发电机主设备保护

3. 发电机中性点经配电变压器高阻接地方式，利用接地电 阻达到抑制暂态过电压的作用。
曲线3—发电机中性点高阻接地 当选择 RN XC0 3
单相接地故障的暂态过电压不超过2.6pu
但会使接地故障电流大于 2 I C 4. 发电机中性点经消弧线圈接地方式，利用消弧线圈提供 的电感电流来补偿发电机的电容电流，达到抑制或减小单相 接地故障电流的作用。为避免发生传递过电压，消弧线圈必 须按欠补偿方式调整。
1 . 发电机中性点不接地
Z N 对于一台孤立发电机，
C t 0 则有，
US3
UN3

1 2
E3
若发电机与系统并列运行， C t 0 且中性点不接地，则有：
US3 UN3
2 . 发电机中性点经消弧线圈接地
ZNRLjwL
采用欠补偿方式， w L 1 3wC
即补偿系数 K wL/ 1 1 3wC
U op
0
50％
死区

100％
1. 发电机三相对地电容不对称，造成中性点产生位移电压
中性点不接地时，假设三相电势 E1 ,E2 ,E3 完全对称 ，而 C1C2 C3 ，则根据 KCL 定律，可有：
3
(Uon Ei) jwCi 0
i1
U onE 1C 1E 32C 2E3C 3C 1C 322C 3E 1
若不计电阻，消弧线圈以纯电感 L 表示，则有：
中性点
3
次谐波等效
容纳为：
1 GN3j(9wCg/23wL)
1
K wL/
1
3wC
3wL 1 9wC / 2
所以，中性点的 3次谐波等效阻抗仍为容性。
机端的 3次谐波等效阻抗也为容性，且电容值大于中性点侧。
因此，机端 与中性点侧的 3 次 谐波电压之比
发电机中性点经消弧线圈接地必须采用欠补偿方式
主变高压侧发生接地故障时，故障点零序电压 U0H 经主变耦 合电容 CM 传递到发电机侧 :
Uog BU0H
B
CM
2CM (Cg Ct)(1K1)
补偿系数 :
K
wL 1
K >1欠补偿； K <1 过补偿； K =1 全补偿
3w(C g Ct )
U U B AD D ( E 1 B )E E A A U C D E C E A
U d0 ()1 3(U AD U B D U C)D E A
正常情况下: 发电机三相电压中的基波零序电压3U0很小； 单相接地故障时: 就出现3U0 ,其大小与故障点位置有关。
标积制动式纵差保护：
发电机机端和中性点侧 TA 二次电流分别为 I1 I2 二侧电流的标积定义为 I1 I2 cos
Id I1 I2
Ires I1 I2 co1s8 (0 ),
0
,
co1s8 (0 )0 co1s8 (0 )0
2. 单元件横差保护
适用于具有多个分支的定子绕组且有两个以上中 性点引出端子的发电机。 优点：接线简单，不平衡电流小，灵敏性高， 反应定子绕组匝间、相间及分支开焊故障。 注意滤除三次谐波电流引起的不平衡电流。 动作电流按躲过区外短路时最大不平衡电流整定
Iop (0 .2 0 0 .3)I0 gn n a
发电机横差保护：
发电机定子绕组 匝间短路 的主保护。
1. 裂相横差保护
（1）同相同分支发生匝间短路 α越大，环流越大，继电器的电流越大； α越小，环流越小，继电器的电流越小, 有死区。
（2）同相不同分支发生匝间短路 α1≠α2 时，产生两个环流 α1＝α2 时，无环流，保护出现死区。
每相分别装设 TA（6个）和继电器（3个） 缺点：接线复杂，不平衡电流大；
一、基波零序电压定子绕组单相接地保护
适用：发电机变压器组单元接线
故障点基波零序电压为： U0 En
基波零序电压保护动作判据为：
3U0 Uop
动作电压 U op 按躲过正常运行时可能 出现的最大不平衡电压。
Uop KrelUunb
U u n b 受如下几个因素的影响 ：
3U0V
100
50
Id I1I2 Ires12(I1I2)
I d I o 0 p ,
I r eI r s0 es
I d K ( I r e I r s 0 e ) I s o .0 pI r e I r s 0 es
发电机纵差保护与变压器纵差保护的区别
1. 变压器各侧额定电压电流不同，各侧TA不同型，纵差 保护的 不平衡电流相对较大；
EA j3wCgRf
U 0 G E A U 0 G j3 w C gR f
当 0 Rf 地电位在以AO为直径 的半圆弧上 。
A相金属性短路时，非故障相电压 升高 1.732 倍。但不是最大的稳态 过电压。分析表明最大值可能达到 1.82倍。
定子绕组内部任一点发生金属性接地故障
α
发电机端各相对地电势：
C i
C i
i1
i1
若中性点经消弧线圈接地时，根据 Thévenin theory
加入消弧线圈后，中性点电压为：
1
U0
gL

