7.3发电机匝间短路保护
发电机匝间短路保护
由于发电机差动保护不能保护定子绕组匝间短故障，在发生匝间短路后，若不能及时处理，则可能发展成为相间故障，造成发电机重大损坏，因此在大机组中都装设有发电机定子匝间短路保护，同时也可保护定子绕组断线故障。
定子绕组的保护的工作原理和构成：1、双星形接线的横查保护;2、定子绕组零序电压原理;3、负序功率方向闭锁转子二次谐波电流匝间短路保护;本厂1、2号发动机匝间短路是由负序过流保护动作完成的。
负序过流保护是发电机运行时发生不对称短路、发电机匝间短路引起发电机三相电势不平衡，而产生发电机定子负序电流过流，引起转子表面发热。
本厂1、2号发动机负粗电流不得大于8℅IN。
同步发电机的匝间短路保护山于纵差动保护不反应发电机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，如不能及时处理故障，则可能发展成为相间故障，造成发电机的严重损坏。
因此，在发电机上(尤其是大型发电机)应装设定子匝间短路保护。
一、匝简短路的特点(1)发电机定子绕组一相匝间短路时，在短路电流中有正序、负序和零序分量且各序电流相等，同时短路初瞬也出现非周期分量。
(2)发电机不同相匝间短路时，必将出现环流的短路电流。
(3)发电机定子绕组的线圈匝间短路时，由于破坏了发电机A、B、C三相对中性点之间的电动势平衡，三相不平衡电动势中的零序分量反映到电压互感器时，开口三角形绕组的输出端就有3Uo，而一次回路中产生的零序电流则会在并联分支绕组两个中点之间的连线形成环流。
(4)由于一相匝间短路时，出现负序分量，它产生反向旋转磁场，因而在转子回路中感应出二倍频率的电流，转子中的电流反过来又在定子中感应出其他次谐波分量，这样，定子和转子反复互相影响，就在定子和转子回路中产生一系列谐波分量。
而且由于一相中一部分线圈被短接，就可能使得在不同极性下的电枢反应不对称，也将在转子回路中产生谐波分量。
(5)一相匝间短路时的负序功率的方向与发电机其他内部及外部不对称短路时的负序功率方向相反。
发电机转子匝间短路防范措施
发电机转子匝间短路防范措施
发电机转子匝间短路是发电机运行中常见的故障之一，为了防
范这种故障，我们可以采取以下措施：
1. 定期检测，定期对发电机进行检测，包括转子匝间绝缘电阻
的测量，以及对匝间绝缘的外观检查。
这可以帮助及早发现潜在的
问题。
2. 温度监测，安装温度传感器来监测转子匝间的温度，一旦发
现温度异常，及时采取措施，如停机检修，以避免匝间短路。
3. 绝缘涂层保护，定期检查和维护转子匝间的绝缘涂层，确保
其完好无损。
如果发现有损坏或老化的情况，及时修复或更换。
4. 绝缘材料选择，在设计和制造发电机时，选择高质量的绝缘
材料，以提高转子匝间的绝缘能力。
5. 保护装置安装，安装匝间短路保护装置，一旦发生匝间短路，能够及时切断电路，保护发电机不受损坏。
6. 操作规程，制定严格的操作规程，包括发电机的启动、运行
和停机等各个环节，确保操作人员按照规程操作，减少匝间短路的
风险。
总的来说，预防发电机转子匝间短路的发生需要综合考虑设计、制造、安装、运行和维护等多个方面的因素，只有全面而严格地执
行相关措施，才能有效地降低匝间短路的风险，保障发电机的安全
运行。
发电机的匝间短路保护
保护动作值：
动作电流： I op (0.2 ~ 0.3)I GN
电流互感器变比：nTA 0.25IGN / 5
7.3 发电机的匝间短路保护
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 。
1、横联差动保护
α α2
α1
信号
跳断路器 跳灭磁开关
切转换子片一为正点滤转常接保过子运地护器两行时装，点时，设接降投投了地11低~~故323保次位位障护置谐置做动,，保波好作保护准护不备带带。延延时时，。 电流，提高灵敏度。
α α2
α1
信号
跳断路器 跳灭磁开关
发正生常定运子行绕或组外匝部间短短路路时，，故每障一相分绕支组绕的组两供个
2）定子绕组单相接地时3次谐波电压的分布
α
（１－α）
αα
（１－α）
有 U N.3 E3 ,U s.3 (1 )E3
其比值为：
结论
U s.3 1
U N .3
50%,U s.3 U N.3 50%,U s.3 U N.3
零序电压随α变化特性：
（中性点）
1、反应基波零序电压的接地保护
每相对地电压为：
