第八章 發(fā)電機(jī)保護(hù)

第八章發(fā)電機(jī)保護(hù)第一節(jié)發(fā)電機(jī)的故障、不正常運(yùn)行狀態(tài)和其它情況及其相應(yīng)的保護(hù)方式

第二節(jié)發(fā)電機(jī)的縱差動(dòng)保護(hù)和橫差保護(hù)

第三節(jié)發(fā)電機(jī)定子繞組的單相接地保護(hù)

第四節(jié)發(fā)電機(jī)的負(fù)序過電流保護(hù)

第五節(jié)

發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

第六節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)第一節(jié)發(fā)電機(jī)的故障類型、不正常運(yùn)行狀態(tài)及其相應(yīng)的保護(hù)方式1）定子繞組相間短路保護(hù)方式2）定子一相繞組內(nèi)的匝間短路保護(hù)方式3）定子繞組單相接地保護(hù)方式4）轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地或兩點(diǎn)接地保護(hù)方式5）轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路勵(lì)磁電流異常下降或完全消失保護(hù)方式

不正常運(yùn)行狀態(tài)及其保護(hù)方式

1）由于外部短路引起的定子繞組過電流保護(hù)方式2）由于負(fù)荷超過發(fā)電機(jī)的額定容量而引起的三相對稱過負(fù)荷保護(hù)方式3）由于外部不對稱短路或不對稱負(fù)荷而引起的發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流和過負(fù)荷保護(hù)方式4）由于突然甩負(fù)荷而引起的定子繞組過電壓

保護(hù)方式5）由于勵(lì)磁回路故障或強(qiáng)勵(lì)時(shí)間過長而引起的轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)方式6）由于汽輪機(jī)主汽門突然關(guān)閉引起的發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)方式電力系統(tǒng)振蕩——對300MW機(jī)組上，宜裝設(shè)失步保護(hù)汽輪機(jī)低頻運(yùn)行——可裝設(shè)低頻保護(hù)水冷發(fā)電機(jī)斷水——可裝設(shè)斷水保護(hù)其它情況第二節(jié)發(fā)電機(jī)的縱差動(dòng)保護(hù)和橫差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)式縱差保護(hù)

標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)不完全縱差保護(hù)

橫（聯(lián)）差（動(dòng)）保護(hù)

綜合差動(dòng)保護(hù)

不同發(fā)電機(jī)組應(yīng)有不同的主保護(hù)配置方案

結(jié)論

第二節(jié)發(fā)電機(jī)的縱差動(dòng)保護(hù)和橫差動(dòng)保護(hù)一、比率制動(dòng)式縱差保護(hù)（一）發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)的基本原理與計(jì)算縱（聯(lián)）差（動(dòng)）保護(hù)是比較被保護(hù)設(shè)備各引出端電氣量（例如電流）大小和相位的一種保護(hù)。以圖8-1為例，設(shè)被保護(hù)設(shè)備有n個(gè)引出端，各個(gè)端子的電流相量如圖8-1所示，定義流入被保護(hù)設(shè)備為電流正向，則當(dāng)被保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行或外部短路時(shí)，一次電流恒有（8-1）當(dāng)被保護(hù)設(shè)備本身發(fā)生相間短路時(shí)，設(shè)短路電流為，則有（8-2）由此可見，以被保護(hù)設(shè)備諸端子電流的相量和為動(dòng)作參數(shù)的電流繼電器，

在被保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行或外部發(fā)生各種短路時(shí)，該繼電器中理論上沒有動(dòng)作電流，保護(hù)可靠不誤動(dòng)；當(dāng)被保護(hù)設(shè)備本身發(fā)生相間短路時(shí)，巨大的短路電流全部流入該繼電器，保護(hù)靈敏動(dòng)作。這就是縱差保護(hù)的基本原理，它只反映被保護(hù)設(shè)備本身的相間短路，理論上與外部短路無關(guān)，當(dāng)然也就可以用最快速度、高靈敏地切除被保護(hù)設(shè)備本身的相間短路，但對與之相鄰的其他設(shè)備短路不能有后備保護(hù)作用。一次電流必須經(jīng)電流互感器（TA）才能引入電流繼電器，設(shè)互感器的電流變比為，正常運(yùn)行或外部短路電流經(jīng)互感器傳變后，由于互感器的誤差（主要是飽和影響），雖然式（8-1）成立，但各二次電流的相量和，此即不平衡電流，實(shí)際工程計(jì)算：

（8-3）

式中Ik.max─外部最大短路電流（周期性分量）；fi—電流互感器幅值誤差，工程中要求不大于10%,故取fi=0.1；Kss—電流互感器的同型系數(shù)，發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)用互感器是同一型號(hào)的，取Kss=0.5；kaper—非周期分量影響系數(shù)，考慮外部短路暫態(tài)非周期分量電流對互感器飽和的影響，一般取kaper為1.5~2.0,。為防止縱差保護(hù)在外部短路時(shí)誤動(dòng)，繼電器動(dòng)作電流應(yīng)躲過不平衡電流，即（8-4）式中Krel—可靠系數(shù)，Krel取1.3~1.5。在整定計(jì)算動(dòng)作電流時(shí)，應(yīng)采用機(jī)端三相短路次暫態(tài)工頻電流，設(shè)，則；取，，，,

,nTA=1則用標(biāo)幺值表示的動(dòng)作電流為。該保護(hù)在縱差保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生機(jī)端兩相金屬性短路（電流為）時(shí)，保護(hù)靈敏度為從表面上看，發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)靈敏度很高，實(shí)際上發(fā)電機(jī)定子繞組中性點(diǎn)附近發(fā)生短路時(shí)，若短路匝數(shù)很少，特別是經(jīng)過過渡電阻短路時(shí)，流入縱差保護(hù)的電流并不大，保護(hù)存在動(dòng)作死區(qū)。因此在確保外部短路不誤動(dòng)的前提下，盡量減小縱差保護(hù)的動(dòng)作電流，仍然是必要的。下面就討論對發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路有較高靈敏度、外部短路能可靠不誤動(dòng)的比率制動(dòng)式縱差保護(hù)。（二）比率制動(dòng)式縱差保護(hù)的基本原理縱差保護(hù)動(dòng)作電流按式（8-4）計(jì)算，其值較大，有可能在發(fā)電機(jī)內(nèi)部相間短路時(shí)拒動(dòng)。式（8-4）是在最大外部電流下以保護(hù)不誤動(dòng)為條件來整定計(jì)算動(dòng)作電流的，當(dāng)外部短路電流小于時(shí)，縱差保護(hù)動(dòng)作電流可以比式（8-4）的計(jì)算值小些，仍可保證不誤動(dòng)。因此，可以考慮讓隨外部短路電流增大而增大。（二）比率制動(dòng)式縱差保護(hù)的基本原理

如圖8-2所示，發(fā)電機(jī)每相首末兩端電流各為和，（正向定義與圖8-1相反），互感器一、二次繞組極性和一、二次電流正向定義如圖所示，縱差保護(hù)繼電器的差動(dòng)線圈匝數(shù)為Nd，制動(dòng)線圈匝數(shù)為Nres.1和Nres.2，若有，此時(shí)，差動(dòng)繼電器的動(dòng)作安匝為、制動(dòng)安匝為為了方便，直接以電流表示：差動(dòng)電流（8-5）制動(dòng)電流（8-6）當(dāng)發(fā)電機(jī)本身無故障，機(jī)外（縱差保護(hù)區(qū)外）發(fā)生短路時(shí)，，，，制動(dòng)電流很大，差動(dòng)電流理論上為零，保護(hù)可靠制動(dòng)。外部短路電流Ik越大，制動(dòng)電流Ires越大，而差動(dòng)電流僅為不平衡電流Iunb，后者由式(8-3)決定。既然繼電器制動(dòng)電流Ires隨外部短路電流線性增大，縱差保護(hù)的動(dòng)作電流Ik.act也就隨外部短路電流相應(yīng)增大，如圖8-3所示，Ik.act隨外部短路電流Ik增大而增大的性能，通常稱為“比率制動(dòng)特性”（折線BC）。當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，各相電流不大于互感器一次額定電流I1N，這時(shí)縱差保護(hù)的不平衡電流Iunb很小，完全不需要比率制動(dòng)特性，只用最小動(dòng)作電流即可避越負(fù)荷狀態(tài)下的不平衡電流，如圖8-3中的水平線AB。(三）發(fā)電機(jī)比率制動(dòng)式縱差保護(hù)的整定計(jì)算需要整定計(jì)算的是圖8-3中的A、B、C三點(diǎn)。1、最小動(dòng)作電流（A點(diǎn)）A點(diǎn)整定原則是保證最大負(fù)荷狀態(tài)下保護(hù)不誤動(dòng)。如前所述，在額定負(fù)荷電流下，5P級(jí)互感器的幅值誤差為±1%，設(shè)一個(gè)互感器幅值誤差為－1%，另一個(gè)為＋1%，負(fù)荷狀態(tài)下不平衡電流不大于2%，考慮可靠系數(shù)為2，可取=2×2%＝4%。

