(電力)主保護之發(fā)變組各保護動作與原理解析

1、跳滅磁開關

在發(fā)生機組跳閘等故障時（如發(fā)電機保護動作），勵磁系統(tǒng)自動切除，司時

滅磁開關分閘。

2、關主汽門

發(fā)信號至ETS跳汽輪機，關閉主汽門

3、減出力

發(fā)電機減少向電網(wǎng)輸出的有功功率

4、減勵磁

用減少勵磁電壓，減少勵磁電流來發(fā)出容性無功

5、跳高壓側I

跳閘出口壓板，跳4802開關跳閘線圈I

6、跳高壓側II

跳閘出口壓板，跳4802開關跳閘線圈II

7、跳母聯(lián)I

跳閘出口壓板，跳4800開關跳閘線圈I

8、跳母聯(lián)H

跳閘出口壓板，跳480（）開關跳閘線圈II

9、跳A廠變A1分支

跳高廠變6201開關

10、跳A廠變A2分支

跳高廠變6202開關

11、啟動A廠變A1分支

切換啟動6KV工作2A段快切裝置無

12、啟動A廠變A2分支

切換啟動6KV工作2B段快切裝置

13、閉鎖A廠變A1分支

切換閉鎖6KV工作2A段快切裝置切換

14、閉鎖A廠變A2分支

閉鎖6KV工作2B段快切裝置切換

15、解除失靈電壓閉鎖

考慮到主變低壓側故障高壓側開關失靈時，高壓側母線的電壓閉鎖元件靈敏

度有可能不夠，為防止該情況下失靈保護拒動。

16、起動斷路器失靈

斷路器失靈保護是指故障電氣設備的繼電保護動作發(fā)出跳閘命令而斷路器

拒動時，利用故障設備的保護動作信息與拒動斷路器的電流信息構成對斷路器失

靈的判別，能夠以較短的時限切除同一廠站內其他有關的斷路器，使停電范圍限

制在最小，從而保證整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，避免造成發(fā)電機、變壓器等故障元件

的嚴重燒損和電網(wǎng)的崩潰瓦解事故。斷路器拒動是電網(wǎng)故障情況下又神加斷路器

操作失靈的雙重故障，允許適當降低其保護要求，但必須以最終能切除故障為原

則。

17、起動非全相失靈

保護動作4801和4802均為三相聯(lián)動，所以此保護不投。

18、發(fā)電機差動保護（變壓器主保護-瓦斯保護及差動保護）

用來反映發(fā)電機定子繞組和引出線相間短路故障，瞬時動作于全停I、II。

19、發(fā)電機匝間保護（學習什么是發(fā)電機匝間保護）

單元件橫差啟動：當橫差電流大于橫差保護整定值時，啟動元件動作。零序

電壓匝間保護啟動：當縱向零序電壓大于縱向零序電壓整定值時，啟動元件動作。

工頻變化量方向匝間保護啟動：當發(fā)電機負序電壓、負序電流及負序功率工頻變

化量大于啟動門檻時，啟動元件動作。

20、95%定子接地保護（發(fā)電機定子接地保護學習）

95%定子接地保護主要反映發(fā)電機機端的基波零序電壓的大小，當達到動作

定值時，動作于全停I、II。

21,100%定子接地保護

采用基波零序電壓保護和三次諧波定子接地保護，可構成10（）%定子接地保

護。

22、轉子接地保護

于靜止勵磁的發(fā)電機正常運行時，勵磁回路對地之間有一定的絕緣電阻和分

布電容。當勵磁繞組絕緣嚴重下降或損壞時，會引起勵磁回路的接地故障，最常

見的是一點接地故障。發(fā)生一點接地故障時，由于沒有形成電流回路，對發(fā)電機

沒有直接影響，但一點接地后，勵磁回路對地電壓升高，在某些情況下，會誘發(fā)