αEC
Uk0
αEB
发电机转子匝间短路的原因和危害
发电机转子匝间短路的原因和危害下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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发电机匝间短路的横差动保护
发电机匝间短路的横差动保护
在大容量发电机中，由于额定电流很大，其每相都是由两个或多个并联的绕组组成。
在正常运行的时候，各绕组中的电动势相等，流过相等的负荷电流。
而当任一绕组发生匝间短路时，绕组中的电动势就不再相等，因而会消失因电动势差而在各绕组间产生均衡电流。
利用这个环流，可以实现对发电机定子绕组匝间短路的爱护，即横差动爱护。
以一个每相具有两个并联分支绕组的发电机为例，发生不同性质的同相内部短路时横差动爱护的原理可用两个原理图来说明。
图1 一个绕组内部匝间短路的横差动爱护
在某一个绕组内部发生匝间短路，此时由于故障支路和非故障支路的电动势不相等，因此有一个环流Id产生，这时在差动回路中将流有电流Id。
当此电流大于继电器的起动电流时，爱护即可动作于跳闸。
短路匝数越多时，则环流越大；当a较小时，爱护就不能动作，即爱护有死区。
在同相的两个绕组间发生匝间短路，当a1≠a2时，由于两个支路的电动势差，将分别产生两个环流I'd和I''d，此时继电器中的电流为Id，当a1-a2之差值很小时，也将消失爱护死区。
当a1=a2时，表示在电动势等位点上短接，此时无环流。
图2 同相不同绕组匝间短路的横差动爱护。
第七章发电机保护讲解
大容量发电机采用反映零序电压的匝间短路保护。 发电机正常运行时，机端不出现基波零序电压。 相间短路时，也不会出现零序电压。单相接地故 障时，接地故障相对地电压为零，而中性点电压 上升为相电压，但是三相对中性点电压仍然对称， 不出现零序电压。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。
继电保护教学
横联差动保护的动作电流一般根据运行经验取值
Iop 0.2 ~ 0.3IGN
发电机额定电流
横联差动保护的TA变比一般为 nTA 0.25IGN / 5
继电保护教学
横差保护灵敏度很高，但是在切除故障时有一定 的死区： 1、单相分支匝间短路的α较小（短接的匝数较少） 时； 2、同相两分支匝间短路，且α1=α2，或者两者差 别较小时。
继电保护教学
转子绕组的接地可分为瞬时接地、永久接地和断 续接地。还可分为一点接地和两点接地。一点接 地时不用停止运行。在永久两点接地时，磁场不 平衡，中线中有不平衡电流，横差保护动作（不 是误动作）。但是瞬时两点接地（下一时刻会恢 复为一点接地）时，保护会误动作。
继电保护教学
为了躲过瞬时两点接地故障，需增设0.5~1s的动 作延时。切换片XS有两个位置，正常时投到1~2， 保护不带延时。如发现转子绕组一点接地时，XS 切至1~3，使保护经过KT延时，为转子永久性两 点接地故障做好准备。
重影响
转子故障
继电保护教学
定子绕组相间短路 装设纵联差动保护
定子绕组匝间短路 装设横联差动保护
定子绕组单相接地 100%定子绕组单相 接地保护 转子绕组一点或两点 接一地点或两点接地保 转护子失磁 装设失磁保护
7.1.2 发电机的不正常工作状态及其保护
发电机转子匝间短路故障分析与诊断
发电机转子匝间短路故障分析与诊断发布时间：2021-06-25T02:55:40.638Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第6期作者：徐东东[导读] 发电机是电能生产的重要设备，它为整个电力系统提供电能，是整个电网的心脏，因此如果发电机发生故障，可能会导致局部停电甚至整个电网的崩溃，发电机转子作为发电机的重要组成部分，主要由励磁绕组线圈，线圈引线以及阻尼绕组等部分组成，发电机运行时，由于转子处于高速旋转状态，这些部件将受到很大的机械应力和热负荷，若超过其极限值时将导致部件的损坏。
淮南电力检修有限责任公司风台项目部安徽省淮南市 232100摘要：随着我国国民经济的迅速发展，电力工业正处于大电机和大电网的发展阶段。
人们的生活和生产水平迅速提高，使得电能需求量日益增长，进而对电力系统的供电质量、可靠性及经济性等指标的要求也不断提高。