1 jwL
1 1
Uon

Uon Vc jd
j3wC0
gL

1 jwL
U0
Uon Vc2 d2
其中，
Vc 13w21LC0 d gL
U S3 1 U N3
综上表明：在正常运行情况下，发电机中性点不接地或 经消弧线圈接地时，均有如下关系：
U S3 1 U N3
当发电机定子绕组在距中性点α 处发生金属性单相接地 时，无论中性点是否接有消弧线圈，均有 ：
2Байду номын сангаас 发电机的纵差和横差保护
保护范围：发电机定子绕组及引出线的相间短路的主保护。
正常运行或外部故障情况下，流入差动继 电器的电流为0，内部故障时为故障电流。
比率制动式纵差保护：
发电机正常运行，差动回路不平衡电流 较小，随着外部短路电流的增大，不平衡电 流相应增大，为防止保护误动，通常采用比 率制动式纵差保护 。
发电机的不正常工作状态：
a、定子绕组过负荷； b、转子表层过热； 由于外部不对称短路或系统非全相运行出现负序电流引起。 c、定子绕组过电压； d、发电机逆功率运行（主汽门突然关闭，转为电动机） ； e、励磁回路过负荷和过励磁； f、 发电机频率上升或下降； g、发电机与系统之间失步；
发电机保护配置：
3U0V
100
50
U op
0
50％
死区

100％
二、利用三次谐波电压的定子绕组单相接地保护
由于发电机气隙磁场的非正弦波，在三相定子绕组中将感应 产生各种谐波电动势，如3，5，7次谐波，使发电机三相电 压偏离正弦波形，为此电机制造厂家采用短距绕组和分布绕 组来最大限度减小或消除5，7次谐波，3次谐波不影响线电 压波形，且铁芯的局部饱和也是不可避免，因此发电机三相 电压中，总是或多或少的存在3次谐波成分。
（当基波零序电压保护灵敏度受到影响时，可考虑增 设主变高压侧基波零序制动电压）
3.发电机自身三次谐波电压（具有零序电压性质）的影响，应 装设三次谐波阻波环节（三次谐波过滤器）。
4.发电机三相电势的不对称或TV传变特性误差产生的零序基波 不平衡电压。
缺点：一般能够保护 85% 以上的定子接地故障，但靠近中性 点部分有一定的保护死区。
纵向零序电压保护：
TV0
纵向零序电压保护
定子绕组发生匝间短路时，均会出现纵向不对称， 产生纵向零序电压。通过装设专用电压互感器，互感 器一次中性点与发电机中性点直接相连，而不允许再 接地，在互感器开口三角形绕组取得纵向零序电压。
6.3 发电机定子绕组单相接地保护
定子绕组单相接地故障一般是由定子线圈与铁芯之间的绝 缘损坏引起的。大型发电机组定子绕组对地电容较大，发生接 地故障时，接地电容电流比较大，可能使定子铁芯烧坏，故障 点会出现局部弧光过电压，可能导致发电机绕组的多点绝缘损 坏，使得故障扩展成为危害更大的相间或匝间短路故障 。
完全纵差保护与不完全纵差保护的区别
发电机完全纵差保护，是发电机相间故障的主保护。由 于差动元件两侧TA的型号、变比完全相同，受其暂态特 性的影响较小。其动作灵敏度也较高，但不能反应定子 绕组的匝间短路及开焊故障；
不完全纵差保护除保护定子绕组的相间短路之外，亦能反 应定子绕组开焊及某些匝间短路。但是，由于在中性点侧 只引入其一分支的电流，故在整定计算时，应考虑各分支 电流不相等产生的差流。另外，当差动元件两侧TA型号不 同及变比不同时，受系统暂态过程的影响较大。
2. 变压器纵差保护对绕组的匝间短路具有一定的保护作 用（铁心磁路耦合），而发电机纵差保护对定子绕组 匝间短路完全没有保护作用；
3. 变压器纵差和发电机纵差均对绕组的开焊故障没有保 护作用，需要配置其它保护方式；
4. 发电机纵差保护严格符合KCL定律，而变压器纵差保 护其保护区内不仅有电路联系，而且还包含磁路的联 系，存在励磁涌流问题；
如果采用 K <1 过补偿； 1-(1/K )<0 可能使 B 趋近无穷大， 产生传递过电压。
机端经过渡电阻发生接地故障
1 ( E A U 0 G ) ( R f jw C g ) ( E B U 0 G )jw C g ( E C U 0 G )jw C g 0
U0G
1
电力系统主设备保护（2） -- 发电机保护
1. 发电机的故障、不正常工作状态及保护方式
发电机的故障类型：
a、发电机定子绕组相间短路（d1故障）；－最常发生 b、发电机定子绕组匝间短路
（1）绕组同相同分支匝间短路（d2故障） ； （2）绕组同相不同分支匝间短路（d3故障） ； c、发电机定子绕组单相接地短路； d、发电机转子励磁回路一点或两点接地（d4故障） ； e、失磁（低励）故障。