發(fā)電機繼電保護

發(fā)電機保護發(fā)電機繼電保護同步發(fā)電機是電力系統(tǒng)最重要和昂貴的設備，它的安全運行直接影響到電力系統(tǒng)的安全。然而，在發(fā)電機運行過程中，其定子繞組和轉子回路都可能出現(xiàn)故障和異常情況。當故障發(fā)生后，對系統(tǒng)的影響較大，同時修復工作復雜且工期長，經(jīng)濟損失也較大。因此，發(fā)電機必須裝設專門的、性能完善的繼電保護裝置。一旦發(fā)生故障，保護裝置能快速而有選擇性地將發(fā)電機從系統(tǒng)中切除，并進行滅磁。同步發(fā)電機處于不正常運行狀態(tài)時，保護裝置應能及時發(fā)出信號，以便運行人員進行處理。一、故障類型及異常工況狀態(tài)

故障類型定子繞組相間短路:破壞絕緣，燒壞鐵芯匝間短路:破壞縱絕緣，進而發(fā)展為單相接地或相間短路單相接地:鐵芯局部熔化轉子繞組一點接地或兩點接地:兩點接地時燒壞勵磁繞組和鐵芯，破壞轉子磁通對稱性，引起發(fā)電機振動，對于水輪發(fā)電機和同步調(diào)相機，危害更大勵磁電流急劇下降或消失:發(fā)電機要從系統(tǒng)吸取大量的無功功率，引起定子過電流，同時發(fā)電機可能失去同步而進入異步運行，若系統(tǒng)無功儲備不足，將引起電壓下降，嚴重時會危機系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。異常工況狀態(tài)定子繞組過電流過負荷負序過電流和過負荷定子繞組過電壓轉子繞組過負荷逆功率二.大容量發(fā)電機組的特點

大容量發(fā)電機組指的是容量在200MW以上汽輪發(fā)電機和容量在125MW以上的水輪發(fā)電機。大容量發(fā)電機組有如下特點。1.短路比減小(短路比意義是對應于空載額定電壓的勵磁電流下三相穩(wěn)態(tài)短路時的短路電流與額定電流之比)、電抗增大2.慣性時間常數(shù)降低3.熱容量降低

4.時間常數(shù)增大此外，大容量發(fā)電機組采用直接冷卻方式，絕緣水平相對有所降低，且冷卻系統(tǒng)較復雜，發(fā)生故障的幾率相對增多；由于單機容量增大，機組軸向長度與直徑之比增大，容易引起氣隙不均勻，使振動加劇。三.發(fā)電機的繼電保護配置

根據(jù)GB/T14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》的要求，發(fā)電機應裝設以下繼電保護裝置。發(fā)電機保護縱聯(lián)差動保護接地保護接地電容電流≥5A時動作于跳閘的零序電流保護接地電容電流<5A時作用于信號保護區(qū)為100％的定子接地保護橫聯(lián)差動保護過電流負序過電流及單相式低電壓起動過電流保護復合電壓(負序電壓及線電壓)起動的過電流保護過電流保護負序電流保護過負荷保護過電壓保護水輪發(fā)電機設一點接地保護汽輪發(fā)電機定期檢測一點接地；大容量機組裝設—點接地保護和兩點接地保護轉子回路保護發(fā)電機保護失磁保護轉子過負荷保護。逆功率保護失步保護低頻保護斷水或漏水保護斷路器斷口逆閃絡保護

為了快速消除發(fā)電機內(nèi)部的故障，在保護動作于發(fā)電機斷路器跳閘的同時，還必須動作于自動滅磁開關，斷開發(fā)電機勵磁問路，以使轉子回路電流不會在定于繞組中再感應電勢，繼續(xù)供給短路電流。四.發(fā)電機保護出口方式