第二點接地。當發(fā)生笫二點接地故障時，由于故障點流過很大的短路電流，會燒

傷轉子，由于部分繞組被短接，氣隙磁通將失去平衡，會引起機組劇烈振動。此

外，還可能使軸系和汽輪機汽缸磁化。因此需要裝設一點、兩點接地保護。一點

接地保護動作于發(fā)信號，一點接地保護動作發(fā)出信號后，及時投入兩點接地保護,

兩點接地保護動作后動作于全停I、1L

23、定子過負荷保護

作為發(fā)電機對稱過負荷保護，分定時限和反時限，延時動作于信號。

24、負序過負荷保護

作為發(fā)電機不對稱過負荷保護，延時動作于信號。

25、失磁保護（發(fā)電機失磁保護學習）

在發(fā)電機失磁運行時，保護發(fā)電機的安全及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行裝置設由四

段失磁保護功能，失磁保護【段動作于減出力，II段經母線電壓低動作于跳閘，

IH段可動作于信號或跳閘，IV段經較長延時動作于跳閘。

26、失步保護（）

是反映發(fā)電機失步狀態(tài)的，失步保護應滿足：

（1）正確區(qū)分系統(tǒng)短路與振蕩；

（2）正確判定失步振蕩與穩(wěn)定振蕩。利用兩個阻抗繼電器先后動作順序反

映發(fā)電機端測量阻抗的變化。本保護靠正序阻抗軌跡穿越外圓和中圓的時間段的

長短，來區(qū)分系統(tǒng)短路與振蕩；靠阻抗軌跡穿越外圓和中圓的時間段和穿越中圓

和外圓的時間段的長短來區(qū)分失步振蕩與穩(wěn)定振蕩。出口方式：當判斷為減速失

步時發(fā)減速脈沖，當判斷為加速失步時發(fā)加速脈沖，加速或減速脈沖作用于降低

或提高原動無機出力，經過處理仍處于失步狀態(tài)時，動作于程跳。

27、過電壓保護

防止發(fā)電機定子繞組過電壓，延時動作于全停I、II。

28、過勵磁保護

由于發(fā)電機或變壓器發(fā)生過勵磁故隙時并非每次都造成設備的明顯破壞，往

往容易被人忽視，但是多次反復過勵磁，將因過熱而使絕緣老化，降低設備的使

用壽命。發(fā)電機和變壓器都由鐵芯繞組組成，設繞組外加電壓為U,匝數(shù)為W,

鐵芯截面為S,磁密為B,則有：U4.441WBS,因為W、S均為定數(shù)，故可寫成:

fUBK,式中，對每一特定的發(fā)電機或變壓器，K為定數(shù)。由式fUBK可知：電

壓的升高和頻率的降低均可導致磁密B的增大。對于發(fā)電機，當過勵培數(shù)