10P級(jí)互感器幅值誤差為±3%，可取=2×6%＝12%。所以選取以下定值是充分安全的：

（8-7）

2、比率制動(dòng)特性起始點(diǎn)（拐點(diǎn)）B

圖8-3中B點(diǎn)橫坐標(biāo)電流應(yīng)小于或等于發(fā)電機(jī)額定電流IN.G的二次值，當(dāng)外部短路電流Ik大于IN·G時(shí)，繼電器呈現(xiàn)比率制動(dòng)特性，Ik越大，保護(hù)的動(dòng)作電流就越大。關(guān)系式為（8-8）3、最大外部短路電流下的C點(diǎn)在下，縱差保護(hù)的最大不平衡電流由式(8-3)決定，即圖8-3中的D點(diǎn)，保護(hù)的最大動(dòng)作電流，可按式(8-4)計(jì)算，即C點(diǎn)?？捎米畲笾苿?dòng)系數(shù)確定C點(diǎn)，按定義有（8-9）若取，，，，則有＝0.15注意事項(xiàng)：在采用不考慮暫態(tài)特性的P級(jí)TA時(shí)，特別是兩側(cè)TA的二次負(fù)荷不均衡時(shí)，采取非周期系數(shù)Kaper=1.5~2.0不能認(rèn)為已具有足夠的避越暫態(tài)不平衡電流的能力，定值整定計(jì)算時(shí)宜適當(dāng)取較大值。舉例如下：例如取制動(dòng)特性直線的斜率m為0.25。以，，,m＝0.25，則有，因此而按式(8-9)可得所以選取斜率m=0.25，相當(dāng)于將最大制動(dòng)系數(shù)由0.15提高到提高最大制動(dòng)系數(shù)可為躲開暫態(tài)不平衡電流創(chuàng)造有利條件。按上述方法整定了A、B、C三點(diǎn)，比率制動(dòng)特性完全確定。對于這種比率制動(dòng)式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的靈敏度校驗(yàn)，即以機(jī)端兩相金屬性短路（發(fā)電機(jī)不與系統(tǒng)并列）計(jì)算保護(hù)靈敏度，一定滿足靈敏系數(shù)大于2.0的要求，不用再算。為了正確整定發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的比率制動(dòng)特性，必須建立兩個(gè)基本概念，即：（1）外部短路使縱差保護(hù)因互感器引起的不平衡電流Iunb與外部短路電流Ik的關(guān)系應(yīng)是圖8-3中的曲線OED，而不是虛直線OD,OD虛線反映的是不平衡電流隨外部短路電流線性增大，這是不真實(shí)的。比率制動(dòng)特性ABC雖與直線OD相交，但它完全位于OED曲線之上，不會(huì)因外部短路而誤動(dòng)。（2）最大制動(dòng)系數(shù)只在最大外部短路電流下是必需的，當(dāng)時(shí)，Kres可以小于。若不平衡電流完全由互感器產(chǎn)生，則比率制動(dòng)特性只要滿足在最大外部短路電流下的和最大負(fù)荷狀態(tài)的,縱差保護(hù)就一定不會(huì)誤動(dòng)。二、標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)與比率制動(dòng)式縱差保護(hù)非常接近,具有更高靈敏度，但也只能反應(yīng)相間短路而不能反應(yīng)匝間短路，它由兩側(cè)電流和（見圖8-2）組成動(dòng)作電流和制動(dòng)電流：動(dòng)作電流(8-10)制動(dòng)電流（8-11）式中為和的相位差，外部短路時(shí)，內(nèi)部短路時(shí)大多數(shù)情況下有（由于定子繞組故障部分與非故障部分間的互感作用產(chǎn)生互感電動(dòng)勢，有時(shí)發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部短路存在即有外部短路的相位特征）。外部短路時(shí)，或，很大，而Ik僅為不大的不平衡電流，保護(hù)可靠制動(dòng)。內(nèi)部短路時(shí)，大多數(shù)情況下cosα<0，此時(shí)令I(lǐng)res=0，Ik很大，保護(hù)靈敏動(dòng)作。當(dāng)發(fā)電機(jī)未并網(wǎng)而發(fā)生內(nèi)部短路時(shí)，I2=0,Ires=0，Ik=I1，仍能靈敏動(dòng)作。因此標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)動(dòng)作判據(jù)可表達(dá)為（8-12）上式無需加制動(dòng)系數(shù)。

標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)的動(dòng)作特性如圖8-4基本動(dòng)作特性為ABCD，下方為制動(dòng)區(qū)。圖中,這是考慮兩側(cè)電流互感器TA的差異和二次負(fù)載的不均衡而設(shè)置的，如果兩側(cè)TA差別較大，可以根據(jù)正常滿負(fù)荷工況下不平衡電流實(shí)測值而適當(dāng)加大Ik·act·min。對應(yīng)橫坐標(biāo)1.0的縱坐標(biāo)OF，表示制動(dòng)特性直線的斜率m，對發(fā)電機(jī)而言，取即m=0.25。當(dāng)cosα>0、I1/IN·G、I2/IN·G、

Ires/IN·G均大于1.5

時(shí)，保護(hù)的動(dòng)作特性由直線CE

決定，此時(shí)Ik·act≈∞，保護(hù)可靠不誤動(dòng)。外部短路且兩側(cè)電流達(dá)到1.5IN·G時(shí)，TA遠(yuǎn)未飽和，不平衡電流一定不大，不可能誤動(dòng)。因此圖8-4的標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)用電流互感器只要求采用5P或10P，就能滿足外部暫態(tài)過程中不發(fā)生誤動(dòng)的要求。三、不完全縱差保護(hù)不完全縱差保護(hù)可能同時(shí)對相間短路、匝間短路和定子繞組開焊故障起保護(hù)作用.（一）傳統(tǒng)（完全）縱差保護(hù)不反應(yīng)匝間短路和開焊故障的原因如圖8-2所示，利用發(fā)電機(jī)每相首末兩端定子全相電流和構(gòu)成的傳統(tǒng)（完全）縱差保護(hù)，當(dāng)發(fā)生匝間短路或分支開焊時(shí)，兩端電流不管機(jī)內(nèi)故障電流多么大，傳統(tǒng)縱差保護(hù)將毫無反應(yīng)。（二）汽輪發(fā)電機(jī)不完全縱差保護(hù)如圖8-5所示，通常大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組為每相兩并聯(lián)分支（中型水輪發(fā)電機(jī)也有這種情況），中性點(diǎn)側(cè)引出6個(gè)或4個(gè)端子，因?yàn)門A2只引入部分相電流，所以互感器TA1和TA2構(gòu)成不完全縱差保護(hù)，當(dāng)然TA1和TA2的變比是不相同的，使正常運(yùn)行或外部短路時(shí)的差動(dòng)回路不平衡電流很小。不完全縱差保護(hù)之所以能反應(yīng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部各種短路和開焊故障，是由于三相定子繞組分布在同一定子鐵心上，不同相間和不同匝間存在或大或小的互感聯(lián)系。當(dāng)未裝設(shè)互感器的定子分支繞組發(fā)生故障時(shí)，通過互感磁通可以在裝設(shè)互感器的非故障定子分支中感受到故障的發(fā)生，使不完全縱差保護(hù)動(dòng)作。理論分析和試驗(yàn)研究均證明該保護(hù)原理的正確性。這種不完全縱差保護(hù)的整定計(jì)算與傳統(tǒng)縱差保護(hù)幾乎一樣，僅僅是電流互感器的同型系數(shù)不再是0.5而改取為1.0（因變比不同而不再同型），比率制動(dòng)特性可取:(圖8-3B點(diǎn)），一般可取為0.2～0.3。

四、橫（聯(lián)）差（動(dòng)）保護(hù)橫（聯(lián)）差（動(dòng)）保護(hù)是將定子繞組分成幾部分，比較不同部分分支繞組電流，稱為橫差保護(hù)，包括裂相橫差保護(hù)和零序電流型橫差保護(hù)。1、裂相橫差保護(hù)2、零序電流型橫差保護(hù)1、裂相橫差保護(hù)圖8-6（a）示出裂相橫差保護(hù)的單相原理圖，圖中汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組每相有兩個(gè)并聯(lián)分支，每一分支均裝設(shè)電流互感器，一相兩分支互感器二次繞組的異極性端相接，差流引至電流繼電器KA。當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行或外部短路時(shí)有當(dāng)定子繞組發(fā)生不同相的分支間短路（相間短路）、同相不同分支間或同相同分支間短路（匝間短路）以及分支繞組開焊故障時(shí)，同相兩分支的平衡被破壞，繼電器KA動(dòng)作。對于每相并聯(lián)分支數(shù)a大于2的水輪發(fā)電機(jī)，例如圖8-6(b)中表示a=5的發(fā)電機(jī)，可采用裂相橫差保護(hù).這時(shí)將定子繞組每相并聯(lián)分支分成兩部分，圖8-6(c)所表示的是三分支a1、a3、a5成一組，另二分支a2、a4成一組，每組裝設(shè)的互感器二次并聯(lián)，兩組互感器按圖8-6(a)接成橫差方式，這就是裂相橫差保護(hù)K1。對于a為奇數(shù)的互感器變比兩組并不相同，若為微機(jī)保護(hù)，兩組互感器可選用同一變比，由軟件調(diào)整它們的平衡。裂相橫差保護(hù)應(yīng)用：在國內(nèi)外大型水輪發(fā)電機(jī)上廣為采用，它與不完全縱差、零序橫差共同組成多分支分布中性點(diǎn)接線方式水輪發(fā)電機(jī)的綜合差動(dòng)保護(hù)。裂相橫差保護(hù)對定子繞組相間短路和匝間短路均有作用，并能兼顧分支開焊故障，但當(dāng)機(jī)端外部引線短路時(shí)無保護(hù)作用。裂相橫差保護(hù)采用比率制動(dòng)特性時(shí)，其整定計(jì)算方法如下：

