生。
及对整个发电机保护系统的检查和测试。
03
维护周期
发电机的保护维护一般应定期进行，根据发电机的运行状况和实际需
要，可制定合理的维护计划，一般建议每季度进行一次全面的检查和
维护。
05
发电机保护故障诊断与排除
发电机的保护故障诊断
异常声音
发电机运行时出现异常声音，可能是由于轴承损 坏、转子不平衡、空气间隙不均匀等原因引起的 。此时，应立即停机检查，排除故障。
发电机的电气保护
短路保护
01
发电机短路可能导致设备损坏或火灾，因此需要快速切断电源
。
过载保护
02
发电机过载会导致设备过热，影响正常运行，严重时可能造成
火灾。
欠压保护
03
发电机欠压会导致输出功率不足，不能满足负荷需求，因此需
要采取保护措施。
发电机的热保护
温度监控
实时监测发电机的温度，发现 异常及时采取措施。
发电机保护说明
1. 误上电保护误上电保护:发电机盘车时，未加励磁，断路器误合，造成发电机异步起动。
（2）发电机起停过程中，已加励磁，但频率低于一定值，断路器误合。
3）发电机起停过程中，已加励磁，但频率大于一定值，断路器误合或非同期。
300MW及以上发电机组，一般都要装设误上电保护，以防止发电机起停机时的误操作。
当发电机盘车或转子静止时发生误合闸操作，定子的电流（正序电流）在气隙产生的旋转磁场会在转子本体中感应工频或接近工频的电流，会引起转子过热而损失。
发电机盘车或转子静止时突然并入电网，定子电流（正序）在气隙产生旋转磁场会在转子本体中感应工频或者接近工频的电流，其影响与发电机并网运行时定子负序电流相似，会造成转子过热损伤，特别是机组容量越大，相对承受过热的能力越弱。
误上电保护原理是将误上电分成两个阶段。
以开机为例，第一阶段：从开机到合磁场开关。
在这期间，由于无励磁，发电机不可能进行并网操作，因此要求发电机断路器合闸和定子有电流，则必然为误上电，瞬时跳闸；第二阶段：从合磁场开关到并网。
在这期间，用阻抗元件来区分并网和误上电，误上电一般可做到0.5s内跳闸，并且误上电情况越严重，跳闸也越快。
误上电保护在发电机并网后自动退出运行，解列后自动投入运行。
保护引入发电机三相电流和主变高压侧或者发电机侧两相电流和两相电压2.启停机保护: 发电机启动或停机过程中，配置反应相间故障的保护和定子接地故障的保护。
由于发电机启动或停机过程中，定子电压频率很低，因此保护采用了不受频率影响的算法，保证了启停机过程中对发电机的保护。
以上的启停机保护的投入可经低频元件闭锁，也可经断路器位置辅助接点闭锁，具有发电机无励磁状态下定子绝缘降低检测功能，测量原理与频率无关3.程序逆功率：指主气门关闭后，逆功率才会起作用，前提有一个主气门关闭的条件（关闭的接点串入逆功率动作的回路）。
这种多数用在正常停机或汽机先跳的时候。
时间较短，我们定为3秒钟。
4.逆功率：没有前提条件，只要发生逆功率了，延时到了就跳闸。
发电机保护概要介绍UM
发电机保护概要介绍UM发电机是电力系统中最重要的设备之一，它能够将机械能转化为电能，是电力生产的核心。
然而，在发电机运行过程中，可能会遭受多种故障，例如过流、过温、过压等，这些故障不仅会造成发电机本身的损坏，还会对电力系统的正常运行造成威胁。
因此，发电机保护显得尤为重要，本文将介绍一些发电机保护的基础知识。
什么是发电机保护？发电机保护是指在发电机运行过程中，检测并及时处理各种可能的故障，保护发电机的安全运行，避免故障影响电力系统的正常运行。
发电机保护系统主要包括测量、判断、显示、控制与操作等若干功能，对于发电机的故障进行监测、判断、处理和记录。
发电机保护系统的主要功能发电机保护系统的主要功能是对发电机进行保护，避免发电机在运行过程中受到损坏，从而保障电力系统正常运行。
发电机保护系统主要包括以下几个方面的功能：相间短路保护相间短路是发电机常见的一种故障，可能会导致发电机电气损坏或者发电机承受过高的机械负荷。