关键词：发电机；转子；绕组1.1引言发电机是电能生产的重要设备，它为整个电力系统提供电能，是整个电网的心脏，因此如果发电机发生故障，可能会导致局部停电甚至整个电网的崩溃，发电机转子作为发电机的重要组成部分，主要由励磁绕组线圈，线圈引线以及阻尼绕组等部分组成，发电机运行时，由于转子处于高速旋转状态，这些部件将受到很大的机械应力和热负荷，若超过其极限值时将导致部件的损坏。
转子绕组是发电机经常出现故障的部位，除本体故障外，主要是转子绕组的短路故障如匝间短路，一点接地短路，两点接地短路等，发电机正常运行时，转子绕组对地之间会有一定的分布电容和绝缘电阻，绝缘电阻值通常大于1兆欧，但是因某种原因导致对地绝缘损坏或绝缘电阻严重下降时，就会发生转子绕组接地事故，当发电机转子发生一点接地故障时，因为励磁电源的泄露电阻很大，一般不会造成多大的伤害，限制了接地泄露电流的数值，但是当发电机转子发生两点接地故障时将会产生很大的电流，经故障点处流过的故障电流会烧坏转子本体，而部分转子绕组的短接，历次绕组中增加的电流可能会导致转子因过热而烧坏气隙磁通也会失去平衡，从而引起发电机的震动。
发电机横差保护..
（１－α）
有
U N .3 E3 ,U s.3 (1 ) E3
其比值为：
结论
U s.3 1 U N .3
50%,U s.3 U N .3
50%,U s.3 U N .3
零序电压随α变化特性：
（中性点） （机端）
正常情况：机端3次谐波 小于中性点处 次谐波电压； 原理：利用机端 33 次谐波电压作为
于中性点只有3个引出端的发电机匝间短路保护。
3、反应转子回路2次谐波电流的匝间短路保护
原理：匝间短路在转子绕组出现2次谐波电 流 ，利用此特点构成保护。
负序电压 滤过器 负序电流 滤过器 2次谐波 滤过器 2次谐波电 流继电器
负序 功率 方向 继电 器
执 行 元 件
出口
负序电压 滤过器 负序电流 滤过器 2次谐波 滤过器 2次谐波电 流继电器
发电机额定电 压（KV) 6.3 10.5 13.8~15.75
18~20
发电机额定容 量（MW) 小于等于50 50~100 125~200
300
接地电流允许 值（A) 4 3 2
1
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。
1、反应基波零序电压的接地保护
每相对地电压为：
αEC Uk0 αEB
U ( 1 ) E AG A
E U E BG B A
αEA α
E U E CG C A
故障点零序电压：
1 U k 0 a (U AG U BG U CG ) E A 3
发电机定子匝间短路事故处理
发电机定子匝间短路事故处理1. 引言1.1 引言发电机定子匝间短路是发电机常见的故障之一，在发电机运行过程中可能会出现。
定子匝间短路事故处理至关重要，能够有效避免事故造成更大损失。
在本文中，我们将详细探讨处理方法、预防措施、责任分析、设备检测以及维护保养等方面的内容，为大家提供全面的指导和帮助。
定子匝间短路事故一旦发生，可能会导致发电机运行异常甚至停机，严重影响电力系统的正常运行。
正确有效地处理此类事故至关重要。
在接下来的我们将介绍不同的处理方法，包括常用的绝缘测量、绝缘恢复等技术手段，帮助读者迅速有效地应对定子匝间短路问题。
预防定子匝间短路事故也是至关重要的。
我们将详细讨论预防措施，包括定期检查、维护保养等工作，帮助读者及时发现潜在问题并加以解决。
在责任分析部分，我们将探讨事故发生时应如何追究责任，以及如何避免类似事故再次发生。
设备检测和维护保养也是不可忽视的环节，我们将介绍相关的技术和方法，帮助读者确保发电机的正常运行和安全性。
通过本文的全面介绍和分析，相信读者们能够更好地了解发电机定子匝间短路问题，并学会有效处理和预防此类事故，提高发电机的运行效率和安全性。
2. 正文2.1 处理方法发电机定子匝间短路是发电机工作过程中常见的故障之一，一旦发生这种故障，需要及时采取正确的处理方法来解决。
下面介绍几种常见的处理方法：1. 当发现发电机定子匝间短路故障时，必须立即停机，并切断电源，确保安全。
然后对发电机进行全面检查，找出故障点所在。
2. 接下来，根据故障具体情况，可以采取修复或更换短路匝的方法。
修复时，需要注意匝间绝缘的处理，确保绝缘性能符合要求。
3. 如果短路匝无法修复，就需要更换匝间。
在更换匝间时，要谨慎操作，确保匝间连接牢固，绝缘完好。