1．最小動(dòng)作電流

式中─可靠系數(shù)，Krel＝1.3～1.5；Iunb·1─負(fù)荷狀態(tài)下，兩個(gè)電流互感器的幅值誤差的不平衡電流，一般可選取Iunb·1=0.06I`2N，I`2N為互感器二次額定電流；Iunb·2─水輪發(fā)電機(jī)各相并聯(lián)分支配置在不同的定子槽中，各槽對應(yīng)的定、轉(zhuǎn)子間氣隙磁場大小不同，由此產(chǎn)生的第二種不平衡電流。

Iunb·1

＋I(xiàn)unb·2可在發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷工況下，實(shí)測裂相橫差保護(hù)不平衡電流得到，它比縱差保護(hù)要大些。作為初步設(shè)計(jì)值，可選?。?-13）2．比率制動(dòng)特性的拐點(diǎn)

3．最大制動(dòng)系數(shù)（8-14）式中諸系數(shù)與式（8-9）相同。2、零序電流型橫差保護(hù)

如圖8-6(b)所示，在定子繞組每相分裂成兩部分的情況下，可以裝設(shè)一套零序電流型橫差保護(hù)，接在中性點(diǎn)o1、o3、o5與o2、o4之間的互感器TA3二次。因?yàn)橐慌_(tái)發(fā)電機(jī)只裝一個(gè)互感器和橫差繼電器，所以以前稱為單元件橫差保護(hù)。這種橫差保護(hù)裝置對相間短路、匝間短路和分支開焊有作用，但也不能反映機(jī)端外部引線相間短路。裂相橫差保護(hù)在正常運(yùn)行和外部短路條件的不平衡電流比零序橫差保護(hù)的要大些，因?yàn)榱阈驒M差保護(hù)的不平衡電流中沒有因互感器特性不一致產(chǎn)生的Iunb成分，只有各分支繞組在空間位置不同引起的一部分零序不平衡電流Iunb·0，而且Iunb·0<Iunb。這是因?yàn)镮unb中包含著正、負(fù)、零序分量電流，而Iunb·0中只有零序分量電流。正是由于不平衡電流的大小不同，相應(yīng)的動(dòng)作電流和靈敏度也就不同。零序橫差保護(hù)在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，不平衡電流主要是基波，在外部短路時(shí)，不平衡電流中主要是三次諧波成分量。三次諧波不平衡電流Iunb·3不僅在幅值上大大超過基波不平衡電流Iunb·1

，而且隨外部短路電流的增大，Iunb·3的增長速率也高于Iunb·1

，當(dāng)外部短路達(dá)到最大值Ik·max時(shí)，不平衡電流最大值Iunb·3·max更遠(yuǎn)大于Iunb·1·max

?；趯Σ黄胶怆娏鞯膶?shí)測和分析，得出提高零序橫差保護(hù)靈敏度的一個(gè)重要技術(shù)措施：盡量加強(qiáng)不平衡電流的三次諧波阻波能力，使三次諧波濾過比k3（＝繼電器的三次諧波動(dòng)作電流/基波動(dòng)作電流）提高到80％以上，這樣不平衡電流就大大減小，零序橫差保護(hù)的動(dòng)作電流（二次值）Ik·act·(0)為（8-15）式中Krel─可靠系數(shù)，Krel＝1.3～1.5；kaper─非周期系數(shù)，kaper＝2.0?；ジ衅饕淮晤~定電流I1N減小雖有助于提高零序橫差保護(hù)的靈敏度，但不應(yīng)過分減小，以免在發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路時(shí)互感器深度飽和；已知發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路時(shí)零序橫差電流可高達(dá)100kA，所以也不能片面強(qiáng)調(diào)提高靈敏度而不適當(dāng)?shù)販p小互感器一次額定電流。大型發(fā)電機(jī)零序橫差保護(hù)用互感器變比的選擇，應(yīng)該全面計(jì)算定子繞組內(nèi)部短路時(shí)的零序橫差電流大小，據(jù)此選擇I1N和互感器型號(hào)，例如5P20或5P30，保證絕大部分內(nèi)部短路，互感器有5％～10％的精度。

應(yīng)用、評(píng)價(jià)及校驗(yàn)：鑒于高靈敏零序橫差保護(hù)裝置簡單，功能全面（同時(shí)對相間、匝間短路起保護(hù)作用，兼顧分支開焊故障），靈敏度高，成為發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障的第一主保護(hù)，已被國內(nèi)多個(gè)大型水電廠采用，正在施工的三峽工程也選取此保護(hù)方案。高靈敏零序橫差保護(hù)是發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部故障的第一保護(hù)，但它對機(jī)端外部引線相間短路無保護(hù)作用，雖然發(fā)電機(jī)機(jī)端出線均采用分相封閉母線，但引線兩相接地短路仍有發(fā)生，所以在考慮大型發(fā)—變組保護(hù)總配置方案時(shí)，除在發(fā)電機(jī)上配備高靈敏零序橫差保護(hù)外，還應(yīng)考慮發(fā)電機(jī)機(jī)端引線相間短路的需要，裝設(shè)其他縱差保護(hù)。按照規(guī)程要求，用機(jī)端兩相金屬性短路來校驗(yàn)保護(hù)的靈敏度，對橫差保護(hù)完全不適用。可用發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障計(jì)算軟件校驗(yàn)橫差保護(hù)靈敏度。

五、綜合差動(dòng)保護(hù)我國大型水輪發(fā)電機(jī)已運(yùn)行的綜合差動(dòng)保護(hù)，如圖8-6所示，包括不完全差動(dòng)保護(hù)K2、裂相橫差保護(hù)K1和高靈敏零序橫差保護(hù)（裝設(shè)在圖8-6(b)的TA3二次）。這種綜合差動(dòng)保護(hù)，如圖8-7所示，對發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路（相間和匝間）已具有保護(hù)的三重化，但對機(jī)端引線的相間短路，只有不完全縱差保護(hù)K2能起作用，為此還應(yīng)有另一套主保護(hù)，例如發(fā)—變組不完全縱差保護(hù)。六、結(jié)論1．大型和特大型發(fā)電機(jī)主保護(hù)方案的確定，必須建立在充分、全面、科學(xué)的內(nèi)部短路計(jì)算分析基礎(chǔ)上，只用機(jī)端兩相短路校驗(yàn)主保護(hù)靈敏系數(shù)是不科學(xué)的。2．大中型發(fā)電機(jī)僅裝設(shè)一或兩種完全縱差保護(hù)的工程設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)根據(jù)，有必要推廣或創(chuàng)造條件推廣完全或不完全裂相橫差、零序電流型橫差及不完全縱差保護(hù)。3．不同型號(hào)的發(fā)電機(jī)應(yīng)有自己的主保護(hù)總配置方案，不能因?yàn)槿萘肯嗟然蚪咏突ハ喟嵊弥鞅Ｗo(hù)總配置方案。4．某種主保護(hù)方案的取舍，不要單獨(dú)以一種方案靈敏度的高低為準(zhǔn)。微機(jī)保護(hù)允許采用多種原理的主保護(hù)，取各自的優(yōu)點(diǎn)，克服或彌補(bǔ)彼此的缺點(diǎn)，即“優(yōu)勢互補(bǔ)、綜合利用”的設(shè)計(jì)方法，最終取得最佳主保護(hù)配置方案。第三節(jié)發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)一、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地特點(diǎn)與發(fā)電機(jī)單相接地處理方式

1、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障特點(diǎn)

2、大型發(fā)電機(jī)單相接地處理方式

二、利用零序電壓構(gòu)成的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)三、利用三次諧波電壓構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)

1、發(fā)電機(jī)三次諧波電動(dòng)勢的分布特點(diǎn)

2、反應(yīng)三次諧波電壓的比值和基波零序電壓組合而構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)