如上所述，發(fā)電機不同的保護，出口方式不同。根據(jù)故障和異常運行狀態(tài)的性質(zhì)及動力系統(tǒng)的條件，按規(guī)定分別作用于：停機是指斷開發(fā)電機斷路器、滅磁，對汽輪發(fā)電機還要關閉主汽門，對水輪發(fā)電機還要關閉導水翼。解列滅磁是指斷開發(fā)電機斷路器，滅磁，汽輪機甩負荷。解列是指斷開發(fā)電機斷路器，汽輪機甩負荷。減出力是指將原動機出力減至給定值。程序跳閘對汽輪發(fā)電機來說，是指首先關閉主汽門，待逆功率繼電器動作后，再跳開發(fā)電機斷路器并滅磁；對水輪發(fā)電機，是指首先將導水翼關到空載位置，再跳開發(fā)電機斷路器并滅磁。減勵磁將發(fā)電機勵磁電流減到至定值。勵磁切換將勵磁電源系統(tǒng)由工作勵磁電源系統(tǒng)切換到備用勵磁電源系統(tǒng)。廠用電源切換由廠用工作電源供電切換到備用電源供電。分出口動作于單獨回路。信號發(fā)出聲光信號。五、發(fā)電機縱聯(lián)差動保護

作為反應發(fā)電機內(nèi)部定子繞組及其引出線相間短路的主保護。目前大容量發(fā)電機組都是采用比率制動特性的縱聯(lián)差動保護。所謂比率制動特性就是指繼電器的動作電流隨外部短路電流的增大而自動增大，而且動作電流的增大比不平衡電流的增大還要快。這樣就可避免由于外部短路電流的增大而造成繼電器誤動作，同時對于內(nèi)部短路故障又有較高的靈敏度。下圖為發(fā)電機縱差動保護的單相原理圖，兩組CT特性、變比一致

同步發(fā)電機的縱差動保護

圖4.1發(fā)電機完全縱差保護交流接入回路完全縱差動

不完全縱差動(1)完全差動保護:能反應發(fā)電機內(nèi)部及引出線上的相間短路、（但不能反應發(fā)電機內(nèi)部匝間短路及分支開焊）大電流系統(tǒng)側的單相接地短路故障。(2)不完全縱差保護:適用于每相定子繞組為多分支的大型發(fā)電機。它除了能反應發(fā)電機相間短路故障，還能反應定子線棒開焊及分支匝間短路。另外，根據(jù)算法不同，可以構成比率制動特性差動保護和標積制動式差動保護。發(fā)電機縱差保護，按比較發(fā)電機中性點TA與機端TA二次同名相電流的大小及相位構成。發(fā)電機完全縱差保護的交流接入回路示意圖如下：

實現(xiàn)制動,動作值的整定可只按躲過發(fā)電機正常運行時的不平衡電流，發(fā)電機比率制動式差動保護

1、動作方程與動作特性

完全縱差時不完全縱差時

發(fā)電機縱差保護動作特性如下，其動作特性均由二部分組成：即無制動部分和比率制動部分。名稱制動系數(shù)啟動電流拐點電流負序電壓速斷倍數(shù)（*Ie）解除TA斷線功能差流倍數(shù)（*Ie）額定電流代號KZIqIgU2IsIctIe

（IN）整定范圍0.1~1.80.05~100.5~101~301~200.8~1.20.5~8單位

安安伏倍數(shù)倍數(shù)安發(fā)電機縱差保護定值清單（三）比率制動式發(fā)電機縱差保護定值整定

①啟動電流Iact0

按躲過正常工況下最大不平衡差流來整定。不平衡差流產(chǎn)生的原因：主要是差動保護兩側TA的變比誤差，保護裝置中通道回路的調(diào)整誤差。對于不完全縱差，尚需考慮發(fā)電機每相各分支電流的不平衡。一般

Iact0=（0.3～0.4）IN.G

②拐點電流Ibrk0Ibrk0的大小，決定保護開始產(chǎn)生制動作用的電流大小，建議按躲過外部故障切除后的暫態(tài)過程中產(chǎn)生的最大不平衡差流整定。③比率制動系數(shù)Kbrk（按避開外部）1、保護最大動作電流整定1）保護裝置的最大動作電流按避開外部故障時的最大不平衡電流整定。一般取為1.3取1型號相同時為0.5不完全縱差取值要大一點。一般Ibrk0=（0.5～0.8）IN.GKbrk應按躲過區(qū)外三相短路時產(chǎn)生的最大暫態(tài)不平衡差流來整定。通常，對發(fā)電機完全縱差Kbrk=0.3～0.5;