因此，发电机保护系统必须具备相间短路保护功能，及时切断故障电路，避免故障继续扩大。
地故障保护地故障是指发电机与地之间出现短路或接地故障。
由于地故障电阻较小，发电机会承受过大的电流，导致电气损坏或者机械损坏。
因此，发电机保护系统必须具备地故障保护功能，及时把故障电路切断，避免故障产生更大的影响。
过电流保护发电机过电流是指发电机电流超过额定电流的上限值，可能会导致发电机电气损坏或者机械损坏。
因此，发电机保护系统必须具备过电流保护功能，及时把故障电路切断，避免故障产生更大的影响。
过温保护发电机过温是指发电机温度超过额定温度的上限值，可能会导致发电机绝缘层老化、变形、龟裂等问题。
因此，发电机保护系统必须具备过温保护功能，及时把故障电路切断，避免故障产生更大的影响。
过压保护发电机过压是指发电机电压超过额定电压的上限值，可能会导致发电机电气损坏或者机械损坏。
因此，发电机保护系统必须具备过压保护功能，及时把故障电路切断，避免故障产生更大的影响。
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。
发电厂电气设备保护Ch变压器保护Y
IdId0,
Ir Ir1
IdK1(IrIr1)Id0,
Ir1Ir Ir2
IdK2(IrIr2)K1(Ir2Ir1)Id0, Ir Ir2
(4-2-1)
上述比率制动判据的特性如图4-2-1所示，并且它建 立在下述假设条件基础上。
(纵联)电流差动保护 (重、轻)瓦斯保护 接地中性点零序电流保护、零序电压保护以及放电间隙的
零序电流保护 过励磁保护 后备保护——(低压/复合电压)过电流保护或阻抗保护 过负荷保护 反应变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障的相应
保护
§4.2 变压器内部短路的差动保护
4.2.1 变压器差动保护的基本原理
(7)TA严重饱和引起的暂态不平衡差流
2.励磁涌流及其制动措施 某种理想情况下，三相电力变压器空投涌流波形如下。
i A
2 4
2
t
3
3
i B
i C
(a)
i Ar
iBr
2
t
(c)
2
t
2
t
(b)
iCr
(d )
图4-2-2 理想情况下三相电力变压器空投励磁涌流的波形 (a)各绕组励磁涌流波形；(b)、(c)、(d)两两绕组励磁涌流之差的波形
譬如，就主变差动保护而言，我们可以取机端侧(I低2 N 压B 侧)
为基准侧,其二次电流额定值作为基准电流,记为 ；而
将定差值动为保I 2护N ，的则其待它折各算侧侧作电为流待平折衡算系侧数，为并设其二次电流额 Kba＝ l I2NB/I2N
求出各侧电流平衡系数后，将各侧电流与其对应的平衡系 数相乘即可实现电流平衡的自动调整。
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
汽油发电机组的电器保护说明书
汽油发电机组的电器保护说明书一、引言感谢您购买我们公司生产的汽油发电机组。
为了确保您的使用安全和正常运行，特别编写本电器保护说明书，详细介绍电器保护系统的相关事项。
二、电器保护系统概述1. 电器保护系统是为了保护汽油发电机组的电器设备不受过电流、过热和过载等不利因素的影响，保证设备的长期稳定运行和使用寿命。
2. 电器保护系统包括过电流保护、过热保护、过载保护等功能，通过相应的装置和机构来实现。
三、过电流保护1. 过电流保护装置能够对发电机组电路中的过电流情况进行监测和保护。
2. 当电路中出现过电流情况时，过电流保护装置将自动切断电源，避免电器设备损坏和事故的发生。
3. 汽油发电机组的过电流保护装置可设置为电子式或熔断器式，具体型号请参照发电机组使用说明书。
四、过热保护1. 过热保护装置是为了防止发电机组的电器设备因过热而损坏。
2. 当电器设备温度超过额定温度时，过热保护装置将自动切断电源，以防止设备过热引发事故。