UfffUUnBBnn/n//>l時，要遭受過勵磁的危害，主要表現(xiàn)在發(fā)電機定子鐵芯背部

漏磁場增強，在定子鐵芯的定位筋中感應電勢，并通過定子鐵芯構成閉路，流過

電流，不僅造成嚴重過熱，還可能在定位筋和定子鐵芯接觸面造成火花放電，這

對氫冷發(fā)電機組十分不利。發(fā)電機運行中，可能因以下原因造成過激磁：發(fā)電機

與系統(tǒng)并列之前，由于操作錯誤，誤加大勵磁電流引起激磁，如由于發(fā)電機PT

斷線造成誤判斷。發(fā)電機啟動過程中，發(fā)電機隨同汽輪機傳子低速暖機，若誤將

電壓升至額定值，則因發(fā)電機低頻運行而導致過勵磁。在切除機組的過程中，主

汽門關閉，出口開關斷開，而滅磁開關拒動。此時汽輪機惰走轉速下降，自動勵

磁調節(jié)器力求保持機端電壓等于額定值，使發(fā)電機遭受過勵磁。發(fā)電機出U開關

跳閘后，若自動勵磁調節(jié)裝置手動運行或自動失靈，則電壓與頻率均會升高，但

因頻率升高較慢引無K1/4.44WS起發(fā)電機過激磁。發(fā)電機的允許過激磁倍數(shù)一

般低于變壓滯過激磁倍數(shù)，更易遭受過激磁的危害，因此，大型發(fā)電機需裝設性

完善的過激磁保護。對于發(fā)電機出口裝設開關的發(fā)電機變壓器組，為了在各種運

行方式下二者都不失去保護，發(fā)電機和變壓器的過激磁保護應分開設置。

29、功率保護

汽輪機在其主汽門關閉后，發(fā)電機變?yōu)橥诫妱訖C運行，從電機可逆的觀點

來看，逆功率運行對發(fā)電機毫無影響。但是對于汽輪機，其轉子將被發(fā)電機拖動

保持3000r/min高速旋轉，葉片將和滯留在汽缸內的蒸汽產生鼓風磨擦，所產生

的熱量不能為蒸汽所帶走，從而使汽輪機的葉片［主要是低壓缸和中壓缸末級葉

片）和排汽端缸溫急劇升高，使其過熱而損壞，一般規(guī)定逆功率運行不得超過

3mino因此大型機組都要求裝設逆功率保護，當發(fā)生逆功率時，以一定的延時將

機組從電網(wǎng)解列。主汽門關閉后，發(fā)電機有功功率下降并變到某一負值，幾經擺

動之后達到穩(wěn)態(tài)值。發(fā)電機的有功損耗，一般約為額定值的1%?1.5%,而汽輪

機的損耗與真空度及其他因素有關，一般約為額定值的3%?4%,有時還要稍人

些。因此，發(fā)電機變電動機運行后，從電力系統(tǒng)中吸收的有功功率穩(wěn)態(tài)值約為額

定值的4%?5%,而最大暫態(tài)值可達到額定值的10%左右。當主汽門有一定的漏

泄時，實際逆功率還要比上述數(shù)值小些?，F(xiàn)代大型機組一般設置兩套逆功率保護，

一套是常規(guī)的逆率保護。另一套是程序跳閘專用的逆率保護，用于防止汽輪機主

汽門關閉不嚴而造成飛車危險，當主汽門關閉時用逆功率元件來將機組從電網(wǎng)安

全解列。

30、頻率保護1

主要用于保護汽輪機不受低頻共振的影響。低頻運行對于汽輪機而言是個疲

勞過程，一般汽輪機疲勞運行累計達一定時間，汽輪機將達到疲勞壽命。因此，

低頻運行的時間是個積累的過程，而且不同的低頻有不同的積累速度。保護裝置