對于不完全縱差保護，當兩側差動TA型號不同時，取Kbrk=0.5，以躲過區(qū)外故障因兩側TA暫態(tài)特性不同及轉子偏心而造成的不平衡差流等。④負序電壓U2

解除循環(huán)閉鎖的負序電壓（二次值）可取U2=（9～12）V。⑤差動速斷倍數(shù)Is

對于發(fā)電機的差動速斷，其作用相當于差動高定值，應按躲過區(qū)外三相短路時產(chǎn)生的最大不平衡差流來整定，一般取Is=4～8（倍）。⑥解除TA斷線功能差流倍數(shù)Ict

通常Ict=0.8～1.2IN.G。發(fā)電機額定電流IN.G⑦差動保護靈敏度校驗必須滿足機端兩相金屬性短路時，差動保護的靈敏系數(shù):Ksen≥2⑥解除TA斷線功能差流倍數(shù)Ict

通常Ict=0.8～1.2IN.G。發(fā)電機額定電流IN.G⑦差動保護靈敏度校驗必須滿足機端兩相金屬性短路時，差動保護的靈敏系數(shù):Ksen≥23、保護動作邏輯框圖發(fā)電機縱差保護的出口方式，有兩種設置：單相出口方式及循環(huán)閉鎖出口方式。當采用循環(huán)閉鎖出口方式時，為提高發(fā)電機內(nèi)部及外部不同相同時接地故障（即兩相接地短路）時保護動作的可靠性，采用負序電壓解除循環(huán)閉鎖（即改成單相出口方式）。對于單相出口方式，設置專門的TA斷線判別，并當差電流大于解除TA斷線閉鎖電流倍數(shù)Ict時可解除TA斷線判別功能。圖10-4單相出口方式發(fā)電機縱差保護邏輯框圖發(fā)電機不完全縱差動保護一段使用單相出口方式。

圖10-5循環(huán)閉鎖出口方式發(fā)電機縱差保護邏輯框圖

發(fā)電機完全縱差動保護推薦使用循環(huán)閉鎖出口方式。六、定子繞組匝間短路保護1、定子繞組匝間短路類型定子繞組接線方式有兩種：雙星形接線和單星形接線定子繞組匝間短路類型主要有：同相同分支；同相不同分支；不同相間；定子開焊。

2、單元件式橫差電流保護1）基本原理：發(fā)生匝間短路故障時，由于雙Y接線繞組的中性點連線上有電流出現(xiàn)，因此，取用中性點連線上的電流可以構成定子繞組的匝間短路保護。

該保護構成簡單，靈敏度高，不僅可反應定子繞組的匝間短路故障和分支繞組的開焊故障，而且還能反應定子繞組的相間短路故障，故可作為發(fā)電機內(nèi)部短路故障的保護；但保護存在死區(qū)，只適用于每相定子繞組為多分支，且有兩個或兩個以上中性點引出的發(fā)電機。

2）微機發(fā)電機橫差保護交流輸入回路發(fā)電機單元件橫差保護的輸入電流，為發(fā)電機兩個中性點連線上的TA二次電流。以定子繞組每相兩分支的發(fā)電機為例，其交流輸入回路示意圖如下：

邏輯框圖橫差保護是發(fā)電機內(nèi)部故障的主保護，動作應無延時。但考慮到在發(fā)電機轉子繞組兩點接地短路時發(fā)電機氣隙磁場畸變可能致使保護誤動，故在轉子一點接地后，使橫差保護帶一短延時動作。其邏輯框圖如下：定值清單:

其動作方程為:Ikz＞Ig…Ikz——發(fā)電機兩中性點之間的基波電流（TA二次值）；Ig——橫差保護的動作電流整定值

名稱動作電流動作時間代號Igt1整定范圍0.1~300.1~10單位A秒3、發(fā)電機縱向零序電壓式匝間保護

1）基本原理：發(fā)電機縱向零序電壓式匝間保護，是發(fā)電機同相同分支匝間短路及同相不同分支之間匝間短路的主保護。定子繞組發(fā)生匝間短路時，定子側有縱向零序電壓，這時可采用反應縱向零序電壓的匝間短路保護。其原理接線如下。該保護原理簡單，具有較高的靈敏度，適用于中性點只有三個引出端子的多分支繞組的發(fā)電機上。但須設專用電壓互感器，因其中性點不直接接地，故不能用來測量相對地電壓和用于接地保護。

