【文章內(nèi)容簡介】 間短路、定子繞組單相接地、轉(zhuǎn)子繞組一點接地或兩點接地、轉(zhuǎn)子勵磁回路勵磁電流消失等。短路點有很大的短路電流，其所產(chǎn)生的電弧不但會燒壞絕緣，還可能損壞鐵芯，甚至引起火災(zāi)，給發(fā)電機(jī)的修復(fù)工作帶來很在困難。，產(chǎn)生環(huán)流，使該處溫度升高，絕緣損壞，并可能轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嘟拥鼗蛳嚅g短路故障。，研究證明當(dāng)故障點電流超過5A并持續(xù)一定時間時，故障點定子鐵心可能熔化，發(fā)電機(jī)須進(jìn)行大修，定子鐵心須重新選壓。，由于沒有電流通路，對發(fā)電機(jī)并無危害。但若不及時處理，就有可能導(dǎo)致兩點接地故障，造成勵磁回路短路，可能損壞轉(zhuǎn)子繞組和鐵心。 不正常運行狀態(tài)發(fā)電機(jī)的不正常運行狀態(tài)主要有：由于外部短路引起的定子繞組過電流；由于負(fù)荷等超過發(fā)電機(jī)額定容量而引起的三相對稱過負(fù)荷；由于外部不對稱短路或不對稱負(fù)荷（如單相負(fù)荷，非全相運行等）而引起的發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流和過負(fù)荷；由于突然甩負(fù)荷引起的定子繞組過電壓；由于勵磁回路故障或強(qiáng)勵時間過長而引起的轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷；由于汽輪機(jī)主氣門突然關(guān)閉而引起的發(fā)電機(jī)逆功率等。對于發(fā)電機(jī)—變壓器組，對容量在100MW以下的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)保護(hù)區(qū)不小于繞組串聯(lián)匝數(shù)90%的定子接地保護(hù)對容量在100MW以上的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)保護(hù)區(qū)為100%的定子接地保護(hù)，保護(hù)帶時限動作于信號，必要時也可以動作于切。針對上述故障類型及不正常運行狀態(tài)，發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)以下繼電保護(hù)裝置：（1）針對1MW及以上的發(fā)電機(jī)的定子繞組及其引出線的相間短路，應(yīng)裝設(shè)差動保護(hù)。（2）對于直接連于母線的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障當(dāng)單相接地故障電流（不考慮消弧線圈的補(bǔ)償作用）大于表的規(guī)定允許值時，應(yīng)裝設(shè)選擇性的接地保護(hù)裝置。（3）對于發(fā)電機(jī)定子繞組的匝間短路，當(dāng)定子繞組星形接線、每相有并聯(lián)分支且中性點側(cè)有分支引出端時，應(yīng)裝設(shè)橫差保護(hù)；200MW及以上的發(fā)電機(jī)有條件時可裝設(shè)雙重化橫差保護(hù)。（4）對于發(fā)電機(jī)外部短路引起的過電流，可采用下列保護(hù)方式： 1）負(fù)序過電流及單元件低電壓啟動過電流保護(hù)，一般用于50MW及以上的發(fā)電機(jī)； 2）負(fù)荷過電壓啟動的過電流保護(hù)，一般用于1MW以上的發(fā)電機(jī)； 3）過電流保護(hù)，用于1MW及以下的小型發(fā)電機(jī)； 4）帶電流記憶的低壓過電流保護(hù)，用于自并勵發(fā)電機(jī)。（5）對于由不對稱負(fù)荷或外部不對稱短路而引起的負(fù)序過電流，一般在50MW及以上的發(fā)電機(jī)上裝設(shè)負(fù)序過電流保護(hù)。