停運不影響”低頻運行的時間”積累值。如果I段時間積累頻率范圍內，達到I段

時間11;II段時間積累頻率范圍內，達到n段時間12；III段時間積累頻率范圍

內，達無到IH段時間t3；則發(fā)出信號或跳閘。低頻保護反映系統(tǒng)頻率的降低，

受出口斷路器輔助觸點閉鎖，即發(fā)電機退出時低頻保護也自動退出。在發(fā)電機頻

率異常運行時，保護汽輪機的葉片不受損傷。

31、誤上電保護

（1）發(fā)電機盤車時，未加勵磁，斷路器誤合，造成發(fā)電機異步起動。采用

負荷報警、啟動風冷（2段）。過負荷報警和啟動風冷可分別通過整定控制字來

控制其投退。啟動風冷動作后輸出兩付常開接點。

42、主變接地零序保護

主變零序過流保護用于中性點直接接地變壓器，該保護反映變壓器零序電流

大小，反映接地故障，僅在變壓器中性點直接接地時起作用，零序電流取自變壓

器中性點CT電流。該保護分二段，與出線零序保護配合，保護以短延時跳母聯(lián),

以長延時變壓器兩側跳斷路器。

43、主變間隙零序保護

主變間隙零序電壓電流保護：能反映主變間隙零序電流大小和零序電壓大

小，該保護可在變壓器中性點不接地時投入。由接地刀閘的輔助觸點來控制，問

隙零序電流取自變壓器中性點間隙CT電流，即測量中性點間隙擊穿后的電流。

零序電壓取自變壓器高壓側PT開口三角的零序電壓。出口方式：解列滅磁，啟

動快切，啟動失靈。

44、發(fā)變組差動保護

縱聯(lián)差動速斷保護：縱聯(lián)差動速斷保護實質上為反映發(fā)電機兩側電流差而快

速動作的保護，用以保證在發(fā)電機內部發(fā)生嚴重故障或變壓器外部兩側CT間短

路時而快速動作于跳間。比率差動保護（帶CT斷線閉鎖功能）：該保護采用分

相式，即A、B、C任一相保護動作均出口CT斷線：為防止CT繼線時，保護

誤動作，999發(fā)變組差動保護裝置用軟件設置了延時CT斷線報警及瞬時CT斷

線閉鎖保護功能。

45、A廠變差動保護

46、A廠變高壓側后備

設有兩段過電流保護，作為高廠變后備保護。通過整定控制字可選擇過流I

段、II段經低壓分支復合電壓閉鎖。

（1）復合電壓元件：復合電壓元件由相間低電壓和負序電壓或門構成，保

護有兩個控制字（即過流I段經復壓閉鎖，過流II段經復壓閉鎖）來控制過流I

段和過流n段經復合電壓閉鎖。當過流經復壓閉鎖控制字為"，時，表示本段過

流保護經過復合電壓閉鎖。

（2）電流記憶功能:對于自并勵發(fā)電機，在短路故障后電流衰減變小，故障電

流在過流保護動作出口前可能已小于過流定值，因此，復合電壓過流保護起動后，

過流元件需帶記憶無功能，使保護能可靠動作出口?？刂谱帧半娏饔洃浌δ堋痹诒?/p>

護裝置用于自并勵發(fā)電機時置“1”。

（3）TV斷線對復合電壓閉鎖過流的影響：裝置設有整定控制字（即TV斷

線保護投退原則）來控制TV斷線時復合電壓元件的動作行為。當裝置判斷出本

側TV斷線或異常時，若叮V斷線保護投退原則，控制字為“，時，表示復合電壓

元件不滿足條件；若'TV斷線保護投退原則'控制字為O時，表示復合電壓元件

滿足條件，這樣復合電壓閉鎖過流保護就變?yōu)榧冞^流保護。

5（）、投檢修態(tài)