發(fā)電機縱向零序電壓式匝間短路保護

保護采用兩段式：I段為次靈敏段，II段為靈敏段。動作方程:2）微機保護原理構成原理：該保護反映的是發(fā)電機縱向零序電壓的基波分量，并用其三次諧波增量作為制動量?？v向零序電壓取自機端專用TV的開口三角輸出端。TV應全絕緣,其一次中性點不允許接地，而是通過高壓電纜與發(fā)電機中性點聯(lián)接起來。保護的交流接入回路如下：

邏輯框圖為防止專用TV一次斷線時保護誤動，引入TV斷線閉鎖；另外，為防止區(qū)外故障或其他原因（例如，專用TV回路有問題）產(chǎn)生的縱向零序電壓使保護誤動，引入負序功率方向閉鎖。負序功率方向判據(jù)采用開放式（即允許式）閉鎖。保護的邏輯框圖如下：

定值取值建議（1）縱向零序電壓動作值及動作電壓的整定原則是：能可靠躲過正常工況下由發(fā)電機縱向不對稱及專用TV三相參數(shù)不一致產(chǎn)生的零序電壓，而在定子繞組發(fā)生最小匝間短路時能可靠動作。對于由上海電機廠生產(chǎn)的定子繞組呈單Y型連接、容量為125MW的汽輪發(fā)電機，可取8V以上；而對于國內(nèi)生產(chǎn)的定子繞組呈雙Y型連接、容量為200MW～300MW的汽輪發(fā)電機，可取5V~8V。可?。?.4~0.8），一般約3V左右。三次諧波額定電壓取發(fā)電機額定負荷下三次諧波電勢2~5V三次諧波增量制動系數(shù)一般取0.4~0.5縱向零序電壓式匝間保護，應帶一個小延時動作，以確保在專用TV一次斷線時能可靠不動作。運行實踐表明：t0=0.15~0.2秒是合理的。4.匝間短路的裂相橫差保護

七、同步發(fā)電機的定子單相接地保護表10-1發(fā)電機單相接地電流允許值發(fā)電機額定電壓(kV)發(fā)電機額定容量(MW)接地電流允許值(A)6.3<50410.550-100313.10-15.75125-2002①110-203001①對于氫冷發(fā)電機,允許值為2.5A。定子繞組接地短路保護1、發(fā)電機定子繞組單相接地的特點（1）產(chǎn)生零序電壓、零序電流。（2）零序電壓的大小與接地點有關，越靠近中性點接地零序電壓越小。（3）發(fā)電機定子接地機端的零序電流為發(fā)電機系統(tǒng)外面的零序電流。由于發(fā)電機中性點不直接接地，因此它具有一般不接地系統(tǒng)單相短路的特點。不同之處在于故障點的零序電壓將隨定子繞組接地點的位置而改變。如下圖所示。

故障點的零序電壓為2、定子繞組接地短路保護（一）利用零序電流構成的定子接地保護（1）工作原理：利用發(fā)電機定子接地時要產(chǎn)生零序電流的特點構成。（2）零序電流的整定原則：

1)避開外部單相接地時發(fā)電機本身的電容電流，以及由于零序電流互感器—次側三相導線排列不對稱而在二次側引起的不平衡電流。（3）為提高靈敏度采取的措施：

1）在相間保護動作時將接地保護閉鎖，整定值不考慮躲過區(qū)外短路的最大不平衡電流。

2)保護裝置一般帶有1~2s的時限，以避開外部單相接地瞬間，發(fā)電機暫態(tài)電容電流的影響。（4）零序電流保護的死區(qū)：當發(fā)電機電壓等級的其他元件對地電容小時，或接地點靠近中性點會出現(xiàn)死區(qū)。定子繞組接地短路保護(二）基波零序電壓型定子接地保護

當發(fā)電機定子繞組單相接地時，利用零序電壓隨接地點而變化的特點，可以構成基波零序電壓保護。零序電壓保護的測量信號是發(fā)電機的零序電壓。發(fā)電機零序電壓可從發(fā)電機出口端三相電壓互感器的開口三角形繞組上取得，也可從接地變壓器的二次側繞組上取得，兩種測量方法對同一種接地方式來講所測得的零序電壓是相同的。而當定子繞組中性點附近接地時，零序電壓數(shù)值很小。保護不能起動，因此存在一定的死區(qū)。