3. 过热保护装置通常由温度传感器、断路器或继电器等组成，具体安装和使用方法请参照发电机组说明书。
五、过载保护1. 过载保护装置是为了防止发电机组的电器设备因过载而损坏。
2. 当电器设备电流超过额定电流时，过载保护装置将自动切断电源，保护设备免受损坏。
3. 过载保护装置通常由电流传感器、保护继电器或断路器等组成，具体安装和使用方法请参照发电机组说明书。
六、常见故障排除1. 故障：电器保护装置频繁跳闸。
解决方案：检查电器设备是否正常工作，是否有过电流、过热或过载等问题。
2. 故障：电器设备异常发热。
解决方案：检查过电流保护装置、过热保护装置和过载保护装置是否正常工作，是否需要更换或修理。
3. 故障：电器设备失去供电。
解决方案：检查电源线路和插头是否松动或损坏，重新连接或更换电源线路和插头。
七、注意事项1. 在使用过程中，避免发电机组长时间超负荷运行，以免导致过热和过载等问题。
2. 定期检查和维护电器保护装置，确保其正常工作和灵敏度。
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。
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。
变压器、发电机、发电机组保护
变压器、发电机、发电机组保护变压器：主保护：瓦斯保护、差动保护瓦斯保护，属于机械保护，用于保护变压器内部故障，又分轻瓦斯和重瓦斯之分，轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于掉闸，动作原理是变压器内部短路过热产生气体，气体由于密度较轻聚集于变压器上部，上部空气增多则对变压器油产生向下的压力使油的液面下降，油杯浮力减小随着油面下降致使接触节点轻瓦斯动作，重瓦斯与之原理相同，只是重瓦斯油杯处于轻瓦斯油杯下方，只有更大事故的才能启动。
差动保护：变压器差动保护是在变压器一次侧、二次侧各装一个CT，由于大部分变压器是星角接线，所以两个CT要求是角星接线，这样才能使输出的相位、电压等数据具有可比性（主要是由于变压器星角接线后一次侧、二次侧会产生30°的相角差）。
外部故障时，变压器两侧同时变化则保护不会动作，内部故障时两侧产生变化则引起差动动作。
后备保护：主要包括过电流、复合电压起动的过电流保护和负序电流保护。
后备保护需要有一定时限，也就是说不能在主保护无故障时提前动作，要滞后于主保护的动作时间。
三种后备保护只是灵敏度不同，所以三种后备保护不一定要全部使用，其中过电流保护最简单，多用于保护普通的降压变压器，动作原理简单，就是当电流超过一定数值时引起保护动作（不是根据短路电流整定的数值，而是根据一定的过电流数值整定的），复合电压起动的过电流保护是用于保护升压变压器及当过流保护灵敏度不够时的降压变压器，引起保护动作的条件不仅仅是过电流还有低电压，当同时满足两个条件时保护才能动作，这样就可以减少误动的机会，负序电流保护用于保护大容量变压器或者联络电压器，是将负序电流整定出来，正常情况下负序电流为零，当发生非三相短路的任何故障时负序电流都有变化，则保护可以启动，因此加装一个单相低电压起动的过电流保护装置就可以实现保护的目的，总体来说三种保护可以说一个比一个高级，但反过来说一个比一个复杂，投资也是不一样的，因此要实际考虑变压器的重要性来选取保护，另外保护越复杂则接线越多，可靠性就得不到保证，所以要权衡利弊。
发电机保护的课程设计
