发电机继电保护

（一） 基本概念

发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用，同时发电机本身也是一个十分贵重的电器元件，因此，应该整对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。

（二） 故障类型及不正常运行状态：
1． 故障类型包括定子绕组相间短路、定子绕组一相的闸间短路、定子绕组单相接地、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
2． 不正常运行状态主要有：由于外部短路引起的定子绕组过电流；由于负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；由于外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷；由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压；由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷；由于汽轮机主气门突然关闭而引起的发电机逆功等。

（三） 保护类型：
1．发电机纵差动保护：该保护是发电机内部相间短路的主保护，根据起动电流的不同有两种选取原则，与其相对应的接线方式也有一些差别。因为该保护可以无延时的切除保护范围内的各种故障，同时又不反应发电机的过负荷和系统振荡，且灵敏系数一般较高，所以纵差动保护毫无例外的用作容量在1MW以上发电机的主保护。
a.在正常运行情况下，电流互感器的二次回路断线时保护不应误动。如图7-1所示,为防 止差动保护误动作，应整定保护装置的起动电流大于发电机的额定电流。引入可靠系数Kk,则保护装置和继电器的起动电流分别为
Idz=Kk*Ie.f
Idz.j=Kk*Ie.f/nl
如在断线后又发生了外部短路，则继电器回路中要流过短路电流，保护仍要误动作故差动保护中一般装设断线监视装置，使得纵差动保护在此情况下能及时退出工作。
b.保护装置的起动电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定，此时，继电器的起动电流应为
Idz.j=KkIbp.max
根据4-5式对不平衡电流的分析，代入上式，则：
Idz.j=0.1KkKfzqKlxId.max/nl
当采用具有速饱和铁心的差动继电器时，Kfzq=1;当电流互感器型号相同时Ktx=0.5;可靠系数一般取为Kk=1.3。
对于汽轮发电机，其出口处发生三相短路的最大短路电流约为Id.max=8Ie.f ,代入上式，则差动继电器的起动电流为：
IDZ.J=(0.5-0.6)Ie.f/nl
对于水轮发电机，由于电抗Xd"的数值比汽轮发电机大，其出口处发生三相短路的最大短路电流约为Id.max=5Ie.f,则差动继电器的起动电流为：
Idz.j=(0.3-0.4)Ie.f/nl
综上可见，按躲开不平衡电流条件整定的差动保护，其起动值都远较按躲开电流互感器二次回路断线的条件为小，因此，保护的灵敏性就高。但是这样整定后，在正常运行条件下发生电流互感器二次回路断线时，在负荷电流的作用下，差动保护就可能误动作，就这点来看其可靠性是较差的。因此，是否需要考虑断线在目前还是有争议的问题。

2． 横差动保护：利用反应两个支路电流之差的原理，实现对发电机定子绕组匝间短路的保护即为横差动保护。它有两种接线方式：
a. 每相装设两个电流互感器和一个继电器做成单独的保护，其原理接线如图7-2所示。这样三相总共需要六个互感器和三个继电器。由于接线复杂，保护中的不平衡电流也大，因此实际上已经很少采用。
b. 目前广泛应用的接线方式如图7-3所示，它实质上是把一半绕组的三相电之和去与另一半绕组三相电流之和进行比较，当发生前述各种匝间短路时，此中性点联线上照样有环流通过，因此，继电器3可以动作，。由于只使用了一个互感器，也就不存在由于互感器的误差所产生的不平衡电流，因此，起动电流较小，灵敏度较高。此外，这种接线方式也比第一种接线方式简单。
运行经验表明，当励磁回路发生永久性的两点接地时，由于发电机励磁磁势的畸变而引起空气隙磁通发生较大的畸变，发电机将产生异常的振动，此时励磁回路两点接地保护应动作于跳闸。在这种情况下，虽然按照横差动保护的工作原理来看它不应该动作，但由于发电机已有切除的必要，因此横差动保护动作于跳闸也是允许的。基于上述考虑，目前已不采用励磁回路两点接地保护动作时闭锁横差动保护的措施。为了防止在励磁回路中发生偶然性的瞬间两点接地时引起的误动作，因此，当励磁回路发生一点接地后，在投入两点接地保护的同时，也应将横差动保护切换至0.5-1s的延时动作于跳闸。

3． 发电机的单相接地保护：
a. 发电机定子绕组单相接地的特点：现代发电机的中性点都是不接地或经消弧线圈接地的，因此，当发电机内部单相接地时，流经接地点的电流仍为发电机所在电压网络对地电容电流之和，而不同之处在于故障点的零序电压将随发电机 内部接地点的位置不同而改变。
b. 利用零序电流构成的定子接地保护
c. 利用零序电压构成的定子接地保护
d. 利用三次谐波电压构成的100%定子接地保护