电力系统继电保护第七章

（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。
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第二节
发电机定子绕组短路故障的保护
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理想发电机，中性点连线上无电流； 实际中，存在不平衡电流的原因：
•定子同相而不同分支的绕组参数不完全相同，致使两端的电动势以及支路 电流有差异 •发电机定子气隙磁场不完全均匀，在不同定子绕组中产生的感应电动势不 同 •转子偏心，不同定子绕组中产生不同电动势 •存在三次谐波
I d.r (0.2 ~ 0.3) I gN
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特点

有零序电压出现，其大小与α成正比； 接地点通过容性零序电流，大小与α及Cf、Cw有关； 内部发生单相接地时，机端零序电流互感器中流过的 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。
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四、纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护
TVN1 TA
零序电压 断线闭锁 负序功率闭锁
TV2
一次侧中性点与发 电机中性点相连接
出口
利用同一分支或者同相不同分支匝间短路时，破坏了三相对 中国石油大学 中性点的对称，而产生对中性点的零序电压来实现 China University of Petroleum
C f : 为发电机各相的对地电容； Cw : 为发电机外部各元件对地电容；
TA 0
I k0 U
k0
I 0f
Cf
I 0w
Cw
j 3 E C 3I 0f A f
j 3 E C 3I 0w A w
j 3 E (C C ) 3I k0 A f w
（4）发电机外部相间短路保护；
50MW及以上发电机：负序过电流及单元件低电压启动过电 流 1MW以上的发电机：复合电压启动过电流保护：
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1MW以下的发电机：过电流保护
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（5）负序过电流保护
针对不对称负荷或者外部不对称短路引起的负序过电流 ，50MW以上发电机装设负序过电流保护
Id
I d.max I d.min A
B
C
α
0
I res.min
I k.max
I res
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二、发电机纵差动保护整定计算与灵敏度
1.纵差动保护的整定
(1)启动电流的整定
Id
I d.max
I d.min A
B C
I d.min K rel ( I er1 I er2 )


转子绕组
一点接地或两点接地 转子励磁回路励磁电流消失
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2.发电机的不正常运行状态


定子绕组过电流
外部故障 对称过负荷 负序过电流 外部非对称故障


定子绕组过电压
甩负荷 转子绕组过负荷


励磁回路故障或者强励
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二、比率制动式纵差动保护
I 1
. .
正常运行或区外故障时：
I 1
Id
I 0 Id I 1 2
内部故障时：
I 2
. .
I 2
I 0 Id I 1 2
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K 0.2 ~ 0.4
中国石油大学 机端故障时的最大短路电路
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2.发电机纵差动保护的灵敏性
机端发生两相金属性短路时的差动电流 动作电流
K sen
计算条件：
I k .min Id
①发电机与系统并列运行以前，其出口发生两相短路； ②发电机采用自同期并列时，在系统最小运行方式下， 其出口发生两相短路。 要求Ksen≥1.5
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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。