发电机保护的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解发电机的构造、原理及在电力系统中的作用；2. 学生能够掌握发电机保护的基本概念、分类及重要性；3. 学生能够了解不同类型的发电机保护装置及其工作原理；4. 学生能够掌握发电机保护参数的整定方法和原则。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识分析发电机运行中可能出现的故障，并提出相应的保护措施；2. 学生能够运用发电机保护装置进行模拟操作，提高实际操作能力；3. 学生能够通过查阅资料、开展讨论等方式，解决发电机保护方面的问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生关注能源利用和电力设备安全保护的责任意识；2. 培养学生勇于探索、合作学习的科学精神；3. 增强学生对我国电力行业的认同感，激发为电力事业做出贡献的意愿。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为电气工程及其自动化专业课程，具有较强的理论性和实践性。
学生处于大学本科阶段，具有一定的电气基础知识。
教学要求注重理论与实践相结合，通过课程学习，使学生掌握发电机保护的基本知识，提高实际操作能力。
课程目标分解为具体学习成果：1. 学生能够阐述发电机的构造、原理及作用；2. 学生能够列举并解释发电机保护的基本概念、分类及重要性；3. 学生能够通过案例分析，提出合理的发电机保护措施；4. 学生能够完成发电机保护装置的模拟操作；5. 学生能够撰写关于发电机保护的课程论文，展示所学知识。
二、教学内容1. 发电机基本构造与原理- 发电机结构与部件功能- 发电机工作原理及运行特性2. 发电机保护概述- 保护的基本概念及分类- 发电机保护的重要性- 常见故障类型及其危害3. 发电机保护装置及其工作原理- 主保护装置：差动保护、绕组温度保护等- 后备保护装置：过电压保护、低电压保护等- 辅助保护装置：励磁系统保护、冷却系统保护等4. 发电机保护参数整定- 参数整定的原则与方法- 整定计算实例分析5. 发电机保护案例分析- 典型故障案例分析- 故障原因分析及保护措施6. 发电机保护模拟操作- 模拟操作流程- 操作注意事项7. 发电机保护课程论文- 论文选题与要求- 论文撰写指导教学大纲安排与进度：第一周：发电机基本构造与原理第二周：发电机保护概述第三周：发电机保护装置及其工作原理第四周：发电机保护参数整定第五周：发电机保护案例分析第六周：发电机保护模拟操作第七周：发电机保护课程论文撰写与交流教学内容关联教材章节：《电力系统继电保护》第三章：发电机保护《电气设备运行与维护》第四章：发电机保护装置的运行与维护《电力系统自动化》第五章：发电机保护与控制教学内容确保科学性和系统性，结合课程目标，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
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3.2.1 大型水轮发电机定子绕组基本结构形式
1.定子绕组基本结构 大型水轮发电机定子绕组多采用多分支回绕式双层波绕 组或叠绕组结构。 波绕结构机组举例： 三峡右岸：Alstom（ABB）电机六分支、东方电 机五分支机组、哈尔滨电机八分支； 三峡左岸：VGS(Siemens)电机五分支、Alstom (ABB)电机五分支。 叠绕结构机组举例： 瀑布沟电站：东方电机六分支； 柘溪扩建：天津阿尔斯通电机四分支。
图9.8 三峡左岸ABB差动保护 判据原理
3.2.4
总
结
1 大型多分支水轮发电机定子绕组一般采用双层回叠叠 绕或者波绕，可能发生的短路故障需要结合定子绕组 图进行分析，并作为主保护配置研究的基础。 2 如何合理地选择保护及其组合形式（零序横差、裂相 横差、完全纵差、不完全纵差保护等）和中性点侧分 支引出方式，需要进行发电机内部短路故障暂态仿真 计算和保护配置分析。 3 在发电机内部短路故障集中，可能存在小匝差匝间短 路故障，容易形成保护死区。研究表明，很多情况下， 各种主保护判据中，为躲过不平衡电流而设定的定值 门槛并不能确保所有小匝差短路故障全部动作。
4 差动保护判据中常用的比率制动特性和标积制动特性 其实质原理是一致的，两套判据可以互推演化。