微機發(fā)電機定子接地保護基波零序電壓式定子接地保護

保護范圍為由機端至機內(nèi)90%左右的定子繞組單相接地故障。保護接入3U0電壓，取自發(fā)電機機端TV開口三角繞組兩端，或取自發(fā)電機中性點單相TV的二次。其交流輸入回路如圖下。

定子接地保護方案基波零序電壓式定子接地保護，保護范圍為由機端至機內(nèi)90%左右的定子繞組單相接地故障?？勺餍C組的定子接地保護。也可與三次諧波定子接地保護合用，組成大、中型發(fā)電機的100%定子接地保護。發(fā)電機基波零序電壓式定子接地保護原理圖 邏輯框圖當零序電壓式定子接地保護的輸入電壓取自機端TV開口三角形繞組時，為確保TV一次斷線時保護不誤動，需引入TV斷線閉鎖?？刹捎玫谋Ｗo邏輯框圖如下。（三）發(fā)電機100%定子接地保護

隨著發(fā)電機組容量的不斷增大，要求定子接地保護應有100%保護區(qū)，不允許存在死區(qū)。目前國產(chǎn)發(fā)電機基本上都采用反應基波零序電壓和3次諧波電壓，以實現(xiàn)定子100%保護區(qū)的接地保護。該保護裝置由兩段構成，一段（簡稱基波部分）保護定子繞組從機端到中性點的5%～100%，采用基波零序電壓原理構成。另一段（簡稱3次諧波部分）保護定子繞組從中性點到機端的0～20%，利用發(fā)電機機端3次諧波電壓作為動作量，而發(fā)電機中性點的3次諧波電壓作為制動量。兩段共同構成發(fā)電機定子100%接地保護。當發(fā)電機定子繞組的任一點（即100%范圍內(nèi)）發(fā)生接地時，該保護裝置按整定的時限動作于信號。

100％定子接地保護裝置組成：第—部分是零序電壓保護，保護定子繞組的85％以上；第二部分保護則用來消除零序電壓保護不能保護的死區(qū)。為提高可靠性，兩部分的保護區(qū)應相互重總疊。2、利用基波零序電壓和三次諧波電壓構成的100％定子接地保護1）、發(fā)電機三次諧波電勢的分布特點

產(chǎn)生原因：由于發(fā)電機氣隙磁通密度的非正弦分布和鐵磁飽和的影響?？梢姡涸谡＿\行時，發(fā)電機中性點側的三次諧波電壓U3N總是大于發(fā)電機端的三次諧波電壓U3S。極限情況是當發(fā)電機出線端開路時:U3S＝U3N

機端三次諧波電壓與中性點三次諧波電壓之比為

當發(fā)電機定子繞組發(fā)生金屬性單相接地時，設接地發(fā)生在距中性點a處，此時不管發(fā)電機中性點是否接有消弧線圈，恒有：動作量：機端三次諧波電壓U3S；制動量：中性點側三次諧波電壓UN3；保護的動作條件：U3S>U3N保護范圍：反應定子繞組中性點側約50％范圍內(nèi)的接地故障。三次諧波定子接地保護交流接入回路絕對值比較式定子接地保護的動作方程為K1、K3三次諧波式定子接地保護調(diào)整系數(shù)定值

浮動電壓門坎。三次諧波式定子接地保護的邏輯框圖如圖下。

定子接地保護邏輯框圖2、基波零序電壓和三次諧波電壓構成的定子單相接地保護(1)保護原理

基波零序電壓保護：發(fā)電機距機端95％范圍內(nèi)定子繞組單相接地故障（中性點附近有5%的死區(qū)）；

三次諧波電壓保護：發(fā)電機中性點附近定子繞組的單相接地。動作判據(jù)為 Uset——為實測基波不平衡電壓。當UOP＜10V時，應校驗高壓系統(tǒng)接地短路時傳遞到機端的基波零序電壓，以免誤動。2)三次諧波電壓比的整定。若實測發(fā)電機正常運行時的最大三次諧波電壓比值設為K0，則取K＝(1.05～1.15)K0。取1.2～1.3