一、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地特點(diǎn)與

發(fā)電機(jī)單相接地處理方式1、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障特點(diǎn)根據(jù)安全的要求，發(fā)電機(jī)的外殼都是接地的，因此定子繞組因絕緣破壞而引起的單相接地故障比較普遍。當(dāng)接地電流比較大，能在故障點(diǎn)引起電弧時(shí)，將使繞組的絕緣和定子鐵心燒壞。定子繞組單相接地故障對發(fā)電機(jī)的危害主要表現(xiàn)在定子鐵心的燒傷和接地故障擴(kuò)大為相間或匝間短路。鐵心燒傷的程度由故障點(diǎn)電流If和故障持續(xù)時(shí)間t決定，Ik2t越大，鐵心損傷越嚴(yán)重。對于沒有傷及鐵心的定子繞組絕緣損壞，修復(fù)工作較簡單，所以停機(jī)時(shí)間較短；一旦燒傷鐵心，由于大型發(fā)電機(jī)組定子鐵心結(jié)構(gòu)復(fù)雜，修復(fù)困難，所以停機(jī)時(shí)間就長。如果說定子繞組絕緣損壞和單相接地故障是在所難免的，由此而殃及定子鐵心則是完全應(yīng)該避免發(fā)生的，為此應(yīng)設(shè)法減小定子繞組單相接地電流Ik，同時(shí)縮短故障的持續(xù)時(shí)間。定子繞組單相接地的故障電流和暫態(tài)過電壓大小均與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式有關(guān)。現(xiàn)代發(fā)電機(jī)普遍采用中性點(diǎn)不直接接地方式。因此，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí)，流經(jīng)接地點(diǎn)的電流仍為發(fā)電機(jī)所在電壓網(wǎng)絡(luò)（與發(fā)電機(jī)有直接聯(lián)系的各元件）對地電容電流之總和，其值很小。隨著單機(jī)容量的進(jìn)一步增大，三相對地電容C也相應(yīng)增大，單相接地故障電流Ik.C可能超過允許值。發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障電流的允許值，應(yīng)采用制造廠的規(guī)定值，如無規(guī)定值時(shí)，可參照表8-2所列的數(shù)據(jù)。按照我國國標(biāo)要求，很多大型發(fā)電機(jī)的單相接地電容電流Ik.C已超過上述允許值，所以大型發(fā)電機(jī)普遍采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的接地方式。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，能夠最大限度地減小接地故障電流，完全符合國際上發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式的總趨勢。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí)，流經(jīng)接地點(diǎn)的電流仍為發(fā)電機(jī)所在電壓網(wǎng)絡(luò)（與發(fā)電機(jī)有直接聯(lián)系的各元件）對地電容電流之總和，而不同之處在于故障點(diǎn)的零序電壓將隨發(fā)電機(jī)內(nèi)部接地點(diǎn)的位置而變化，如圖8-8(a)所示，假設(shè)A相接地發(fā)生在定子繞組距中心點(diǎn)α處，α表示由中性點(diǎn)到故障點(diǎn)的繞組占全部繞組匝數(shù)的百分比，則故障點(diǎn)各相電動(dòng)勢為

、和,而各相對地電壓分別為(8-16)因此，故障點(diǎn)的零序電壓為（8-17）上式表明，故障點(diǎn)的零序電壓將隨著故障點(diǎn)位置的不同而改變。由此可作出發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地的零序等效網(wǎng)絡(luò)，如圖8-8(b)所示。圖中C0G為發(fā)電機(jī)每相的對地電容，C0L為發(fā)電機(jī)以外電壓網(wǎng)絡(luò)每相對地的等效電容。由此即可求出發(fā)電機(jī)的零序電容電流和網(wǎng)絡(luò)的零序電容電流分別為

（8-18）則故障點(diǎn)總的接地電流即為

有效值(8-19)式中Eф——為發(fā)電機(jī)的相電動(dòng)勢，一般在計(jì)算時(shí)，常用發(fā)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)的平均額定相電壓來代替Eф，即表示為流經(jīng)故障點(diǎn)的接地電流也與a成正比，因此當(dāng)故障點(diǎn)位于發(fā)電機(jī)出線端子附近時(shí),α≈1，接地電流為最大，其值為。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí)，流經(jīng)發(fā)電機(jī)零序電流互感器TA0一次側(cè)的零序電流如圖8-8(b)所示，為發(fā)電機(jī)以外電壓網(wǎng)絡(luò)的對地電容電流。而當(dāng)發(fā)電機(jī)外部單相接地時(shí)，如圖8-9所示，流過TA0的零序電流為發(fā)電機(jī)本身的對地電容電流。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí)，實(shí)際上無法直接獲得故障點(diǎn)的零序電壓，而只能借助于機(jī)端的電壓互感器來進(jìn)行測量。由圖8-8可見，當(dāng)忽略各相電流在發(fā)電機(jī)內(nèi)阻抗上的壓降時(shí)，機(jī)端各相的對地電壓應(yīng)分別為

(8-20)

其矢量關(guān)系如圖8-10所示。由此可求得機(jī)端的零序電壓為

(8-21)

其值和故障點(diǎn)的零序電壓相等。（二）大型發(fā)電機(jī)單相接地處理方式

由于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地（欠補(bǔ)償或完全補(bǔ)償?shù)仨毚有‰娮瑁?，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，保護(hù)不必立即跳閘，而僅發(fā)接地故障信號(hào)，值班人員馬上向上級(jí)調(diào)度部門報(bào)告發(fā)電機(jī)定子繞組接地故障信息，并同時(shí)轉(zhuǎn)移負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)停機(jī)檢修，這種處理故障的方式有利于機(jī)組安全、對系統(tǒng)和負(fù)荷影響極小。由于保護(hù)不跳閘，發(fā)生定子繞組接地故障的發(fā)電機(jī)在處理過程中一直與系統(tǒng)并列，頻率始終維持額定，也就不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的暫態(tài)過電壓，因此沒有引發(fā)相間或匝間短路的可能性。對于大型發(fā)電機(jī)組，雖不主張單相接地保護(hù)動(dòng)作于跳閘，但也不主張繼續(xù)運(yùn)行，而是要求立即轉(zhuǎn)移負(fù)荷、停機(jī)檢修。二、利用零序電壓構(gòu)成的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)一般大、中型發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)中大都采用發(fā)電機(jī)－變壓器組的接線方式，在這種情況下，發(fā)電機(jī)電壓網(wǎng)絡(luò)中，只有發(fā)電機(jī)本身、連接發(fā)電機(jī)與變壓器的電纜以及變壓器的對地電容（分別以、、表示），其分布情況見圖8-11

。當(dāng)發(fā)電機(jī)單相接地后，接地電容電流一般小于允許值。對于大容量的發(fā)電機(jī)－變壓器組，若接地后的電容電流大于允許值，則可在發(fā)電機(jī)電壓網(wǎng)絡(luò)中裝設(shè)消弧線圈予以補(bǔ)償。由于上述三相電容電流的數(shù)值基本上不受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響，因此，裝設(shè)消弧線圈后，可以把接地電流補(bǔ)償?shù)胶苄〉臄?shù)值。在上述兩種情況下，均可以裝設(shè)作用于信號(hào)的接地保護(hù)。發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地的信號(hào)裝置，一般是反應(yīng)于零序電壓而動(dòng)作，其原理接線如圖8-12所示，過電壓繼電器連接于發(fā)電機(jī)電壓互感器二次側(cè)接成開口三角形的輸出電壓上。在正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)相電壓中還含有三次諧波，在機(jī)端電壓互感器接成開口三角形的一側(cè)有三次諧波電壓輸出，此外，當(dāng)變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)，在發(fā)電機(jī)端也會(huì)產(chǎn)生零序電壓。為了保證動(dòng)作的選擇性，保護(hù)裝置的整定值應(yīng)躲開正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電壓（包括三次諧波電壓），以及變壓器高壓側(cè)接地時(shí)在發(fā)電機(jī)端所產(chǎn)生的零序電壓。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，繼電器的起動(dòng)電壓一般整定為15～30V。按以上條件整定的保護(hù)，由于整定值較高，因此，當(dāng)中性點(diǎn)附近發(fā)生接地故障時(shí)，保護(hù)裝置不能動(dòng)作，因而出現(xiàn)死區(qū)。為了減小死區(qū)，可采取如下措施來降低起動(dòng)電壓:1、如圖8-12所示，加裝三次諧波帶阻過濾器；2、對于高壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)，利用保護(hù)裝置的延時(shí)來躲開高壓側(cè)的接地故障；3、在高壓側(cè)中性點(diǎn)非直接接地的電網(wǎng)中，利用高壓側(cè)的零序電壓將發(fā)電機(jī)接地保護(hù)閉鎖或利用它對保護(hù)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。采取以上措施以后，零序電壓保護(hù)范圍雖然有所提高，但在中性點(diǎn)附近接地時(shí)仍然有一定的死區(qū)。利用零序電流和零序電壓構(gòu)成的接地保護(hù)，對定子繞組都不能達(dá)到100％的保護(hù)范圍。對于大容量機(jī)組而言，由于振動(dòng)較大而產(chǎn)生的機(jī)械損傷或發(fā)生漏水（指水內(nèi)冷的發(fā)電機(jī)）等原因，都可能使靠近中性點(diǎn)附近的繞組發(fā)生接地故障。如果這種故障不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，則一種可能是進(jìn)一步發(fā)展成匝間或相間短路；另一種可能是如果又在其他地點(diǎn)發(fā)生接地，則形成兩點(diǎn)接地短路。這兩種結(jié)果都會(huì)造成發(fā)電機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞，因此，對大型發(fā)動(dòng)機(jī)組，特別是定子繞組用水內(nèi)冷的機(jī)組，應(yīng)裝設(shè)能反應(yīng)100％定子繞組的接地保護(hù)。目前，100％定子接地保護(hù)裝置一般由兩部分組成，第一部分是零序電壓保護(hù)，如上所述它能保護(hù)定子繞組的85％以上，第二部分保護(hù)則用來消除零序電壓保護(hù)不能保護(hù)的死區(qū)。為提高可靠性，兩部分的保護(hù)區(qū)應(yīng)相互重疊。構(gòu)成第二部分保護(hù)的方案主要有：1．發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)加固定的工頻偏移電壓，其值為額定相電壓的10％～15％。當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組接地時(shí)，利用此偏移電壓來加大故障點(diǎn)的電流（其值限制在10～25A左右），接地保護(hù)即反應(yīng)于這個(gè)電流而動(dòng)作。2．附加直流或低頻（20Hz或25Hz）電源，通過發(fā)電機(jī)端的電壓互感器將其電流注入發(fā)電機(jī)定子繞組,當(dāng)定子繞組發(fā)生接地時(shí)，保護(hù)裝置將反應(yīng)于此注入電流的增大而動(dòng)作。3．利用發(fā)電機(jī)固有的三次諧波電勢，以發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)和機(jī)端側(cè)三次諧波電壓比值的變化或比值和方向的變化，來作為保護(hù)動(dòng)作的判據(jù)。在以上方案中，有些本身就具有保護(hù)區(qū)達(dá)100％的性能，此時(shí)可用零序電壓保護(hù)作為后備，以進(jìn)一步提高可靠性。