5 三峡左岸电站中：(1)ABB保护所采用的带切换制动区 的标积制动式差动保护特性；(2)SIEMENS保护所采用 的带附加制动区的比率差动保护特性，均有利于避免 外部故障引起大穿越电流导致TA严重饱和而形成的不 平衡差流，防止保护误动，值得借鉴。
3168
3.2.2 大型发电机主保护配置方案
1.主保护配置基本形式 多分支水轮发电机定子绕组不同的结构导致了不同的主保 护接线形式，中性点侧分支引出方式和保护配置如何选择需要 经过详细的仿真计算分析。
A
A相 分支 组1 CT1
B
B相 分支 组1
CT4
C
C相 分支 组1
CT7
A
CT1 A相 A相 A相 分支 分支 分支 组1 组2 组3
大型发电机变压器组继电保护概论
第三章 大型发电机保护引论
尹项根， CEEE HUST，2006
Chapter 3 大型发电机继电保护引论
§3.1大型发电机的故障类型与保护配置
（大型发电机的故障形式和相应的保护配置；各种系统异常 工况或调节装置故障和相应的保护配置）
§3.2 巨型水轮发电机定子绕组及主保护配置
图9.4 引出两个中性点时的配置情况
图9.5 引出三个中性点时的配置情况
2.主保护优化选择方法
建立暂态仿真模型 求解回路参数 绕组结构分析 短路故障集的生成
计算故障集内故 障暂态电气特性 最优保护 配置下TA 型式、变 比、定值 的推荐 各种初步选定分支 组合方式下，保护 动作情况的计算、 统计和分析 最优分支组合方 式和主保护配置 方案的选定 初步选定几种 中性点侧的分 支组合方式
比率制动式电流差动保护的基本判据形式为：
I K I I I1 2 1 2 2
（9.1）
标积制动式电流差动保护的基本判据形式为：
I 2 S I I cos I1 2 1 2
ห้องสมุดไป่ตู้
（9.2）
比率制动和标积制动的统一性问题 比率制动式——
K I1 I 2 I1 I 2 2
图9.6
主保护配置方案选优实现思路
3.2.3 大型发电机差动保护(以裂相横差为例)
1.裂相横差保护基本原理和构成 A
1 2 3 4 5 6 1 2 3 4
A
5 6
(a)电平衡方式 图9.7
(b)磁平衡方式 裂相横差保护原理图
问题：对于分支数为奇数时应如何处理？
2.比率制动和标积制动 规定两侧测量电流和的假定正向均指向被保护设备。
（大型发电机定子绕组基本特点；大型发电机主保护配置方 案；大型水轮发电机差动保护；结论）
§3.1 大型发电机的故障类型与保护配置
1. 大型发电机的主要故障形式和相应的保护配置
(1) (2)
(3)
(4)
(5)
定子绕组相间短路故障：瞬时动作的纵联差动保护； 定子绕组匝间短路故障： 瞬时动作的专用匝间短路保护 (纵向零序电压、零序横差、裂相横差、不完全纵差、转 子二次谐波电流、负序方向)； 定子绕组单相接地故障： 100％定子绕组接地保护(基波 零序电压、三次谐波零序电压、外加低频电源注入式)； 发电机转子绕组及励磁回路接地故障 ：转子绕组一点接 地和两点接地保护(乒乓切换式、外加电源注入式) ； 发电机失磁或部分失磁故障：低励、失磁保护。
540 510 630 510
930 690 158 4 690 100 2 568
330 780 432 780
4680 4140 6174 4140
5940 5610 8190 5610
瀑布沟DFEM
柘溪ALSTOM
600
250
312
260
48
20
180
240
540
528
42
8
3816
2592
4860
(1)
§3.2 巨型水轮发电机定子绕组及主保护配置
基本特点和要求 (1)发电机定子绕组内部短路故障破坏性极强，即使很小匝 数的匝间短路，因此研究高灵敏度的主保护原理及配置 方案显得尤有必要； (2)大型水轮发电机定子绕组一般采用多分支结构，结构复 杂，保护难度大； (3)主保护配置方案的选择不可能通过真机试验来确定，因 此需要进行故障暂态仿真和模拟机组动态实验研究； (4)对发电机定子绕组结构进行详细的分析并确定其可能发 生的各种内部短路故障的形式及特征，是发电机主保护 分析和定子内部故障暂态仿真的基础；