若發(fā)電機機端電壓互感器變比為不管發(fā)電機中性點接地方式如何，中性點電壓互感器變比應滿足八、發(fā)電機相間短路的后備保護發(fā)電機相間短路的后備保護，應在下列情況下動作：1)發(fā)電機外部故障，而故障元件的保護或斷路器拒動時。2)發(fā)電機電壓母線上發(fā)生短路、而該母線又末裝設專用保護時3)發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生相間短路，縱差動保護拒動時。1、同步發(fā)電機復合電壓過流保護保護

構成原理及邏輯框圖（0.7～0.75）UN（8%~10%）UN圖4.19發(fā)電機復合電壓過電流保護出口邏輯框圖2、阻抗保護（包括發(fā)電機、變壓器）發(fā)電機變壓器低阻抗保護，主要作為發(fā)電機及變壓器相間短路的后備保護，有時還兼作相鄰設備（母線、線路等）相間短路的后備保護。該保護主要由三個相間阻抗元件構成。阻抗元件的接入電壓和接入電流，可以取自機端TV及TA的二次，也可以取自主變高壓側或中壓側TV及TA二次。圖4.20發(fā)電機低阻抗保護動作邏輯框圖發(fā)電機過負荷及過電流保護保護反映發(fā)電機定子電流的大小。當發(fā)電機定子電流超過額定電流值（過負荷）或很大時（系統(tǒng)故障引起過電流），經(jīng)延時動作于信號（過負荷）或作用于切機（過電流）。保護引入發(fā)電機電流（TA二次值）。保護可引入三相電流、或只一相電流，在保護定義時確定。引入一相電流的保護，一般為過負荷保護。引入三相電流的保護，一般為過流保護。3、發(fā)電機反時限對稱過負荷保護

作用：是發(fā)電機定子的過熱保護，主要用于內(nèi)冷式大型汽輪發(fā)電機。構成原理：保護反映發(fā)電機定子電流的大小，其輸入電流同發(fā)電機定時限過負荷及過電流保護，即可為發(fā)電機TA二次某一相電流，或者為三相電流。該保護由定時限和反時限兩部分構成。動作方程

定時限部分：反時限部分動作特性當發(fā)電機的電流大于定時限動作整定值時，經(jīng)延時發(fā)信號；而大于反時限啟動電流值時，保護的動作時間與電流大小成反比，出口作用于解列或程序跳閘。保護的反時限特性曲線由三部分構成：上限短延時、反時限及下限長延時。其特性曲線如圖所示。邏輯框圖發(fā)電機反時限對稱過負荷保護的邏輯框圖如下。Ig1、t11—定時限動作電流、時間；Is、ts—下限電流、長延時；

Iup、tup—上限電流、時間4、發(fā)電機反時限不對稱過負荷保護發(fā)電機反時限不對稱過負荷保護，適用于大型內(nèi)冷式汽輪發(fā)電機。是發(fā)電機的轉子過熱保護，也叫轉子表層過熱保護。保護反應發(fā)電機定子電流中的負序分量。其輸入電流為發(fā)電機TA二次三相電流。保護由定時限和反時限二部分構成。

當發(fā)電機負序電流大于定時限動作整定值時，經(jīng)延時發(fā)信號；大于反時限啟動電流值時，保護按反時限作用于切除發(fā)電機。保護的反時限特性曲線由三部分構成：上限短延時、反時限及下限長延時。其特性曲線如下。動作方程

定時限部分：反時限部分5、發(fā)電機轉子繞組過負荷及過流保護

發(fā)電機轉子繞組過負荷及過電流保護，用于保護轉子繞組及作為勵磁機的后備保護。九、發(fā)電機轉子回路接地保護1、發(fā)電機勵磁回路故障原因及危害

發(fā)電機轉子勵磁繞組的接地故障包括一點接地和兩點接地。所謂接地是指勵磁繞組絕緣損壞或擊穿而使勵磁繞組導體與轉子鐵芯相接觸。勵磁回路一點接地故障對發(fā)電機并不造成危害，但若再相繼發(fā)生第二點接地將嚴重威脅發(fā)電機的安全。當發(fā)生兩點接地故障時，由于故障點流過相當大的故障電流將燒傷轉子本體；由于繞組部分短接，勵磁繞組中電流增加，可能因過熱而燒傷；由于部分繞組被短接，使氣隙磁通失去平衡，從而引起振動，特別是多極機會引起更加嚴重的轉動，甚至會因此造成災難性后果。此外，汽輪發(fā)電機勵磁回路兩點接地，還可能使軸系和汽機磁化。因此，勵磁回路兩點接地故障的后果是嚴重的。2、發(fā)電機勵磁回路接地保護現(xiàn)狀