三、利用三次諧波電壓構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)（一）發(fā)電機(jī)三次諧波電動(dòng)勢的分布特點(diǎn)（二）反應(yīng)三次諧波電壓的比值（）和基波零序電壓組合而構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)（一）發(fā)電機(jī)三次諧波電動(dòng)勢的分布特點(diǎn)由于發(fā)電機(jī)氣隙磁通密度的非正弦分布和鐵磁飽和的影響,在定子繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢除基波分量外,還含有高次諧波分量。其中三次諧波電動(dòng)勢雖然可在線電動(dòng)勢中消除，但在相電動(dòng)勢中依然存在。因此，每臺(tái)發(fā)電機(jī)總有約百分之幾的三次諧波電動(dòng)勢，設(shè)以E3表示。如果把發(fā)電機(jī)的對地電容等效地看作集中在發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)N和機(jī)端S，每端為0.5C0G,并將發(fā)電機(jī)端引出線、升壓變壓器、廠用變壓器以及電壓互感器等設(shè)備的每相對地電容也等效地放在機(jī)端，則正常運(yùn)行情況下的等效網(wǎng)絡(luò)如圖8-13所示，由此即可求出中性點(diǎn)及機(jī)端的三次諧波電壓分別為和此時(shí)，機(jī)端三次諧波電壓與中性點(diǎn)三次諧波電壓之比為（8-22）由上式可見，在正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)的三次諧波電壓總是大于發(fā)電機(jī)端的三次諧波電壓。極限情況是，當(dāng)發(fā)電機(jī)出線端開路（）時(shí)，。當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，其等值電路如圖8-14所示，假設(shè)基波電容電流得到完全補(bǔ)償，則（8-23）此時(shí)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)對三次諧波的等值電抗為將式（8-23）代入整理后可得發(fā)電機(jī)端對三次諧波的等值電抗為因此，發(fā)電機(jī)端三次諧波電壓和中性點(diǎn)側(cè)三次諧波電壓之比為（8-24）式（8-24）表明，接入消弧線圈以后，中性點(diǎn)側(cè)的三次諧波電壓在正常運(yùn)行時(shí)比機(jī)端三次諧波電壓更大。在發(fā)電機(jī)出線端開路時(shí)，，則

（8-25）在正常運(yùn)行情況下，盡管發(fā)電機(jī)的三次諧波電動(dòng)勢隨著發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行狀況而改變，但是其機(jī)端三次諧波電壓與中性點(diǎn)三次諧波電壓的比值總是符合以上關(guān)系。當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生金屬性單相接地時(shí)，設(shè)接地發(fā)生在距中性點(diǎn)α處，其等值電路如圖8-15所示。因此，如果利用機(jī)端三次諧波電壓Us3作為動(dòng)作量，而用中性點(diǎn)側(cè)三次諧波電壓作為制動(dòng)量來構(gòu)成接地保護(hù)，且當(dāng)時(shí)為保護(hù)的動(dòng)作條件，則在正常運(yùn)行時(shí)保護(hù)不可能動(dòng)作，而當(dāng)中性點(diǎn)附近發(fā)生接地時(shí)，則具有很高的靈敏性。利用這種原理構(gòu)成的接地保護(hù)，可以反應(yīng)定子繞組中性點(diǎn)側(cè)約50%范圍以內(nèi)的接地故障。此時(shí)不管發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)是否接有消弧線圈，恒有

則（8-26）Us3、UN3

隨α而變化的關(guān)系如圖8-16所示。當(dāng)時(shí)，恒有。（二）反應(yīng)三次諧波電壓的比值（）和基波零序電壓組合而構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)如上所述，利用三次諧波電壓構(gòu)成的接地保護(hù)可以反應(yīng)發(fā)電機(jī)繞組中α小于50%范圍以內(nèi)的單相接地故障，且當(dāng)故障點(diǎn)越接近于中性點(diǎn)時(shí)，保護(hù)的靈敏性越高；而利用基波零序電壓構(gòu)成的接地保護(hù)，則可以反應(yīng)以上范圍的單相接地故障，且當(dāng)故障點(diǎn)越接近于發(fā)電機(jī)出線端時(shí)，保護(hù)的靈敏性越高。因此，利用三次諧波電壓比值和基波零序電壓的組合，構(gòu)成了100%的定子繞組接地保護(hù)。第四節(jié)發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流保護(hù)一、負(fù)序過電流保護(hù)的作用

1、發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流的危害性當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路或在正常運(yùn)行情況下三相負(fù)荷不平衡時(shí)，在發(fā)電機(jī)定子繞組中將出現(xiàn)負(fù)序電流，此電流在發(fā)電機(jī)空氣隙中建立負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子為兩倍的同步轉(zhuǎn)速，因此將在轉(zhuǎn)子繞組、阻尼繞組以及轉(zhuǎn)子鐵心等部件上感應(yīng)出100Hz的倍頻電流，該電流使得轉(zhuǎn)子上電流密度很大的某些部位（如轉(zhuǎn)子端部、護(hù)環(huán)內(nèi)表面等），可能出現(xiàn)局部灼熱，甚至可能使護(hù)環(huán)受熱松脫，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的重大事故。此外，產(chǎn)生的交變電磁轉(zhuǎn)矩，將同時(shí)作用在轉(zhuǎn)子大軸和定子機(jī)座上，從而引起100Hz的振動(dòng)。負(fù)序電流在轉(zhuǎn)子中所引起的發(fā)熱量，正比于負(fù)序電流的平方及所持續(xù)時(shí)間的乘積。在最嚴(yán)重的情況下，假設(shè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為絕熱體（不向周圍散熱），則不使轉(zhuǎn)子過熱所允許的負(fù)序電流和時(shí)間的關(guān)系，可用下式表示（8-27）

(8-28)式中i2─流經(jīng)發(fā)電機(jī)的負(fù)序電流；t─i2所持續(xù)的時(shí)間；─在時(shí)間t內(nèi)的平均值，應(yīng)采用以發(fā)電機(jī)額定電流為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值；A─與發(fā)電機(jī)型式和冷卻方式有關(guān)的常數(shù)。關(guān)于A的數(shù)值，應(yīng)采用制造廠所提供的數(shù)據(jù)。其參考值為：對凸極式發(fā)電機(jī)或調(diào)相機(jī)可取A＝40；對于空氣或氫氣表面冷卻的隱極式發(fā)電機(jī)可取A＝