（6）對于不對稱負(fù)荷引起的發(fā)電機(jī)定子繞組過電流，應(yīng)裝設(shè)接于一相電流的過負(fù)荷保護(hù)。（7）對于水輪發(fā)電機(jī)定子繞組過電壓，應(yīng)裝設(shè)延時的過電壓保護(hù)。（8）對于發(fā)電機(jī)勵磁回路的一點接地故障，對1MW及以下的小型發(fā)電機(jī)可裝設(shè)定期檢測裝置；對1MW以上的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)專用的勵磁回路一點接地保護(hù)。（9）對于發(fā)電機(jī)勵磁消失故障，在發(fā)電機(jī)不允許失磁運行時，應(yīng)在自動滅磁開關(guān)斷開時連鎖斷開發(fā)電機(jī)的斷路器；對采用半導(dǎo)體勵磁及100MW及以上采用電機(jī)勵磁的發(fā)電機(jī)，應(yīng)增設(shè)直接反應(yīng)發(fā)電機(jī)失磁時電氣參數(shù)變化的專用保護(hù)。（10）對于轉(zhuǎn)子回路的過負(fù)荷，在100MW及以上，比且采用半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)。（11）對于汽輪發(fā)電機(jī)主汽門突然關(guān)閉而出現(xiàn)的發(fā)電機(jī)變電動機(jī)運行的異常運行方式，為防止汽輪損壞，對200MW及以上的大容量汽輪發(fā)電機(jī)裝設(shè)逆功率保護(hù)；對于燃汽輪發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)逆功率保護(hù)。（12）對于300MW及以上的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)過勵磁保護(hù)。（13）其他保護(hù)：如當(dāng)電力系統(tǒng)震蕩影響機(jī)組安全運行時，在300MW機(jī)組上，宜裝設(shè)失步保護(hù)；當(dāng)汽輪機(jī)低頻運行會造成機(jī)械振動，葉片損傷，對汽輪機(jī)危害極大，可裝設(shè)低頻保護(hù)；當(dāng)水冷發(fā)電機(jī)斷水時，可裝設(shè)斷水保護(hù)等。 為了快速消除發(fā)電機(jī)內(nèi)部的故障，在保護(hù)動作于發(fā)電機(jī)斷路器跳閘的同時，還必須動作自動滅磁開關(guān)，斷開發(fā)電機(jī)勵磁回路，使定子繞組不再感應(yīng)出勵磁電動勢，繼續(xù)供給短路電流。該保護(hù)是發(fā)電機(jī)內(nèi)部相間短路的主保護(hù)，根據(jù)啟動電流的不同有兩種選取原則，與其相對應(yīng)的接線方式也有一些差別。因為該保護(hù)可以無延時的切除保護(hù)范圍內(nèi)的各種故障，同時又不反應(yīng)發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷和系統(tǒng)振蕩，且靈敏系數(shù)一般較高，所以縱差動保護(hù)毫無例外的用作容量在1MW以上發(fā)電機(jī)的主保護(hù)。該保護(hù)是利用比較發(fā)電機(jī)中性點側(cè)和引出線側(cè)電流幅值和相位的原理構(gòu)成，因此在發(fā)電機(jī)中性點測和引出線側(cè)裝設(shè)特性和變比完全相同的電流互感器來實現(xiàn)縱差保護(hù)。兩組電流互感器之間為縱差保護(hù)的范圍。電流互感器二次側(cè)按照循環(huán)電流接線法接線，即如果兩組電流互感器一次側(cè)極性分別以中性點測和母線側(cè)為正極性，則二次側(cè)同極性相連接。差動互感器與兩側(cè)電流互感器的二次繞組并聯(lián)。發(fā)電機(jī)故障時，如圖00001中的k1點短路，兩側(cè)電流互感器的一、二次電流如圖所示，差動繼電器中的電流為=+.當(dāng)大于繼電器的整定電流時，繼電器動作。