對于1MW以上的水輪發(fā)電機，都裝設一點接地保護，動作于信號，不裝設兩點接地保護。中小型汽輪發(fā)電機，只裝設可供定期檢測用的絕緣檢查電壓表和正常不投入運行的兩點接地保護，不裝設一點接地保護。當用絕緣檢查電壓表檢出一點接地故障后，再把兩點接地保護裝置投入。轉子水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機和100MW及以上汽輪發(fā)電機，應裝設一點接地保護，并根據(jù)情況可裝設兩點接地保護裝置。通常在大型發(fā)電機組上都要求裝設轉子一點接地保護，動作于信號；同時，也投入兩點接地保護，以防可能發(fā)生的兩點同時接地及匝間短路故障。3、轉子一點接地故障保護

勵磁回路的一點接地保護，除簡單、可靠這些一般要求之外，還要求能夠反應在勵磁回路中任一點發(fā)生的接地故障，并且要求有足夠的靈敏度。在評價勵磁回路一點接地保護時，靈敏度是用故障點對地之間的過渡電阻大小來定義，若過渡電阻為Rg，保護裝置處于動作邊界上，則稱保護裝置在該點的靈敏度為Rg（Ω）。

轉子一點接地故障保護的方式很多，如絕緣監(jiān)視、電橋式、迭加直流電壓式，迭加交流電壓式等。在微機保護裝置中，轉子一點接地保護常采用的是注入式直流電源，該電源系裝置自產(chǎn)。因此，在發(fā)電機運行及不運行時，均可監(jiān)視發(fā)電機勵磁回路的對地絕緣。該保護動作靈敏、無死區(qū)。

(1)勵磁回路一點接地檢查裝置勵磁回路絕緣完好時，U1=U2=U/2；若正極接地，則U1=0，U2=U；若接地點靠近負極，則U1>U/2，U2<U/2，U1+U2=U；若接地點在勵磁繞組中點，則U1=U2=U/2,U1+U2=U。根據(jù)測量結果，可判斷勵磁回路是否接地。顯然這種電路有死區(qū)，死區(qū)在中點附近。(2)疊加直流電壓式一點接地保護①保護原理。這種保護采用了新型的疊加直流方法，疊加源電壓一般為50V，內(nèi)阻>50kΩ。利用微機智能化測量，克服了傳統(tǒng)保護中繞組正負極靈敏度不均勻的缺點，能準確地計算出轉子對地的絕緣電阻值，范圍可達200kΩ。轉子分布電容對測量無影響。發(fā)電機啟動過程中，轉子無電壓時，保護并不失去作用，保護引入轉子負極與大軸接地線。圖4.25疊加直流式轉子一點接地保護原理圖（3）外加交流電壓式一點接地保護

經(jīng)輔助電壓互感器TVA將一交流電壓U0，經(jīng)過一普通電流繼電器K和一隔直耦合電容C，疊加到勵磁繞組的一端與地之間，就構成了簡單的疊加交流電壓式一點接地保護。繼電器的動作電流，要躲過正常情況下流過繼電器的不平衡電流。當勵磁繞組上某一點經(jīng)過渡電阻Rf接地時，流過繼電器的電流大于整定值時，繼電器動作。（4）微機型切換采樣式一點接地保護基于切換采樣原理的勵磁回路一點接地微機保護原理如圖所示。接地故障點k將轉子繞組分為α和1-α兩部分（α為轉子繞組的百分數(shù)），Rg為故障點過渡電阻，由四個電阻R和一個信號電阻R1組成兩個網(wǎng)孔的直流電路。如圖所示，兩個電子開關S1和S2輪流接通。3、勵磁回路兩點接地保護1）利用切換采樣原理當再發(fā)生第二點接地時判發(fā)生了兩點接地。該原理兩點接地有死區(qū)。2）二次諧波式保護構成原理當發(fā)電機轉子繞組兩點接地時，其氣隙磁場將發(fā)生畸變，在定子繞組中將產(chǎn)生2次諧波負序分量電勢。轉子兩點接地保護即反應定子電壓中2次諧波“負序”分量。動作方程：（2）邏輯框圖在轉子一點接地保護動作后，自動投入轉子兩點接地保護。轉子兩點接地保護的邏輯框圖如圖十．發(fā)電機失磁保護（阻抗原理）發(fā)電機失磁保護1、發(fā)電機的失磁運行及其產(chǎn)生的影響

