发电机保护

发电机是电力系统中最主要的设备，其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设备，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装置。

6.4.1 发电机常见故障与保护配置

1.发电机常见故障与不正常运行状态

故障类型包括定子绕组相间短路、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等。

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。

2.发电机保护配置

对1MW以上发电机的定子绕组及其引出线的相间短路，应装设纵差保护。

对直接连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5A时（不考虑消弧线圈的补偿作用），应装设动作于断路器跳闸的零序电流保护，小于5A时，则装设作用于信号元件的接地保护。

对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。

对发电机外部短路而引起的过电流，可采用下列保护：负序过电流及单相式低电压启动过电流保护，一般用于50MW及以上的发电机；复合电压启动的过电流保护（负序电压及线电压）；过电流保护，用于1MW以下的小发电机。

对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及以上的发电机上装设负序电流保护。

对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。

对水轮发电机定子绕组过电压，应装设带延时的过电压保护。

对发电机励磁回路的接地故障，水轮发电机装设一点接地保护，小容量机组可采用定期检测装置。

对汽轮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。

对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，对采用半导体励磁以及100MW以上采用电机励磁的发电机，应增设反映发电机失磁时电气参数变化的专用失磁保护。

对转子回路过负荷，在100MW及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。

对汽轮机主气门突然关闭，为防止汽轮机遭到破坏，对大容量机组可考虑装设逆功率保护。

当电力系统振荡影响机组安全运行时，在300MW机组上，应装设失步保护。

当汽轮机低频运行造成机械振动、叶片损伤等可装设低频保护。

当水冷却发电机如有可能断水时，可装设断水保护。

6.4.2 发电机纵差动保护

在大容量发电机中，由于额定电流很大，其每相都是由两个并联的绕组组成的，在正常情况下，两个绕组中的电势相等，各供出一半的负荷电流，而当任一个绕组中发生匝间短路时，两个绕组中的电势就不再相等，因而会由于出现电势差而产生一个均衡电流，在两个绕组中环流。因此，利用反映两个支路电流之差的原理，即可为实现对发电机定子绕组匝间短路的保护，即横差保护。

该保护是发电机内部相间短路的主保护，根据启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地切除保护范围内的各种故障，同时又不反映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地用作容量在1MW以上发电机的主保护。

在正常运行情况下，电流互感器的二次回路断线时保护装置不应误动。为防止差动保护装置误动作，应整定保护装置的启动电流大于发电机的额定电流。

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，保护装置仍要误动作，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。

保护装置的启动电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定。

按躲开不平衡电流条件整定的差动保护，其启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，差动保护装置就可能误动作，就这点来看其可靠性是较差的。因此，是否需要考虑断线的情况在目前还是有争议的问题。

6.4.3 发电机横差动保护

利用反映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。