在正常運行或保護(hù)區(qū)外故障時，流過繼電器的電流為兩側(cè)電流之差（=），（短路點）。在循環(huán)電流回路兩臂引線阻抗相同、兩側(cè)電流互感器特性完全一致和鐵芯剩磁理想的情況下，量測電流相等（=），流過繼電器的電流為零，此電流稱為不平衡電流。但實際上差動繼電器中流過不大的電流，此電流稱為不平衡電流。差動保護(hù)在原理上不反應(yīng)負(fù)荷電流和外部短路電流，只反應(yīng)發(fā)電機(jī)兩側(cè)電流互感器保護(hù)區(qū)內(nèi)的故障電流，因此，縱差保護(hù)在時限上不必與其他時限配合，可以瞬時動作于跳閘?？v差保護(hù)的整定原則如下：BCH2型繼電器構(gòu)成的差動保護(hù)保護(hù)動作電流應(yīng)躲開外部短路時最大不平衡電流，即 式中 —可靠系數(shù)，； —計算不平衡電流； —考慮非周期分量影響的系數(shù)。當(dāng)采用BCH－2繼電器時=1； —電流互感器同形系數(shù)，； —在發(fā)電及外部三相短路時，流經(jīng)保護(hù)的最大周期性短路電流。對于水輪發(fā)電機(jī)，由于電抗的數(shù)值比汽輪發(fā)電機(jī)大，其出口處發(fā)生三相短路的最大短路電流約為：為避免保護(hù)在電流互感器二次回路斷線時誤動作，保護(hù)動作電流應(yīng)大于發(fā)電機(jī)的最大負(fù)荷電流，即 = 式中 －可靠系數(shù)， －發(fā)電機(jī)額定電流取述最大的作為保護(hù)的動作電流。差動繼電器的動作電流 = 式中 —接線系數(shù) —電流互感器變比 式中 —發(fā)電機(jī)出口兩相短路時，流經(jīng)保護(hù)最小周期性短路電流。 最小靈敏系數(shù)應(yīng)約為2。綜上可見，按躲開不平衡電流條件整定的差動保護(hù)，其起動值都遠(yuǎn)較按躲開電流互感器二次回路斷線的條件為小，因此，保護(hù)的靈敏性就高。但是這樣整定后，在正常運行條件下發(fā)生電流互感器二次回路斷線時，在負(fù)荷電流的作用下，差動保護(hù)就可能誤動作，就這點來看其可靠性是較差的。因此，是否需要考慮斷線在目前還是有爭議的問題。發(fā)電機(jī)縱差動保護(hù)的動作邏輯如下：發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)可以無延時的切除保護(hù)范圍內(nèi)的各種故障，同時又不反應(yīng)發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷和系統(tǒng)振蕩，靈敏系數(shù)一般較高。因此，縱差保護(hù)毫無例外的用作容量在1MW以上發(fā)電機(jī)主保護(hù)。（1）發(fā)電機(jī)裂相橫差保護(hù)裂相橫差保護(hù)—大容量發(fā)電機(jī)每相都由兩個或兩個以上并聯(lián)分支繞組組成，正常運行時各繞組中電勢相等，流過相等的負(fù)荷電流；當(dāng)同相內(nèi)非等電位點匝間短路時，各繞組中電勢不再相等，出現(xiàn)因電勢差而在各繞組間產(chǎn)生的環(huán)流。利用這個環(huán)流可以實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路的保護(hù)，構(gòu)成裂相橫差保護(hù)的原理。1）一個分支繞組內(nèi)部發(fā)生匝間短路時：圖31 某一繞組內(nèi)部匝間短路橫差動保護(hù)此時兩個分支繞組的電勢將不等，出現(xiàn)環(huán)流，這時在電流差動回路中將會有，若此電流大于啟動電流，保護(hù)可靠動作。但是當(dāng)短路匝數(shù)較小時，環(huán)流也較小，有可能小于啟動電流，所以保護(hù)有死區(qū)。2）同相并聯(lián)分支繞組間發(fā)生匝間短路時：此時，只要這兩個分支繞組短路點存在電動勢差（比如可簡單地理解為當(dāng)時），分別產(chǎn)生兩個環(huán)流、此時差動電流為。