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。

常用保护方式：基波零序电压（90％）、零序电流、三次谐波零序电压（100％），牛一采用95%定子一点接地（3U0）规程：与母线直接连接的发电机：当单相接地故障电流(不考虑消弧线圈的补偿作用)大于允许值时，应装设有选择性的接地保护装置。

保护装置由装于机端的零序电流互感器和电流继电器构成，其动作电流躲过不平衡电流和外部单相接地时发电机稳态电容电流整定，接地保护带时限动作于信号，但当消弧线圈退出运行或由于其它原因，使残余电流大于接地电流允许值时应切换为动作于停机。

发电机变压器组：对100MW 以下发电机应装设保护区不小于90%的定子接地保护，对100MW及以上的发电机应装设保护区为100%的定子接地保护。

4、励磁回路接地保护作用：励磁回路一点接地故障对发电机并未造成危害。

但若继而发生两点接地将严重危害发电机安全。

规程：1MW及以下水轮发电机，对一点接地故障宜装设定期检测装置，1MW以上水轮发电机应装设一点接地保护装置，对旋转整流励磁的发电机宜装设一点接地故障定期检测装置。

一点接地保护带时限动作于信号，两点接地保护应带时限动作于停机。

5、失磁保护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些元件损坏或回路发生故障以及误操作等。

为防大型发电机低励(励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流)或失去励磁(励磁电流为零)后，从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响。

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，以保证发电机和系统的安全。

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、发电机自同步并列及发电机低励磁(同步)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。

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。

对于容量在100MW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。

规程：100MW以下不允许失磁运行的发电机，当采用半导体励磁系统时宜装设专用的失磁保护；100MW以下但失磁对电力系统有重大影响的发电机，及100MW及以上发电机应装设专用的失磁保护，对600MW 的发电机可装设双重化的失磁保护。

6、定了绕组过电流保护作用：当发电机纵差保护范围外发生短路，而短路元件的保护或断路器拒绝动作时，为了可靠切除故障，则应装设反应外部短路的过电流保护。

这种保护兼作纵差保护的后备保护。

规程：1MW以上的发电机宜装设复合电压(包括负序电压及线电压)起动的过电流保护；50MW及以上的发电机可装设负序过电流保护和单元件低压起动过电流保护；自并励发电机带电流记忆。

（牛一称为复压记忆过电流保护）7、过负荷保护作用：发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护。

中小型发电机只装设定子过负荷保护；大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。

规程：定子绕组非直接冷却的发电机，应装设定时限过负荷保护保护。

装置接一相电流动作于信号。

定子绕组为直接冷却且过负荷能力较低(例如低于1.5倍60s)的发电机，过负荷由定时限和反时限两部分组成。

8、负序过电流保护作用：电力系统发生不对称短路或者三相负荷不对称(如电气机车、电弧炉等单相负荷的比重太大)时，发电机定于绕组中就有负序电流。

该负序电流产生反向旋转磁场，相对于转子为两倍同步转速，因此在转子中出现100Hz的倍频电流，它会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热。

造成转子的局部灼伤，因此应装设负序电流保护。

中小型发电机多装设负序定时限电流保护；大型发电机多装设负序反时限电流保护，其动作时限完全出发电机转子承受负序电流而发热的能力(A)决定．不考虑与系统保护配合。

规程：50MW及以上,A≥10的发电机应装设定时限负序过荷保护；100MW及以上，A＜10的发电机应装设由定时限和反时限两部分组成的转子表层过热保护。

9、定于绕组过电压保护作用：中小型汽轮发电机通常不装设过电压保护。

水轮发电机和大型汽轮发电机都装设过电压保护、以切除突然甩去全部负荷后引起定子绕组过电压。

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能达到额定电压的1.3倍～1.5倍，持续时间达几秒之久。

如果这时自动励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。

发电机主绝缘工频耐压一般为1.3倍额定电压，且持续60s，而实际运行中出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。

规程：对于水轮发电机应装设过电压保护；对于200MW及以上的汽轮发电机宜装设过电压保护。

10、其它保护：励磁变过电流保护及高周切机保护。

五、发电机保护动作方式跳发电机出口开关，关导水叶，灭磁。

六、牛一发电机共设有哪些保护1、纵差保护——本保护用于定子绕组及其引出线相间短路。

（保护范围：中点CT与机组出口CT之间），保护瞬时动作于跳闸、停机、灭磁。

2、横差保护——本保护用于定子一相绕组匝间及其相间短路故障的保护，该保护反映定子并联绕组之间的不平衡电流。

电流取自中性点CT，正常保护无时限，励磁回路一点接地后，横差增加短延时（0.5秒）。

保护瞬时动作于跳闸、停机、灭磁。

3、定子一点接地保护——本保护用于定子绕组及其引出线接地故障的保护。

该保护能对95%定子绕组接地故障构成保护，电压量取自电压互感器柜中的仪用PT（TV1）开口三角形，保护延时动作于报警。

4、转子一点接地保护——本保护用于发电机励磁回路一点接地的保护。

保护量取自大轴接地点与转子回路负极，保护延时动作于报警。

注：以上四种保护与励磁变过流I段、II段、III段均在保护屏MGT102发电机差动保护控制箱内。

5、复压记忆过电流保护——作为发变组的后备保护，电流取自中性点CT，电压量取自电压互感器柜中的仪用PT（TV1），第一时限（3.8秒）跳主变110kv侧断路器，第二时限（4.1秒）动作于发电机跳闸、停机、灭磁。

6、失磁保护——本保护用于发电机励磁电流异常下降和完全失去励磁故障的保护。

保护检测静稳边界，转子电压，定子电流等。

电流取自中性点CT，电压量取自电压互感器柜中的仪用PT（TV1），还有一路电压量取自转子回路电压，带时限动作于发电机跳闸、停机、灭磁。

7、负序过电流保护——本保护用于发电机转子表面过热保护。

反映发电机负序电流。

电流取自中性点CT，3.6秒跳主变110kv侧断路器。

8、定子过电压保护——本保护用于定子过电压故障的保护。

电压量取自电压互感器柜中的仪用PT（TV1），0.5秒动作于发电机跳闸、停机、灭磁。

9、励磁变过电流保护——本保护用于保护励磁变压器绕组及高低压侧引线相间短路故障。

电流取自励磁变高压侧CT，带延时动作于发电机跳闸、停机、灭磁。

10、高周切机保护——本保护用于保护系统频率过高。

电压量取自电压互感器柜中的仪用PT（TV1），当机组频率达52Hz时，延时0.3s跳机组出口开关。

备注：两台机运行时只需投一台机的高周切机压板；若单机运行时高周切机压板退出。

11、过负荷保护——本保护用于发电机过载运行。

电流取自中性点CT，保护延时动作于信号。

12、电压互感器、电流互感器断线——本装置用于检测保护用电压互感器一次侧或二次侧断线（包括熔断器熔断）和电流互感器二次侧开路，其动作于报警。

同时闭锁可能造成误动作的保护，如差动、失磁保护等。