30；對于導(dǎo)線直接冷卻的100～300MW汽輪發(fā)電機(jī)可取A＝6～15等。隨著發(fā)電機(jī)組容量的不斷增大，它所允許的承受負(fù)序過負(fù)荷的能力也隨之下降（A值減?。?。例如取600MW汽輪發(fā)電機(jī)A的設(shè)計(jì)值為4，其允許負(fù)序電流與持續(xù)時(shí)間的關(guān)系如圖8-17中的曲線所示。這就對負(fù)序電流保護(hù)的性能提出了更高的要求。針對上述情況而裝設(shè)的發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流保護(hù)實(shí)際上是對定子繞組電流不平衡而引起轉(zhuǎn)子過熱的一種保護(hù)，因此應(yīng)作為發(fā)電機(jī)的主保護(hù)方式之一。此外，由于大容量機(jī)組的額定電流很大，而在相鄰元件末端發(fā)生兩相短路時(shí)的短路電流可能較小，此時(shí)采用復(fù)合電壓（低電壓和負(fù)序電壓）啟動(dòng)的過電流保護(hù)往往不能滿足作為相鄰元件后備保護(hù)時(shí)對靈敏系數(shù)的要求。在這種情況下，采用負(fù)序電流作為后備保護(hù)，就可以提高不對稱短路時(shí)的靈敏性。由于負(fù)序過電流保護(hù)不能反應(yīng)于三相短路，因此，當(dāng)用它作為后備保護(hù)時(shí)，還需要附加裝設(shè)一個(gè)單相式的低電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)，以專門反應(yīng)三相短路。二、負(fù)序反時(shí)限過電流保護(hù)負(fù)序反時(shí)限動(dòng)作跳閘的特性與發(fā)電機(jī)允許的負(fù)序電流曲線相配合時(shí)，通常采用圖8-17所示的方式，即動(dòng)作特性在允許負(fù)序電流的上面，其間的距離按轉(zhuǎn)子溫升裕度決定。這樣配合可以避免在發(fā)電機(jī)還沒有達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)就把發(fā)電機(jī)切除。保護(hù)裝置的動(dòng)作特性可表示為（8-29）式中α─與轉(zhuǎn)子的溫升特性、溫升裕度等因素有關(guān)的常數(shù)。按式（8-29）構(gòu)成反時(shí)限過電流保護(hù)及負(fù)序過負(fù)荷信號(hào)保護(hù)的一種原理圖如圖8-18所示。過濾器的輸出電壓與負(fù)序電流成正比，同時(shí)加于過負(fù)荷起動(dòng)回路和運(yùn)算回路。啟動(dòng)回路動(dòng)作后，當(dāng)負(fù)序電流超過發(fā)電機(jī)的長期允許值時(shí)，延時(shí)t1發(fā)出過負(fù)荷信號(hào)。同時(shí)還輸出信號(hào)至Y1和Y2的輸入端，Y1用以開放反時(shí)限部分的計(jì)時(shí)回路，允許運(yùn)算回路的輸出按式（8-29）所示關(guān)系進(jìn)行工作，Y2用以開放反時(shí)限部分的跳閘回路，以防止由于保護(hù)裝置內(nèi)部元件損壞造成誤動(dòng)作。在反時(shí)限部分中，Y1的輸出和α形成回路的輸出經(jīng)減法器后形成，然后加于反時(shí)限元件t2，一般可由RC積分電路構(gòu)成。電平檢測器反應(yīng)于而動(dòng)作，動(dòng)作后即可通過Y2跳閘。當(dāng)用于A值不同的發(fā)電機(jī)時(shí)，可利用A值的整定回路選取適當(dāng)?shù)臄?shù)值，以滿足被保護(hù)發(fā)電機(jī)的要求。對過負(fù)荷的信號(hào)部分的整定原則：整定值應(yīng)按照躲開發(fā)電機(jī)長期允許的負(fù)序電流之和最大負(fù)荷下負(fù)序過濾器的不平衡電流（均應(yīng)考慮繼電器的返回系數(shù)）來確定。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，汽輪發(fā)電機(jī)的長期允許負(fù)序電流為6％－8％的額定電流，水輪發(fā)電機(jī)的長期允許負(fù)序電流為12％的額定電流，因此，一般情況下可取為（8-30）其動(dòng)作時(shí)限則應(yīng)保證在外部不對稱短路時(shí)的動(dòng)作的選擇性，一般采用5～10s。第五節(jié)失磁保護(hù)一、發(fā)電機(jī)的失磁運(yùn)行及其影響二、發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測量阻抗三、發(fā)電機(jī)在其他運(yùn)行方式下的機(jī)端測量阻抗四、失磁過程中的勵(lì)磁電壓的變化特征五、低勵(lì)失磁保護(hù)的構(gòu)成方式一、發(fā)電機(jī)的失磁運(yùn)行及其影響發(fā)電機(jī)失磁故障是指發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中其勵(lì)磁突然全部消失或部分消失。引起失磁的原因：轉(zhuǎn)子繞組故障、勵(lì)磁機(jī)故障、自動(dòng)滅磁開關(guān)誤跳閘、半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)中某些元件損壞或回路發(fā)生故障以及誤操作等。影響：1、當(dāng)發(fā)電機(jī)完全失去勵(lì)磁時(shí)，勵(lì)磁電流將逐漸衰減至零。當(dāng)發(fā)電機(jī)完全失去勵(lì)磁時(shí)，勵(lì)磁電流將逐漸衰減至零。由于發(fā)電機(jī)的空載電動(dòng)勢Eq隨著勵(lì)磁電流的減小而減小，因此，其電磁轉(zhuǎn)矩也將小于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，因而引起轉(zhuǎn)子加速，使發(fā)電機(jī)的功角δ增大。當(dāng)δ超過靜態(tài)穩(wěn)定極限角時(shí)，發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)失去同步。發(fā)電機(jī)失磁后將從并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)中吸收感性無功功率供給轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，在定子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢。在發(fā)電機(jī)超過同步轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子回路中將感應(yīng)出頻率為fG-fs（此處fG為對應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的頻率，fs為系統(tǒng)頻率）的電流，此電流產(chǎn)生異步制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)異步轉(zhuǎn)矩與原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩達(dá)到平衡時(shí)，即進(jìn)入穩(wěn)定的異步運(yùn)行。根據(jù)電機(jī)學(xué)的分析，異步發(fā)電機(jī)的等效電路與異步電動(dòng)機(jī)的相似，異步發(fā)電機(jī)的等效電路用圖8-19來表示，當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁后而異步運(yùn)行時(shí)，將對電力系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)產(chǎn)生以下影響：1．需要從電網(wǎng)中吸收很大的無功功率以建立發(fā)電機(jī)的磁場。所需無功功率的大小，主要取決于發(fā)電機(jī)的參數(shù)（X1、X2、Xad）以及實(shí)際運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)差率。例如，汽輪發(fā)電機(jī)與水輪發(fā)電機(jī)相比，前者的同步電抗Xd

（Xd

=X1

+Xad

）較大，則所需的無功功率較小。又當(dāng)s增大時(shí)，減小，和隨之增大，則相應(yīng)所需的無功功率也要增加。

假設(shè)失磁前發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)送出無功功率Q1，而在失磁后從系統(tǒng)吸收無功功率Q2，則系統(tǒng)中將出現(xiàn)Q1

+Q2的無功功率差額。2．由于從電力系統(tǒng)中吸收無功功率將引起電力系統(tǒng)的電壓下降，如果電力系統(tǒng)的容量較小或無功功率的儲(chǔ)備不足，則可能使失磁發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓、升壓變壓器高壓側(cè)的母線電壓、或其他鄰近點(diǎn)的電壓低于允許值，從而破壞了負(fù)荷與各電源間的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至可能因電壓崩潰而使系統(tǒng)瓦解。3．由于失磁發(fā)電機(jī)吸收了大量的無功功率，因此為了防止其定子繞組過電流，發(fā)電機(jī)所能發(fā)出的有功功率將較同步運(yùn)行時(shí)有不同程度的降低，吸收的無功功率越大則降低的越多。4．失磁后發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，因此，在轉(zhuǎn)子及勵(lì)磁回路中將產(chǎn)生頻率為的交流電流，因而形成附加的損耗，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁回路過熱。顯然，當(dāng)轉(zhuǎn)差率越大時(shí)，所引起的過熱也越嚴(yán)重。根據(jù)以上分析，結(jié)合汽輪發(fā)電機(jī)來看，由于其異步功率比較大，調(diào)速器也比較靈敏，因此當(dāng)超速運(yùn)行后，調(diào)速器立即關(guān)小汽門，使汽輪機(jī)的輸出功率與發(fā)電機(jī)的異步功率很快達(dá)到平衡，在轉(zhuǎn)差率小于0.5％的情況下即可穩(wěn)定運(yùn)行。故汽輪發(fā)電機(jī)在很小的轉(zhuǎn)差下異步運(yùn)行一段時(shí)間，原則上是完全允許的。此時(shí)，是否需要并允許其異步運(yùn)行，則主要取決于電力系統(tǒng)的具體情況。例如，當(dāng)電力系統(tǒng)的有功功率供應(yīng)比較緊張，同時(shí)一臺(tái)發(fā)電機(jī)失磁后，系統(tǒng)能夠供給它所需要的無功功率，并能保證電網(wǎng)的電壓水平時(shí)，則失磁后就應(yīng)該繼續(xù)運(yùn)行；反之，如系統(tǒng)中有功功率有足夠的儲(chǔ)備，或者系統(tǒng)沒有能力供給它所需要的無功功率，則失磁以后就不應(yīng)該繼續(xù)運(yùn)行。對水輪發(fā)電機(jī)而言，失磁后異步運(yùn)行有如下后果：1）其異步功率較小，必須在較大的轉(zhuǎn)差下（一般達(dá)到1％～2％）運(yùn)行，才能發(fā)出較大的功率；2）由于水輪機(jī)的調(diào)速器不夠靈敏，時(shí)滯較大，甚至可能在功率尚未達(dá)到平衡以前就大大超速，從而使發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列；3）其同步電抗較小，如果異步運(yùn)行，則需要從電網(wǎng)吸收大量的無功功率；4）其縱軸和橫軸很不對稱，異步運(yùn)行時(shí)，機(jī)組振動(dòng)較大等因素的影響，因此水輪發(fā)電機(jī)一般不允許在失磁以后繼續(xù)運(yùn)行。為此，在發(fā)電機(jī)上，尤其是在大型發(fā)電機(jī)上應(yīng)裝設(shè)失磁保護(hù)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)失磁故障，并采取必要的措施，例如發(fā)出信號(hào)由運(yùn)行人員及時(shí)處理、自動(dòng)減負(fù)荷或動(dòng)作于跳閘等，以保證電力系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的安全。二、發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測量阻抗以汽輪發(fā)電機(jī)經(jīng)一聯(lián)絡(luò)線與無窮大系統(tǒng)并列運(yùn)行為例，其等值電路和正常運(yùn)行時(shí)的矢相量圖如圖8-20所示。根據(jù)電機(jī)學(xué)中的分析，發(fā)電機(jī)送到受端的功率分別為（8-31）