4. 处理完短路匝后，还需进行绝缘测试，确保匝间绝缘性能良好。
5. 在重新投入使用发电机之前，要对发电机进行试运行，确保发电机运行稳定，没有其他故障。
通过以上处理方法，可以有效解决发电机定子匝间短路故障，保障发电机的正常运行。
发电机的匝间短路保护
A
B
C DL—11/b 信号 至主断路器 至MK
TZJ KA KT KS KM
O2 O1
TA
IKL IKL
KA KA IKL IKL
IKL IKL O2 O1 IKL TA O1 同一支路内匝间短路时的电流分布 O2 TA
不同支路内匝间短路时的电流分布
A
B
C A B C
X KA KA O2 3IO O1 在发电机定子绕组相间短路时，横差动保护也会动作。但由于其死区较大，且 不能反映引出线上的相间短路，因此不能代替纵差动保护。
容量较大的发电机每相都有两个或两个以上的并联 支路。同一支路绕组匝间短路或同相不同支路的绕组 匝间短路，都称为定子绕组的反应，故对于发电机定于 绕组的匝间短路，必须装设专用保护. (1)横联差动保护 对于定子每相都由两个并联支路组成，且每一支路 在中性点侧均有引出端的发电机，可采用横差动保护.
大容量的发电机，由于其结构紧凑，无法引出所有分支， 大容量的发电机，由于其结构紧凑，无法引出所有分支，往往只在 中性点引出三个端子，无法装设横差保护。 中性点引出三个端子，无法装设横差保护。因此大型机组通常采用反 映零序电压的匝间短路保护。 映零序电压的匝间短路保护。 发电机正常运行时，机端不出现基波零序电压。相间短路时， 发电机正常运行时，机端不出现基波零序电压。相间短路时，也 不出现零序电压。单相接地故障时，接地故障相对地电压为零， 不出现零序电压。单相接地故障时，接地故障相对地电压为零，而中 性点对地电压上升为相电压，因此三相出线对中性点电压仍然对称， 性点对地电压上升为相电压，因此三相出线对中性点电压仍然对称， 不出现零序电压。若定子绕组匝间短路， 不出现零序电压。若定子绕组匝间短路，则三相对发电机中性点电压 的对称性被破坏，因而出现零序电压。 的对称性被破坏，因而出现零序电压。 如图所示为A相绕组发生匝间短路 相绕组发生匝间短路， 如图所示为 相绕组发生匝间短路，则故障相电动势将变为 ö A ’ =(1-α) ö A ’ ，未发生短路的两相电动势不变，三相电动势相量 未发生短路的两相电动势不变， 图见图所示。按照对称分量法， 图见图所示。按照对称分量法，可求得零序电动势为 3ö o’ =ö A ’ + ö B ’+ ö c =- ö A
发电机转子匝间短路故障分析及处理方法
发电机转子匝间短路故障分析及处理方法【摘要】转子绕组发生匝间短路，严重者将影响发电机的安全运行。
因此，必须通过试验找出短路点，并予以消除，使发电机恢复正常运行。
本文以我厂的#2发电机匝间短路故障为例，综合应用多种方法，分析和判定了绕组存在的匝间短路故障。
【关键词】发电机；转子；匝间短路；分析；处理一、发电机转子匝间短路的危害﹑原因及分类当转子绕组发生匝间短路时，严重者将使转子电流增大﹑绕组温度升高﹑限制发电机的无功功率；有时还会引起机组的震动值增加，甚至被迫停机。
因此当发生上述现象时，必须通过试验找出匝间的短路点，并予以消除，使发电机恢复正常运行。
发电机转子绕组产生匝间短路故障的原因很多，归纳起来大致有：1.结构设计不合理。
如匝间采用衬垫绝缘时，端部铜线侧面裸露，当运行中积灰和着落油垢后，会造成匝间短路。
2.制造工艺不良，如在转子绕组下线、整形等工艺过程中，损伤了匝间绝缘；或绝缘材料中存在有金属性硬粒，刺穿了匝间绝缘造成匝间短路。
（如铜线有硬块，毛刺都会损伤匝间绝缘。
）3.运行中在电、热和机械等综合应力作用下，绕组产生残余变形﹑位移，致使匝间绝缘断裂﹑磨损﹑脱落或由于赃污等，造成匝间短路。
4.运行年久，绝缘老化，也会造成匝间短路。
转子绕组的匝间短路，按其短路的稳定性，可分为稳定和不稳定两种。
所谓稳定的匝间短路是指这种短路与转子的转速和温度等均无关。
而不稳定的匝间短路，则与转子的转速和温度等有关，也即在高转速、低转速、高温或低温时才发生短路，或者在转速和温度同时作用下，才能出现短路。
二、匝间短路故障的最初发现在1997年，我厂#2发电机大修时，按规程规定，进行了转子规定项目的试验。
1.现行试验标准和规程规定，发电机在交接或大修时都应对转子绕组的直流电阻进进行测量。