失磁故障指勵磁突然全部消失或部分消失（低勵）勵磁電流低于靜穩(wěn)極限所對應的勵磁電流）

失磁原因：三種（1）勵磁回路開路，勵磁繞組斷線

滅磁開關誤動作，勵磁調(diào)節(jié)裝置的自動開關誤動，可控硅勵磁裝置中部分元件損壞（2）

勵磁繞組由于長期發(fā)熱，絕緣老化或損壞引起短路（3）

運行人員調(diào)整等。發(fā)電機失磁后，它的各種電氣量和機械量都會發(fā)生變化，且將危及發(fā)電機和系統(tǒng)的安全。2、發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗按失磁的物理過程的三個階段，分別為等有功階段、臨界失步點、異步運行階段。對應這三個階段，其機端測量阻抗分別為：等有功阻抗圓，臨界失步阻抗圓，異步運行時的測量阻抗。3、失磁保護構成方式的特點引起失磁的原因很多，失磁后會引起許多參數(shù)變化，但每一個參數(shù)的變化都不能唯一表征失磁故障。故失磁保護的判據(jù)通常不至一個，而是由至少一個主判據(jù)和二個輔助判據(jù)構成。失磁保護的主判據(jù)主要有：

1）機端測量阻抗是否進入靜穩(wěn)邊界阻抗圓（臨界失步阻抗圓）

2）機端測量阻抗是否進入異步阻抗圓

3）無功方向由正變負

4）機端三相電壓或變壓器高壓側三相電壓降低失磁保護的輔助判據(jù)主要有：

1）發(fā)電機的勵磁電壓降低

2）是否有負序分量出現(xiàn)

3）用延時躲過振蕩的影響

4）電壓互感器二次斷線閉鎖4、發(fā)電機失磁保護（阻抗原理）

微機型發(fā)電機失磁保護一般提供了兩種原理的保護：阻抗原理失磁保護和新型逆無功原理失磁保護（特別適合于無刷勵磁的發(fā)電機）。正常運行時，若用阻抗復平面表示機端測量阻抗，則阻抗的軌跡在第一象限（滯相運行）或第四象限（進相運行）內(nèi)。發(fā)電機失磁后，機端測量阻抗的軌跡將沿著等有功阻抗園進入異步邊界園內(nèi)。

阻抗型失磁保護，通常由阻抗判據(jù)（Zg＜）、轉子低電壓判據(jù)（Vfd＜）、機端低電壓判據(jù)（Ug＜）、系統(tǒng)低電壓判據(jù)（Un＜）及過功率判據(jù)（P＞）構成。保護輸入量有：機端三相電壓、發(fā)電機三相電流、主變高壓側三相電壓（或某一相間電壓）、轉子直流電壓。阻抗型失磁保護的邏輯框圖如下：失磁保護動作過程：當發(fā)電機失磁導致機端低電壓動作時，經(jīng)延時t4發(fā)出信號并作用于出口（如切換勵磁或切換廠用電源等措施）；當發(fā)電機失磁導致機組功率超過整定值時，經(jīng)延時t5發(fā)出信號并作用于出口（如降出力）；當發(fā)電機失磁并導致系統(tǒng)低電壓動作時，經(jīng)延時t3發(fā)出信號并作用于跳閘；當發(fā)電機失磁阻抗元件滿足，或同時轉子低電壓也滿足時，經(jīng)t1延時或t2延時發(fā)出信號并作用于出口（如解列滅磁）。

十一、發(fā)電機失步保護

反應電機機端測量阻抗的變化軌跡，動作特性為雙遮擋器的失步保護