（8-32）受端的功率因數(shù)角為（8-33）在正常運(yùn)行時(shí)，。一般當(dāng)不考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的影響時(shí)，為穩(wěn)定運(yùn)行的極限，后發(fā)電機(jī)失步。發(fā)電機(jī)從失磁開始到進(jìn)入穩(wěn)定異步運(yùn)行，一般可分為三個(gè)階段：失磁后到失步前、臨界失步點(diǎn)、失步后的異步運(yùn)行階段1．失磁后到失步前在失磁后到失步前的階段中,轉(zhuǎn)子電流逐漸衰減，隨之減小，發(fā)電機(jī)的電磁功率P開始減小，由于原動(dòng)機(jī)所供給的機(jī)械功率還來不及減小，于是轉(zhuǎn)子逐漸加速，使和之間的功角δ隨之增大，P又要回升。在這一階段中sinδ的增大與Eq的減小相補(bǔ)償，基本上保持了電磁功率P不變。與此同時(shí)，無功功率Q將隨著Eq的減小和δ的增大而迅速減小，按式（8-32）計(jì)算的Q值將由正變負(fù)，即發(fā)電機(jī)變?yōu)槲崭行詿o功功率。在這一階段中，發(fā)電機(jī)端的測量阻抗為=

（8-34）如圖8-21所示，式中的Us、Xs和p為常數(shù)，而Q和ф為變數(shù)，因此它是一個(gè)圓的方程式，如圖8-21所示，表示在復(fù)數(shù)平面上其圓心O`的坐標(biāo)為(,Xs),半徑為。由于這個(gè)圓是在某一定有功功率P不變的條件下作出的，故稱為等有功阻抗圓。

由式（8-34）可見，機(jī)端測量阻抗的軌跡與P有密切關(guān)系，對應(yīng)不同的P值有不同的阻抗圓，且P越大時(shí)圓的直徑越小。發(fā)電機(jī)失磁以前，向系統(tǒng)送出無功功率，φ角為正，測量阻抗位于第Ⅰ象限。失磁以后，隨著無功功率的變化，φ角由正值變?yōu)樨?fù)值，因此測量阻抗也沿著圓周隨之由第Ⅰ象限過渡到第四Ⅳ象限。2．臨界失步點(diǎn)對汽輪發(fā)電機(jī)組，當(dāng)δ=90°時(shí)，發(fā)電機(jī)處于失去靜穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，故稱為臨界失步點(diǎn)。此時(shí)輸送到受端的無功功率，根據(jù)式（8-32）為（8-35）上式中Q為負(fù)值，表明臨界失步時(shí)，發(fā)電機(jī)自系統(tǒng)吸收無功功率，且為一常數(shù)，故臨界失步點(diǎn)也稱為等無功點(diǎn)。此時(shí)機(jī)端的測量阻抗為將式（8-35）的Q值代入并化簡后可得

（8-36）由式（8-35）可知，發(fā)電機(jī)在輸出不同的有功功率P而臨界失步時(shí)，其無功功率Q恒為常數(shù)。因此，在式（8-36）中，φ為變數(shù)，也是一個(gè)圓的方程，如圖8-22所示，其圓心的坐標(biāo)為（0，），圓的半徑為這個(gè)圓稱為臨界失步阻抗圓，也稱等無功阻抗圓。其圓周為發(fā)電機(jī)以不同的有功功率P臨界失步時(shí)，機(jī)端測量阻抗的軌跡，圓內(nèi)為失步區(qū)。3．失步后的異步運(yùn)行階段失步后的異步運(yùn)行階段可用圖8-19所示的等效電路來表示，此時(shí)按圖8-20所規(guī)定的電流正方向，機(jī)端測量阻抗應(yīng)為

（8-37）當(dāng)發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行失磁時(shí)，S≈0，，此時(shí)機(jī)端的測量阻抗為最大（8-38）當(dāng)發(fā)電機(jī)在其他運(yùn)行方式下失磁時(shí)，ZG將隨著轉(zhuǎn)差率的增大而減小，并位于第Ⅳ象限內(nèi)。極限情況是當(dāng)時(shí),趨近于零，ZG的數(shù)值為最小,有：（8.39）綜上所述，當(dāng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)失磁前在過激狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，其機(jī)端測量阻抗位于復(fù)數(shù)平面的第Ⅰ象限（如圖8-23中的a或a`點(diǎn)），失磁以后，測量阻抗沿等有功阻抗圓向第四象限移動(dòng)。當(dāng)它與臨界失步圓相交時(shí)（b或b`點(diǎn)），表明機(jī)組運(yùn)行處于靜穩(wěn)定的極限。越過b（或b`）點(diǎn)以后，轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行，最后穩(wěn)定于c（或c`）點(diǎn)，此時(shí)，平均異步功率與調(diào)節(jié)后的原動(dòng)機(jī)輸入功率相平衡。4．異步邊界阻抗圓失磁的發(fā)電機(jī)，由同步運(yùn)行最終轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行，發(fā)電機(jī)的參數(shù)將在Xd（Xq）與()之間隨轉(zhuǎn)差率變化，轉(zhuǎn)差率越大，越接近或，轉(zhuǎn)差率為零（即同步）時(shí)，參數(shù)為Xd（Xq），因此失磁發(fā)電機(jī)的參數(shù)以同步電抗Xd（Xq）為極限，不可能超越同步電抗值。為了檢測發(fā)電機(jī)失磁后的異步運(yùn)行狀態(tài)，國內(nèi)外習(xí)慣在機(jī)端裝設(shè)異步邊界阻抗繼電器，其阻抗特性圓如圖8-24所示。它以和兩點(diǎn)為直徑作圓，進(jìn)入圓內(nèi)表明發(fā)電機(jī)已進(jìn)入異步運(yùn)行。該阻抗圓在第Ⅲ、Ⅳ象限，其阻抗動(dòng)作圓一定小于靜穩(wěn)定極限阻抗圓，即臨界失步阻抗圓，所以同一臺(tái)發(fā)電機(jī)在同一工況下的系統(tǒng)中運(yùn)行，若失磁保護(hù)采用靜穩(wěn)極限阻抗繼電器，在失磁故障時(shí)一定比采用異步邊界阻抗繼電器的動(dòng)作早，與此同時(shí)，前者比后者的誤動(dòng)幾率高。三、發(fā)電機(jī)在其他運(yùn)行方式下的機(jī)端測量阻抗為了便于和失磁情況下的機(jī)端測量阻抗進(jìn)行鑒別和比較，如圖8-25所示，現(xiàn)對發(fā)電機(jī)在下列幾種運(yùn)行情況下的機(jī)端測量阻抗進(jìn)行簡要說明。1．發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的機(jī)端測量阻抗當(dāng)發(fā)電機(jī)向外輸送有功和無功功率時(shí)，其機(jī)端測量阻抗ZG位于第I象限，如圖8-25中的1點(diǎn)所示，它與R軸的夾角φ為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)角。

當(dāng)發(fā)電機(jī)只輸出有功功率時(shí)，測量阻抗位于R軸上的2點(diǎn)。當(dāng)發(fā)電機(jī)欠激運(yùn)行時(shí)，它向外輸送有功，同時(shí)從電網(wǎng)吸收一部分無功功率（Q值變?yōu)樨?fù)），但仍保持同步并列運(yùn)行，此時(shí)，測量阻抗位于第四象限的3點(diǎn)。2．發(fā)電機(jī)外部故障時(shí)的機(jī)端測量阻抗

當(dāng)采用0°接線方式時(shí)，故障相測量阻抗位于第一象限，其大小和相位正比于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的阻抗，如圖8-25中的5點(diǎn)。如繼電器接于非故障相，則測量阻抗的大小和相位需經(jīng)具體分析后確定。

3．發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間發(fā)生振蕩時(shí)的機(jī)端測量阻抗根據(jù)圖8-20(a)的等值電路和第三章第六節(jié)中有關(guān)分析，當(dāng)認(rèn)為Eq≈Us時(shí)，振蕩中心位于0.5X∑處。當(dāng)Xs≈0時(shí)，振蕩中心即位于處，此時(shí)機(jī)端測量阻抗的軌跡沿直線變化，當(dāng)δ=180°時(shí)，測量阻抗的最小值為。如圖8-26所示.四、失磁過程中的勵(lì)磁電壓的變化特征