用双桥法测得转子直流电阻Rdc= 0.3408Ω(注：已换算到20°C,以后的数值无特殊说明，均为已换算后的)，和历史数据相比，降低了0.23% 。
发电机保护相关知识培训讲解
中流过的电流为外接元件电容电流，方向由 发电机流向母线；
发生外部单相接地时，机端零序电流互感器 中流过的电流为发电机本身的电容电流，方 向由外部流向发电机。
二、利用零序电流构成的发电机定子绕组单相接地保护
① 零序电流互感器装在
CW
发电机出口；
② 采用具有交流助磁的
2I'd nTA
I d.r
2Id nTA
I set
动作
I' d
利用两个分支绕组短路
点存在电势差而产生的
2
I'
1 环流来实现
d
α1≈α2时，环流较小，保护有死区 同相不同分支绕组匝间短路
2.单元件横差动保护基本原理
A
B
C
需具有性能良好的 三次谐波滤过器
Id.r (0.2 ~ 0.3)IgN
四、纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护
1
3. 发电机应装设的保护
8 励磁绕组一点及两点接地保护； 9 失磁保护； 10 励磁绕组过负荷保护； 11 逆功率保护； 12 过励磁保护； 13 失步保护；
3.发电机应装设的保护
14 大容量发电机还应考虑配置低频保护 、过频保护、起停机保护、误上电 保护、断口闪络保护等；
15 发电机的非电量保护，如采用水冷 却的发电机应配置断水保护。
Bα
I
res.min
式中 Krel 1.5 ~ 2
kI.max
Ires
Ier1 0.06Ign
Ier2 0.1Ign
Id.min (0.24 ~ 0.32)Ign 通常取0.3Ign
2
Id
Id.max
发电机匝间短路
逻辑图
图中P2>0的含义？一会解释
负序功率方向元件
可以作为启动元件，也可以作为闭锁元件。
后面讲述故障时，负序功率方向元件一律CT1是发电机中性点侧CT，极性向左如图，参考方向也 是向左； CT2是发电机机端侧CT，极性是向右，参考方向也是向 右。
最大功率灵敏角
最大灵敏角：输入电压超前输入电流这个角 度时，继电器输出最大功率。 P=UIcos(φ-φsen),由余弦图形可知， （φ-φsen）在-90°到90°之间是灵敏区域。 以灵敏角75°为例，φ的范围是 -15°到165° 阴影是动作区域
发电机匝间短路
匝间短路时，发电机内部出现横向负序电势。负序电 流取发电机机端CT，CT极性是发电机指向系统，即参 考方向是如图一所示，负序电压取机端PT。
发电机匝间保护中负序功率元件 灵敏角整定、电流取向和CT极性
萝卜
发电机匝间保护依据
发电机定子绕组发生匝间短路时，将出现纵 向零序电压，所以以零序电压为判据构成发 电机匝间短路保护。 • 为防止专用TV 一次断线时匝间保护误动， 引入TV 断线闭锁； • 为防止区外故障或其他原因（例如专用TV 回路出现问题）产生的纵向零序电压使保 护误动，通常采用负序功率方向元件，闭 锁匝间保护。
向量图
U2=I2*Zf2， Zf2阻抗角在65°~80°， 取75° 则向量图如右： 最大灵敏角应整定为75°， 在发电机匝间短路故障时， 负序功率方向元件动作 （该元件作为启动元件， 接点取常开接点），常开 接点闭合，启动匝间保护 动作。
P2>0含义
当负序功率方向元件为启动元件时 灵敏角整定应为75°（根据上面故障系统所选CT 和PT的极性决定）， P2>0表示负序功率方向继电 器的常开接点，该元件动作，常开接点闭合，纵 向零序电压大于定值，匝间保护动作。 当负序功率方向元件为闭锁元件时 灵敏角整定应为-105°， P2>0表示负序功率方向 继电器的常闭接点，该元件动作，常闭接点断开， 闭锁匝间保护。
发电机匝间保护原理
发电机匝间保护原理发电机匝间保护是发电机保护系统中非常重要的一部分，其原理和作用对于发电机的安全运行至关重要。
发电机匝间保护的主要原理是利用匝间保护装置监测发电机绕组的匝间电压，一旦匝间电压超过设定值，保护装置将发出信号，使发电机停机，以避免匝间故障引发发电机损坏甚至事故。
发电机匝间保护的原理主要包括以下几个方面：首先，发电机绕组的匝间电压是指相邻绕组之间的电压。
在正常情况下，绕组之间的匝间电压应该是稳定的，当发生匝间故障时，由于绕组内部的短路或绝缘损坏，匝间电压就会发生异常变化。
因此，监测匝间电压的变化可以及时发现匝间故障的存在。
其次，发电机匝间保护装置通常采用差动保护原理。