图9.1
Alstom（ABB）发电机定子绕组展开图
回叠叠绕结构示例 例：瀑布沟600MW发电机组
定子铁芯540槽、每相6分支并联、每分支30匝。 绕组形式：以A1分支为例，（-4，4，-4，3， -4，4，-4，3 ）
重复绕行至中性点 A1 分支机端
A4(1) A3(1) A2(1) A1(1) 526 537 4 8 A4(2) 15
（9.4）
——即将比率制动转化为标积制动形式。 结论：比率制动与标积制动形式实质是统一的。
问题：如何在物理上作出统一性的解释？
3.三峡左岸电站ABB差动保护特点
三峡左岸电站ABB发电机裂相横差保护和完全纵差保护采 用的是一种带附加抗TA饱和制动区的标积制动判据。 当IH/IN>b， 且I1/IN和I2/IN大 于b时，变为一条90度的直线； 如果有一个绕组的电流小于设 定的b(b=1.5)值时，其动作特性 按照常规的两折线形式确定。 优点：通过附加垂直直线形成 的制动区以躲过由外部故障下大 穿越电流导致TA饱和时可能引起 的误动。问题：如何理解内部故障？
B
CT5
C
CT9
A相 分支 组2
B相 分支 组2
C相 分支 组2
B相 B相 B相 分支 分支 分支 组1 组2 组3
C相 C相 C相 分支 分支 分支 组1 组2 组3
CT2
CT3
CT5
CT6 CT01
CT8
CT9
CT2
CT3 CT4
CT6
CT7 CT8 CT02
CT10 CT11 CT12
CT01
回叠波绕组结构示例 例：三峡左岸Alstom机组
定子铁芯540槽、每相5分支并联、每分支36匝。 绕组形式：进5匝退4匝（+5，-4，+5，-4，+5，-4，+5，-4）
第6匝 第5匝 第7匝 第4匝 第8匝 第3匝 第9匝 第2匝 第1匝
362
356
349
匝 尾
匝 首
槽号增加方向 槽号增加方向 重复绕行至中性点 A1分支机端 完整的正向绕行1匝
A3(2) A2(2)
槽号增加方向
A1(2) 18
匝 首
匝 尾
负向绕行4匝 正向绕行3匝 正向绕行4匝
负向绕行4匝
完整的正向绕行1匝
图9.2
瀑布沟发电机定子绕组展开图
2.定子绕组结构的特点及对保护的影响
对于带回绕的波绕结构，其回绕形式使得各种同相同 分支匝间短路故障的匝差可能存在很大差异； 但对叠绕结构，由于匝号相邻的各匝定子线圈的分布 比较集中，因此其匝间短路故障匝差一般很小。
C2(43) C1(43)
C2(44) C1(44) B1(44) B1(43) B2(44) B1(42) B2(43) B2(42) B1(41) A1(42) A1(41) A1(44) A1(43) A2(42) A2(44) A2(43)
图9.4 柘溪发电机中性点处各匝电势图
表9.1 几种水轮发电机定子绕组内部短路故障统计
396
例如，瀑布沟同相同分支 匝间短路故障的匝差统计情况 中最大匝差不超过6匝，且大 部分为小匝差短路。 而这些小匝差故障容易导 致保护死区，应当予以注意。
1
378
234 186
60 2 3 4 5
60 6
图9.3 瀑布沟发电机匝间短路故障匝差统计
柘溪发电机还存在匝差为零匝的同相异分支短路故障，例 如A相第1分支和第2分支的第43匝短路（A1_43.0_A2_43.0）。 需要指出，由于柘溪发电机同相定子各分支的绕行方式并 不完全一致，这两个短路点的电位并不相等（但各分支所有匝 合成的相电势相等），其匝电势图如图所示，短路故障时有时 也会有比较明显的故障电气特性。
I1 I 2
2
K2 2 I1 I 2 4
注意到余弦定理
I 2 I 2 I 2 2I I cos I I 2 4I I cos I1 2 1 2 1 2 1 2 1 2