將該套保護投入檢修狀態(tài)，該套保護在投檢修態(tài)后不起作用正常運行期間不

投。

51、失靈保護

發(fā)電機內部故隙保護跳閘時，如果發(fā)電機出口開關失靈，需要及時跳開主變

高壓側開關、廠變開關，并啟動主變高壓側開關失靈。失靈保護取機端電流作為

判據(jù)。失靈電流啟動為一個過流判別元件，可以是相電流或負序電流，經保護動

作接點、和斷路器合閘位置接點閉鎖。

52、冷控失電起動跳閘

正常運行過程中其冷卻器控制回路電源消失，保護裝置將根據(jù)變壓器運行溫

度是否達到規(guī)程規(guī)定而發(fā)出跳閘指令。

53、熱工保護起動

為了統(tǒng)一管理非電氣量的保護，對來自熱工方面的保護裝置，統(tǒng)一使用一個

投退壓板來總體投入和切除熱工保護。

54、斷水保護起動跳閘

為保護發(fā)電機不致因斷水而損壞的保護裝置。當內冷水的水壓和流量降低到

預定數(shù)值且持續(xù)一定的時間時，動作于跳閘。

55、主變重瓦斯起動跳閘

用來反應主變壓器油箱內部各種短路故障及油面降低，是油浸式變壓器的主

保護。它反應油箱內部所產生的氣體或油流而動作。輕瓦斯動作于信號。重瓦斯

動作于全停。（不啟動失靈）

56、主變油溫高起動跳閘

變壓器溫度保護，動作于發(fā)信號。

57、主變繞組過溫起動跳閘

變壓器溫度保護，動作于發(fā)信號。

58、主變壓力釋放起動跳閘

避免主變壓器內部嚴重故障時，油箱內壓力過大，而導致油箱爆炸。動作于

發(fā)信號。

59、主變壓力突變起動跳閘

壓力突變是在變壓器器身上方側面安有一個油壓速動繼電器，它通過管路與

變壓器油箱連通，當內部故障油流迅速流動時它感受到響應動作接點閉合實現(xiàn)三

跳來切除故障。

60、廠變重瓦斯起動跳閘

用來反應高壓廠用變壓器油箱內部各種短路故障及油面降低，是油浸式變壓

器的主保護。它反應油箱內部所產生的氣體或油流而動作。輕瓦斯動作于信號。

重瓦斯動作于全停。（不啟動失靈）

61、廠變壓力釋放溫度高起動跳閘

避免高壓廠用變壓器內部嚴重故障時，油箱內壓力過大，而導致油箱爆炸。

動作于發(fā)信號。

62、廠變油溫高起動跳閘

變壓器溫度保護，動作于發(fā)信號。

63、廠變繞組溫高起動跳閘

變壓器溫度保護，動作于發(fā)信號。

64、廠變冷控失電起動跳閘

#2機高廠變?yōu)樽匀挥脱h(huán)冷卻方式，風扇為后加。所以即使#2機高廠變冷

卻風扇斷電也不會跳閘發(fā)變組#2機高廠變冷卻風扇全停不跳發(fā)變組，#1機高廠

變冷卻風扇全停跳發(fā)變阻

65、勵磁系統(tǒng)故障起動跳閘

勵磁變差動、過勵磁保護、勵磁繞組過負荷、勵磁過流保護

66、非電量延時保護

非電量保護啟動：當非電量開入延時時間大于整定值時，啟動元件動作。

【主機培訓】發(fā)變組保護原理解析

一、發(fā)變組保護功能

(1)發(fā)變組保護的功能：是對電氣或者機械故障提供保護，并在最短的時

間內隔離系統(tǒng)的故障部分，以保證安全運行并使設備損害減至最小。

(2)發(fā)變組保護針對不同的故障情況，有選擇的跳開以下開關：跳開500kV.