差动保护是利用比较发电机各相绕组之间的电流差值来判断是否存在匝间故障。
当发生匝间故障时，由于短路或绝缘损坏导致的电流异常，差动保护装置就会发出信号，使发电机停机，以避免匝间故障扩大造成更严重的后果。
另外，发电机匝间保护还可以通过监测绕组的温度来判断是否存在匝间故障。
由于匝间故障会导致局部绕组发热，因此可以通过监测绕组的温度变化来及时发现匝间故障的存在。
一旦发现异常温度变化，保护装置就会及时停机，以避免发电机受损。
此外，发电机匝间保护还可以通过监测绕组的电压和电流波形来判断是否存在匝间故障。
当发生匝间故障时，电压和电流波形会发生异常变化，通过监测这些波形的变化可以及时发现匝间故障的存在。
总的来说，发电机匝间保护的原理是通过监测匝间电压、电流、温度和波形等参数的变化来及时发现匝间故障的存在，从而保护发电机的安全运行。
发电机匝间保护的原理虽然复杂，但是对于发电机的安全运行至关重要，因此在实际运行中需要严格按照相关规程和标准进行检测和维护，以确保发电机匝间保护系统的可靠性和有效性。
发电机机端电压互感器匝间短路导致定子接地保护动作分析与处理
发电机机端电压互感器匝间短路导致定子接地保护动作分析与处理发布时间：2022-10-26T07:39:44.658Z 来源：《中国电业与能源》2022年第12期作者：马银龙支瑞君[导读] 近两年来，xxx燃煤电站发生了多起发电机机端电压互感器绕组匝间短路导致定子接地保护动作的事故。
马银龙支瑞君中电建甘肃能源华亭发电有限责任公司甘肃华亭 744100摘要：近两年来，xxx燃煤电站发生了多起发电机机端电压互感器绕组匝间短路导致定子接地保护动作的事故。
本文通过分析定子接地保护动作的原因，结合现场事故处理的过程，推倒了PT绕组匝间短路时，定子对地电压的变化，并通过录波图验证了推倒分析的正确性，为故障排查和以后的事故处理提供了依据。
同时结合事故处理过程及对事故发生的原因分析，提出了一些建议。
关键词：发电机电压互感器匝间短路基波零序+三次谐波构成的100%定子接地保护引言大型汽轮发电机定子结构复杂，维修困难。
发电机内部故障中，定子单相接地故障比例较高，约占定子故障的７０％～８０％。
一旦定子发生单相接地故障，若保护动作不及时可靠，接地弧光过电压可能导致发电机其他位置绝缘破坏，严重时还会演变成相间或匝间短路故障。
而发电机出口PT做为重要的保护和测量元件，发生故障时，会导致电压相关的保护误动或者拒动，严重威胁机组安全运行。
近两年来，xxx燃煤电站发生了多起机端PT故障导致定子接地保护动作的事故，本文通过分析近几起PT绕组匝间短路引起定子接地保护动作的案例，对故障排查过程和检查方法进行了详细介绍，同时建立PT匝间短路时的等效电路，分析机端PT绕组匝间短路时的电气特征，为快速排查故障提供参考。
1定子接地保护动作时故障处理过程及分析判断下面以2019年07月16日，1号发电机1PTY相故障时的处理过程为例介绍处理过程。
（1）保护动作机组跳闸后，检查发电机、发电机出口PT柜、封闭母线、11kV A/B段、主变、高厂变、发变组保护柜、发电机出口端子箱、发电机中性点接地柜、发电机机端PT端子箱等电气设备外观及二次接线均无异常。
匝间保护
容量较大的发电机每相都有两个或两个 以上的并联支路。同一支路绕组匝间短路 或同相不同支路的绕组匝间短路，都称为 定子绕组的匝间短路。 匝间短路保护一般由以下三种保护方 式组成。
一、单继电器式横差保护
• 原理：是反映双Y型接线的定子绕组两中性 点连线中的电流而动作的保护. • 适用范围：双Y型接线的定子绕组，且中性 点至少有6个引出端子。
二、纵向零序电压匝间短路保护
• 原理：保护是按照反应发电机机端对中性 点零序电压原理构成的 • 出口逻辑关系：零序电压元件动作、负序 功率方向元件不动作，TV断线判别元件不 动作，则保护动作。
TV
三次谐波 阻波器
KVZ
U 2 I 2
TV断线 闭锁元件
KWN
&
1
出口
三、测量励磁绕组二次谐波电流的匝间 短路保护
• 原理：测量励磁绕组二次谐波电流，并 且利用负序功率方向来区别区内短路还 是区外短路的保护。 • 出口逻辑关系：电流元件和方向元件都 动作，保护才动作。
跳闸
TV
KWN
Zm Um Im
K
U N / nTV I N / nTA
100Hz交流 励磁机
0.85Z NP
nTA nTA
信号
KS
XB
解列 灭磁 KCO
