不正常运行状态及其相应的保护方式

7.1　发电机的故障类型、不正常运行状态及其相应的保护方式

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气元件，因此，应该针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的装置。

发电机的故障类型主要有：定子绕组相间短路；定子绕组一相的匝间短路；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。

发电机的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；由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；由外部不对称短路或不对称负荷（如单相负荷，非全相运行等）而引起的发电机负序过电流和过负荷；由于突然甩负荷而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；由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等。

针对上述故障类型及不正常运行状态，按规程规定，发电机应装设以下继电保护装置：

（1）对1m W以上发电机的定子绕组及其引出线的相间短路，应装设纵联差动保护。

（2）对直接联于母线的发电机定子绕组单相接地故障，当发电机电压网络的接地电容电流大于或等于5 A时（不考虑消弧线圈的补偿作用），应装设动作于跳闸的零序电流保护；当接地电容电流小于5A时，则装设作用于信号的接地保护。

对于发电机变压器组，一般在发电机电压侧装设作用于信号的接地保护；当发电机电压侧接地电容电流大于5A时，应装设消弧线圈。

容量在100mW及以上的发电机，应装设保护区为100%的定子接地保护。

（3）对于发电机定子绕组的匝间短路，当绕组接成星形且每相中有引出的并联支路时，应装设单继电器式的横联差动保护。

（4）对于发电机外部短路引起的过电流，可采用下列保护方式：

①负序过电流及单相式低电压启动过电流保护，一般用于50mW以上的发电机；

②复合电压（负序电压及线电压）启动的过电流保护；

③过电流保护，用于1mW以下的小发电机。

（5）对于由不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流，一般在50mW以上的发电机上装设负序电流保护。

（6）对于由对称负荷引起的发电机定子绕组过电流，应装设接于一相电流的过负荷保护。

（7）对于水轮发电机定子绕组过电压，应装设带延时的过电压保护。

（8）对于发电机励磁回路的接地故障：

①水轮发电机一般装设一点接地保护，小容量机组可采用定期检测装置；

②对汽轮发电机励磁回路的一点接地，一般采用定期检测装置，对大容量机组则可以装设一点接地保护。对两点接地故障，应装设两点接地保护，在励磁回路发生一点接地后投入。

（9）对于发电机励磁消失的故障，在发电机不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关断开时连锁断开发电机的断路器；对采用半导体励磁及100mW以上采用电机励磁的发电机应增设直接反应发电机失磁时电气参数变化的专用失磁保护。

（10）对于转子回路的过负荷，在100mW以上并采用半导体励磁系统的发电机上，应装设转子过负荷保护。

（11）对于汽轮发电机主汽门突然关闭，为防止汽轮机遭到损坏，对大容量的发电机组可考虑装设逆功率保护。

（12）其他如当电力系统振荡影响机组安全运行时，在300mW机组上，宜装设失步保护；当汽轮机低频运行造成机械振动、叶片损伤对汽轮机危害极大时，可装设低频保护；当水冷却发电机断水时，可装设断水保护等。

为了快速消除发电机内部的故障，在保护动作于发电机断路器跳闸的同时，还必须动作于自动灭磁开关，断开发电机励磁回路，以使转子回路电流不会在定子绕组中再生感应电势，继续供给短路电流。