圖32 同相不同繞組匝間短路橫差動保護(hù)（2）單元件橫差動保護(hù)單元件橫差動匝間短路保護(hù)能反應(yīng)定子繞組匝間短路、分支線棒開焊及機(jī)內(nèi)繞組相間短路。其原理圖如圖33所示。圖33 單元件橫差動保護(hù)接線原理實際發(fā)電機(jī)不同中性點間有不平衡電流：1）定子同相而不同分支的繞組參數(shù)不完全相同，致使兩端的電勢及支路電流有差異；1）發(fā)電機(jī)定子氣隙磁場不完全均勻，在不同定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢不同；3）轉(zhuǎn)子偏心，在不同的定子繞組中產(chǎn)生不同電勢；⑷存在三次諧波電流。實際很多情況下存在較大的三次諧波不平衡電流。因此，單元件橫差動保護(hù)需要具有性能良好的三次諧波濾過器。如前所述，由于發(fā)電機(jī)容易發(fā)生繞組線棒和定子鐵芯之間的絕緣破壞，因此發(fā)生單相接地的故障比例很高，約占定子故障的70%80%。由于大型發(fā)電機(jī)組定子繞組，對地電容交大，當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端附近發(fā)生接地短路時，故障點的電容電流比較大，影響發(fā)電機(jī)的安全運行；同時由于接地故障存在，會引起接地弧光過電壓，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)其他位置絕緣的破壞，形成危害嚴(yán)重的相間或匝間短路故障。因此發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)就顯得尤為重要。定子單相接地保護(hù)類型：利用零序電流構(gòu)成的發(fā)電機(jī)定子繞組接地保護(hù)利用零序電壓構(gòu)成的發(fā)電機(jī)定子繞組接地保護(hù)利用三次諧波電壓構(gòu)成的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)利用零序電壓和疊加電源構(gòu)成的發(fā)電機(jī)100%繞組單相接地保護(hù)這里著重介紹由利用三次諧波電壓構(gòu)成的發(fā)電機(jī)100%繞組單相接保護(hù)。 100%定子繞組接地保護(hù)：100%定子繞組的接地保護(hù)由兩部分組成。一部分是由接在發(fā)電機(jī)出線端的電壓互感器的開口三角線圈側(cè)，反應(yīng)零序電壓而動作的保護(hù)。它可以保護(hù)85～90%定子繞組。第二部分是利用比較發(fā)電機(jī)中性點和出線端的三次諧波電壓絕對值大小而構(gòu)成的保護(hù)。正常運行時，發(fā)電機(jī)中性點的三次諧波電壓比發(fā)電機(jī)出線端的三次諧波電壓大，而在發(fā)電機(jī)內(nèi)部定子接地故障時，出線端的三次諧波電壓比中性點的三次諧波電壓大。發(fā)電機(jī)出口的三次諧波電壓作為動作量，而中性點的三次諧波電壓為制動量。當(dāng)發(fā)電機(jī)出口三次諧波電壓大于中性點三次諧波電壓時，繼電器動作發(fā)出接地信號或跳閘。 發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù) 定時限過電流保護(hù)（1）單相式低電壓啟動過電流保護(hù)單相式的低電壓啟動過電流保護(hù)—由接于相電流上的過電流繼電器KA1和接于線電壓上的低電壓繼電器KV組成，以專門反應(yīng)三相對稱短路。與負(fù)序過電流保護(hù)并聯(lián)工作的，經(jīng)過時間繼電器KT1的延時后動作于跳閘。（2）負(fù)序過電流保護(hù)（過負(fù)荷信號部分）KA3具有較小的整定值，當(dāng)負(fù)序電流超過發(fā)電機(jī)的長期允許值時，經(jīng)時間繼電器KT2的延時后，發(fā)出發(fā)電機(jī)的不對稱過負(fù)荷信號。整定原則：躲開發(fā)