I k
I k
K
ItZKT源自TA I k动作电流整定
• 按躲过机端三相短路故障时流过继电器的 最大不平衡电流整定。 • 一般按经验取： •
I oper (0.2 0.3) I N
保护接线特点及存在的问题
• 1、为消除不平衡电流中的三次谐波的影响，提高 保护灵敏度，在继电器中设有三次谐波滤波器 Z 。 • 2、为避免励磁回路瞬时性两点接地时，横差保护 误跳闸，故在转子发生一点接地后，将横差保护 装置的连接片 XB 接入时间继电器 KT，使横差保 护带有0．5—1s延时。 • 3、该保护存在死区。
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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。
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
在机端接地时： U E k 0 A
U 在中性点处接地时： k 0 0
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
保护构成：1）反映零序电压保护原理接线
缺点：保护在离中性点附近接地存在动作死区。
U 0.op
K rel
定子绕组匝间短路保护动作电压； 可靠系数，可取0.8；
U 0.min 匝间短路时最小的纵向零序电压。
根据运行经验，二次动作电压可取2.5~3V。
7.3
发电机匝间短路保护
7.3.3反应转子回路2次谐波电流的匝间短路保护 原理：匝间短路在转子绕组中产生2次谐波电流 ， 利用此特点构成保护。
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
提高保护灵敏度措施： 1）加装3次谐波滤过器。 2）高压侧中性点直接接地电网中,利用保护延时躲 过高压侧接地故障。 3）高压侧中性点非直接接地电网中，利用高压侧接 地出现的零序电压闭锁或者制动发电机接地保护。 注意：在中性点附近接地仍有5%的死区。
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
7.4.1反应基波零序电压的接地保护
处每相对地电压为：
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
U ( 1 ) E AG A
E U E BG B A
E U E CG C A
故障点零序电压：
1 U k 0 a (U AG U BG U CG ) E A 3
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
定子绕组单相接地的危害： 1）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。 2）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。
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
接地电流允许值：
7.3 发电机匝间
短路保护
7.3
发电机匝间短路保护
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3次谐波电压： U
N ..3
E3
CG 2C S 2(CG C S )
U s.3 CG 比值： U C 2C 1 N .3 G S
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。
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
2、定子绕组单相接地时3次谐波电压的分布
7.3
发电机匝间短路保护
正常运行、三相对称短路及系统振荡时，发电机 定子绕组三相电流对称，保护不会动作。 发电机不对称运行或不对称短路时：转子回路中将 出现2次谐波电流。为了避免保护的误动，采用负序 功率方向继电器闭锁的措施。
7.3
发电机匝间短路保护
原因：匝间短路时的负序功率方向与不对称运行 时或发生不对称短路时的负序功率方向相反。
发电机额定电压 （KV) 6.3 10.5 13.8~15.75 发电机额定容 量（MW) ≤50 50~100 125~200 接地电流允许 值（A) 4 3 2