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二、利用零序电流构成的发电机定子绕组单相接地保护
CW
I0 TA0
CLX Cf
① 零序电流互感器装在 发电机出口； ② 采用具有交流助磁的 零序电流互感器；
③ 当相间保护动作时将 接地保护退出。
Id
I d.max
I d.min
A B
C
(2)拐点电流的整定
α
I k.max
I res.min (0.5 ~ 1.0) I gn
I res
0
I res.min
(3)制动特性的斜率的整定
I d.max I d.min K I k.max I res.min
式中
I d.max K rel I unb.max
一、发电机定子绕组短路故障的特点
发电机中性点接地方式
– 高阻接地 – 经消弧线圈接地 – 不接地
单相接地故障时，故障电流不大，不属于严重的短 路故障 发电机内部短路故障主要是定子的各种相间和匝间 短路故障，被短接的绕组中会出现很大的短路电流 发电机及其极端引出线的故障中相间短路最多，是 发电机保护的重点 中国石油大学
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； 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； 中国石油大学
五、发电机的失磁保护
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第一节 发电机的故障、不正常运行状态 及其保护方式
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1、发电机的故障
定子绕组 定子绕组及引出线上的相间短路 定子绕组的匝间短路 定子绕组的单相接地故障
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三、发电机横差动保护 1.发电机裂相横差动保护基本原理
2I d nTA
. . .
.
I d.r
2Id I set nTA
动作
I d
α
利用因电势差而在各绕 组间产生的环流来实现
α≈0时，环流较小，保护有死区
同一分支绕组内部匝间短路
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不完全纵差保护：
大型汽轮或水轮发电机每相定子绕组为两个或多个并联分支， 不完全差动保护在发电机中性点侧仅接入部分并联分支电流 I 2 构成纵差动保护，通过选择不同的电流互感器 与机端电流 I 1 变比，使得正常运行及外部短路时没有差动电流。 当发电机发生相间、匝间短路和分支开焊故障，差动电流超过 动作电流时，不完全纵差保护动作切除故障。
出口
防止TVN1一次熔断器熔断而引起保护误动作
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TVN1 TA
TV2
零序电压 断线闭锁 负序功率闭锁
出口
防止区外故障时匝间短路保护误动作
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第三节 发电机定子绕组单相接地保护
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一、发电机定子绕组单相接地时电气量的特征
TA 0 C B A
U AD k
α
E A
U CD
Cf
Cw
U 0 U BD
E C
E B
机端各相电动势近似为
(1 ) E U AD A E E U
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I Id I 1 2
动作方程：
I res
I I 1 2 2
I d K ( I res I res.min ) I d.min I d I d.min
I res I res.min I res I res.min
逆功率 原动机汽门突然关闭
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3.发电机应装设的保护
（1）纵联差动保护 1MW以上定子绕组及引出线的相间短路 （2）定子绕组接地保护； 直接连于母线，且接地电流较大；
（3）定子绕组匝间短路保护-横差保护；
当定子绕组星形接线、每相有并联分支且中性点侧有引出 端
TVN1 TA
TV2
零序电压 断线闭锁 负序功率闭锁
出口
与具体的匝间短路时，产生的最小零序电压有关；一般按躲 区外不对称短路时的最大不平衡电压整定一般取2.5~3V。需 中国石油大学 性能良好的三次谐波滤过器 China University of Petroleum
TVN1 TA
TV2
零序电压 断线闭锁 负序功率闭锁
式中 K rel 1.5 ~ 2
α
I k.max
0
I res.min
I res
I er1 0.06 I gn
I er2 0.1I gn
TA传变误差 引起的差流 其他二次误差
I d.min (0.24 ~ 0.32) I gn 通常取0.3Ign
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《电力系统继电保护》
第七章 发电机保护
仉志华
中国石油大学（华东）信息与控制工程学院电气工程系
主 要 内 容
一、发电机的故障、不正常运行状态及其保护方式
二、发电机定子绕组短路故障的保护
三、发电机定子绕组单相接地保护
四、发电机负序电流保护
同相不同分支绕组匝间短路
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2.单元件横差动保护基本原理
A B C 适用于多分支定子绕组且有两 个以上中性点引出端子
需具有性能良好的 三次谐波滤过器
I d.r (0.2 ~ 0.3) I gN
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（6）定子绕组过负荷保护
针对对称负荷引起的定子过电流，装设接于一相电流的 过负荷保护 （7）定子绕组过电压保护 （8）发电机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；
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（13）失步保护；
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BD B
A
E E U CD C A
1 U ) E U 0 (U AD U BD CD A 3
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与其相关
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1.发电机裂相横差动保护基本原理
2I d nTA
. . .
.
I d.r
2Id I set nTA
动作
I d
2
I d
1
利用两个分支绕组短路 点存在电势差而产生的 环流来实现
α1≈α2时，环流较小，保护有死区