發(fā)電機(jī)失磁故障發(fā)生在轉(zhuǎn)子中，早期的失磁保護(hù)判據(jù)就是以勵(lì)磁電壓的極度下降為特征。后來隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，出現(xiàn)許多超高壓遠(yuǎn)距離輸電線，后者有很大的三相電容。當(dāng)負(fù)荷低谷時(shí)期，由于輸電線的電容電流，使系統(tǒng)電壓過高，發(fā)電機(jī)被迫減小勵(lì)磁電壓，有時(shí)作進(jìn)相運(yùn)行，發(fā)電機(jī)成為吸收感性無功的設(shè)備，起著調(diào)相機(jī)的作用，這時(shí)的發(fā)電機(jī)雖然勵(lì)磁電壓較低，但機(jī)端電壓卻是高的，決非失磁或低勵(lì)故障，因此失磁保護(hù)由原始簡單的轉(zhuǎn)子判據(jù)發(fā)展為定子判據(jù)，即根據(jù)機(jī)端三相電壓和三相電流，用機(jī)端阻抗的變化檢測低勵(lì)失磁故障。這種利用機(jī)端阻抗判據(jù)的失磁保護(hù)裝置，在并非失磁故障的系統(tǒng)振蕩、經(jīng)過渡電阻發(fā)生外部短路等情況下，機(jī)端阻抗有可能進(jìn)入失磁保護(hù)阻抗動(dòng)作范圍內(nèi)引起誤動(dòng)，為此又增設(shè)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓作輔助判據(jù)，與機(jī)端阻抗主判據(jù)共同判別失磁故障與非失磁故障。

五、低勵(lì)失磁保護(hù)的構(gòu)成方式

(一）利用自動(dòng)滅磁開關(guān)聯(lián)鎖跳開發(fā)電機(jī)斷路器

過去發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)都是采用這種方式。但實(shí)際上發(fā)電機(jī)失磁并不都是由于自動(dòng)滅磁開關(guān)跳開而引起的，特別是當(dāng)采用半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)，由于半導(dǎo)體元件或回路的故障而引起發(fā)電機(jī)失磁是可能的，而在這種情況下保護(hù)將不能動(dòng)作。因此這種保護(hù)方式一般用于容量在100MW以下帶直流勵(lì)磁機(jī)的水輪發(fā)電機(jī)以及不允許失磁運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)上。

（二）利用失磁后發(fā)電機(jī)定子各參數(shù)變化的特點(diǎn)構(gòu)成失磁保護(hù)這種方式的保護(hù)所反應(yīng)的是發(fā)電機(jī)定子參數(shù)的變化，如：機(jī)端測量阻抗由第一象限進(jìn)入第四象限，無功功率改變方向，機(jī)端電壓下降，功角δ增大，勵(lì)磁電壓降低等。目前對容量在100MW以上的發(fā)電機(jī)和采用半導(dǎo)體勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)，普遍增設(shè)了這種方式的保護(hù)。

利用失磁后發(fā)電機(jī)定子各參數(shù)變化的特點(diǎn)構(gòu)成失磁保護(hù)

1．圖8-27所示為汽輪發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)裝置（動(dòng)作于跳閘）的一種構(gòu)成方式。圖中阻抗元件是失磁故障的主要判別元件，可按臨界失步阻抗圓進(jìn)行整定；母線低電壓(UG<)元件用以監(jiān)視母線電壓，按保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行所允許的最低電壓整定，是失磁故障的另一個(gè)主要判別元件；勵(lì)磁低電壓(Ufd<)元件用作閉鎖元件，一般按躲開空載運(yùn)行時(shí)的最低勵(lì)磁電壓整定，但應(yīng)考慮在滿載運(yùn)行情況下部分失磁時(shí)，繼電器可能拒動(dòng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁時(shí)，阻抗元件和勵(lì)磁低電壓元件動(dòng)作，啟動(dòng)Y2，立即發(fā)出發(fā)電機(jī)已失步的信號(hào)，并經(jīng)t2延時(shí)后，通過H門動(dòng)作于跳閘。延時(shí)t1用以躲開系統(tǒng)振蕩或自同步并列時(shí)的影響，一般取為1～1.5s。

如果失磁后，機(jī)端電壓下降到低于安全運(yùn)行的允許值，則母線低電壓元件動(dòng)作，此時(shí)&1門起動(dòng)，經(jīng)延時(shí)后，通過或門動(dòng)作于跳閘。延時(shí)用以躲開振蕩過程中的短時(shí)間電壓降低或自同步并列時(shí)的影響，一般取為0.5～1s。由于有勵(lì)磁低電壓元件（Ufd<）的閉鎖，因此在短路故障以及電壓互感器回路斷線時(shí)，Y1和Y2都不可能啟動(dòng)，因而保護(hù)裝置不會(huì)誤動(dòng)作。當(dāng)電壓互感器回路斷線時(shí)，（UG<）或（Z）誤動(dòng)作后，均可發(fā)出電壓回路斷線信號(hào)。當(dāng)勵(lì)磁回路電壓降低時(shí)，(Ufd<)動(dòng)作，發(fā)出信號(hào)。

2．圖8-29所示為一種新型的、整定值能自動(dòng)隨有功功率P變化的轉(zhuǎn)子低電壓失磁繼電器（簡稱UL-P繼電器）作主要判據(jù)而構(gòu)成失磁保護(hù)的方案。

UL-P繼電器的主要特點(diǎn)是它的整定值隨著發(fā)電機(jī)有功功率的增大而增大，從而可以靈敏地反應(yīng)發(fā)電機(jī)在各種負(fù)荷狀態(tài)下的失磁故障，當(dāng)失磁后勵(lì)磁電壓降低到整定值時(shí)（此時(shí)尚未失步，而是預(yù)告了必然要失步），它可以比靜穩(wěn)邊界提前約1s的時(shí)間動(dòng)作，使發(fā)電機(jī)減載，從而更容易獲得減載的效益，例如恢復(fù)同步或者進(jìn)入較小轉(zhuǎn)差率下的異步運(yùn)行。繼電器動(dòng)作后，經(jīng)t1延時(shí)0.2s使發(fā)電機(jī)減載。當(dāng)達(dá)到靜穩(wěn)邊界時(shí)，反應(yīng)定子判據(jù)的阻抗元件(Z)動(dòng)作，兩者組成與門后可使發(fā)電機(jī)跳閘。在發(fā)電機(jī)失磁、δ越過180°之后，轉(zhuǎn)差率s、功率P、勵(lì)磁電壓Ugk等均將出現(xiàn)較大的波動(dòng)，此時(shí)由于UL-P繼電器定值的變化，可能出現(xiàn)無規(guī)則地動(dòng)作和返回，為了保證δ越過180°之后保護(hù)裝置可靠動(dòng)作，增設(shè)了t2延時(shí)返回（或記憶）的電路。第六節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)

一、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)概述

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路故障的成因和形式

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)的現(xiàn)狀二、勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)

直流電橋式發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)

切換采樣式發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)

三、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)簡介

一、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)概述

1、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路故障的成因和形式轉(zhuǎn)子繞組絕緣破壞常見的故障形式有兩種：轉(zhuǎn)子繞組匝間短路和勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地。轉(zhuǎn)子繞組匝間短路多發(fā)生在沿槽高方向的上層線匝，對于氣體冷卻的轉(zhuǎn)子，這種匝間短路不會(huì)直接引起嚴(yán)重后果，也無需立即消除缺陷，所以并不要求裝設(shè)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路保護(hù)。但是轉(zhuǎn)子繞組匝間短路必然使勵(lì)磁電流增大，此時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出無功功率必然減小，機(jī)組振動(dòng)加劇，局部過熱而損壞主絕緣和銅線，因此對于水內(nèi)冷的轉(zhuǎn)子，由于匝數(shù)少、電流密度大，不容許帶著匝間短路長期運(yùn)行。由此可見，轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的故障處理沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，一旦發(fā)現(xiàn)這類故障，發(fā)電機(jī)是否繼續(xù)運(yùn)行應(yīng)綜合考慮現(xiàn)有的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、故障的形式和特點(diǎn)、故障出現(xiàn)在機(jī)組運(yùn)行期間或預(yù)防性試驗(yàn)中或機(jī)組安裝時(shí)等諸多因素。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地故障，也是常見的故障形式之一，兩點(diǎn)接地故障也時(shí)有發(fā)生。勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地故障，對發(fā)電機(jī)并未造成危害，但若再相繼發(fā)生第二點(diǎn)接地故障，則將嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的安全。當(dāng)發(fā)生兩點(diǎn)接地故障時(shí)，由于故障點(diǎn)流過相當(dāng)大的故障電流而燒傷轉(zhuǎn)子本體；由于部分繞組被短接，勵(lì)磁繞組中電流增加，可能因過熱而燒傷；由于部分被短接，使氣隙磁通失去平衡，從而引起振動(dòng)，特別是多極機(jī)會(huì)引起更加嚴(yán)重的振動(dòng)，甚至?xí)虼硕斐蔀?zāi)難性的后果。此外，汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地，還可能使軸系和汽機(jī)磁化。因此，勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地故障的后果是嚴(yán)重的。2、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)的現(xiàn)狀

對于1MW以上的水輪發(fā)電機(jī)，都裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)，動(dòng)作于信號(hào)，不裝設(shè)兩點(diǎn)接地保護(hù)。中小型汽輪發(fā)電機(jī)，只裝