18~20
300
1
当发电机接地故障电流大于允许值时，应装设 有选择性接地保护。
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
对大中型发电机定子绕组单相接地保护的基本要 求： 1）绕组有100%的保护范围。 2）当发生经过渡电阻接地故障时，保护应有足够灵 敏度。
7.3
发电机匝间短路保护
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。
7.3
发电机匝间短路保护
动作电流: I op (0.2 ~ 0.3)I GN
nTA 0.25I GN / 5 电流互感器变比：
缺点:1)单相分支匝间短路的短接的匝数较少时， 存在动作死区。 2) 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。
7.3
发电机匝间短路保护
7.3.2
反映零序电压的匝间短路保护
大容量发电机其结构紧凑，无法装设横差保护。 发电机中性点一般不直接接地，正常运行发电 机三相机端与中性点之间的电动势是平衡；当发 生定子绕组匝间短路时，部分绕组被短接，机端 三相电动势不平衡，出现纵向零序电压。 因定子绕组匝间短路会出现纵向零序电压，正 常运行或定子绕组出现其他故障纵向零序电压几 乎为零，因此，通过反应发电机三相对中性点的 纵向零序电压可以构成匝间短路保护。
有
U N .3 E3 ,U s.3 (1 ) E3
U s.3 1 其比值为： U N .3
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
结论：
50%,U s.3 U N .3 50%,U s.3 U N .3
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
零序电压随α变化特性：
7.4.2 反应基波零序电压和3次谐波电压构成的发电 机定子100%接地保护 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，3次谐波值 一般不超过基波10%。 1、正常运行时定子绕组中3次谐波电压分布
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
U s 3 E3 CG 2(CG C S )
7.3
发电机匝间短路保护
发电机内部或外部单相接地故障时，机端三相 对地之间会出现零序电压。但与匝间短路情况是不 一样。为检测发电机的匝间短路，必须测量纵向零 序电压，为此应装设专用电压互感器。电压互感器 的一次侧星形中性点直接与发电机中性点相连接。 专用电压互感器的开口三角侧的电压仅反应纵 向零序电压，而不反应机端对地的零序电压。
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
总结：1）正常情况机端3次谐波小于中性点处3次 谐波电压；
2）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 。
3）原理：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， 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。
7.3
发电机匝间短路保护
特点：发电机定子绕组匝间短路时，机端会出现负 序电压、负序电流及负序功率，且负序功率的方向 是从发电机内部流向系统。 外部不对称故障，负序功率与匝间短路方向相反。 外部不对称故障负序功率方向动作，闭锁保护。
7.3
发电机匝间短路保护
零序动作电压：U0.op KrelU0.min
7.3
发电机匝间短路保护
7.3.1 横联差动保护
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。
7.3
发电机匝间短路保护
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。
7.3
发电机匝间短路保护
定子绕组匝间短路时，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。