220kV斷路器、跳開發(fā)電機出口開關、跳開勵磁開關、關閉主汽門、跳6kV工

作進線電源開關。

(3)發(fā)變組保護在下列范圍內提供對主設備的保護：

(a)發(fā)電機：定子繞組相間短路，定子繞組單相接地，定子繞組過電流、

定子繞組對稱過負荷、定子繞組不對稱過負荷、定子繞組過電壓、逆功率、發(fā)電

機斷水保護等。

(b)變壓器：變壓器油箱內外故障、引線故障、變壓器溫度高、冷卻器全

停等保護。

(c)同時對發(fā)變組聯(lián)線各種故障提供保護。

二、繼電保護配置的原則要求

1、繼電保護配置原則：應根據(jù)電網(wǎng)結構、一次設備的接線方式，以及運行、

檢修和管理的實際效果，遵循“強化主保護，簡化后備保護和二次回路”的原

則進行保護配置、選型與整定。

2、保護雙重化配置應滿足以下要求：

(1)每套完整、獨立的保護裝置應能處理可能發(fā)生的所有類型的故障，兩

套保護之間不應有任何電氣聯(lián)系，當一套保護退出時不應影響另一套保護的運

行。

(2)兩套主保護的電壓回路宜分別接入電壓互感器的不同二次繞組。電流

回路應分別取自電流互感器互相獨立的繞組，并合理分配電流互感器二次繞組，

避免可能出現(xiàn)的保護死區(qū)。分配接入保護的互感器二次繞組時，還應特別注意避

免運行中一套保護退出時可能出現(xiàn)的電流互感器內部故障死區(qū)問題。

(3)雙重化配置/呆護裝置的直流電源應取自不同蓄電池組供電的直流母線

段。

(4)兩套保護的跳閘回路應與斷路器的兩個跳圈分別一一對應。

(5)雙重化的線路保護應配置兩套獨立的通信設備(含復用光纖通道、獨

立光芯、微波、載波等通道及加工設備等)，兩套通信設備應分別使用獨立的電

源。

(6)雙重化配置保護與其他保護、設備配合的回路應遵循相互獨立的原則。

(7)雙重化配置的線路、變壓器和單元制接線方式的發(fā)變組應使用主、后

一體化的保護裝置；對非單元制接線或特殊接線方式的發(fā)變組則應根據(jù)主設備的

一次接線方式，按雙重化的要求進行保護配置。

三、大型發(fā)變組主要保護簡介：

因篇幅限制，這里只對發(fā)變組主要保護做簡單介紹，考慮到有許多不是學習

電氣專業(yè)的讀者，盡力用通俗易懂的語句進行了解釋說明，實在不懂的請參考繼

電保護有關書籍。

1、比例制動式差動保護

(1)差動保護的原理：發(fā)電機和主變都配置有差動保護，其基本原理都是

一樣的，都基于判斷流入差動繼電器的電流是否大于繼電器的整定電流，理論上

它可以反映保護范圍內的相間短路，與外部短路無關。保護的整定值是按照躲過

外部發(fā)生三相短路時流經兩側電流互感器的最大不平衡電流來計算的，但是由于

在發(fā)電機中性點附近發(fā)生短路時，若短路匝數(shù)很少，流入差動繼電器的電流可能

會小于按上面的整定原則來整定的計算值從而使保護拒動，所以提出了保護狗整

定值按照外部短路電流的增加而增加的比例制動式差動保護，當外部短路時可靠

制動，且短路電流越大制動作用越強，從而可以防止外部短路時保護的誤動，而

當內部短路時由于差動作用大于制動作用保護乂可以靈敏的動作，按照這種方法

可以避免發(fā)電機中性點附近小范圍短路時保護存在動作“死區(qū)”的問題。

(2)差動保護誤動的原因主要有：電流互感器極性接反，電流互感器二次

側開路，電流互感器二次阻抗過大造成互感器飽和以后兩側的電流不平衡.

(3)主變的差動保護原理同發(fā)電機的差動保護但是存在以下的區(qū)別：

(a)主變高低壓側的額定電壓和額定電流不同所以兩側的電流互感器的型

號不同。

(b)主變需要調壓，即需要改變分接頭的位置，所以調好的不平衡電流由

于分接頭位置的改變而改變。

(c)對于匝間短路發(fā)電機差動保護不反映，主變的差動保護反映繞組的匝

間短路。

(d)對于繞組的開焊故障，發(fā)電機和變壓器的差動保護都不反映，主變依

靠瓦斯保護和壓力保護，而發(fā)電機通過匝間保護來反映。

(e)變壓器由于既存在電路的耦合又存在磁路的耦合，所以不符合差動保

護的理論基礎-----基爾霍夫電流定律。還存在勵磁涌流問題，所以主變的差動

保護要考慮如何避開勵磁涌流問題，一般采用間斷角制動或者二次諧波制動。

2、定子繞組單相接地保護

(1)定子繞組單相接地的危害：主要表現(xiàn)在對發(fā)電機定子鐵心的燒傷和接

地故障擴大為相間或匝間故障。

(2)中性點直接段地系統(tǒng)單相接地的故障：定子繞組單相接地的故障電流

和暫態(tài)過電壓與發(fā)電機的中性點接地方式密切相關，中性點直接接地系統(tǒng)單相接

地的故障電流非常人，嚴重燒傷定子鐵心，實際運行的發(fā)電機沒有這種接地方式。

(3)中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時：中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相

接地故障時中性點電位升高從而對中性點的絕緣要求高，同時由于大型發(fā)電機容

量大，三相對地電容也相應的增大，接地故障時容性電流也可能超過允許值，所

以大容量發(fā)電機也沒有這種運行方式。

(4)中性點經消弧線圈接地或經配電變壓器接地：目前采用較多的是中性

點經消弧線圈接地或經配電變壓器接地，經消弧線圈接地，由于容性電流受到感

性電流的補償，所以接地點的故障電流較小對發(fā)電機的鐵心不致于造成嚴重的燒

傷，但是純粹的經消弧線圈接地易發(fā)生電感電容的串聯(lián)諧振過電壓，所以一般采

用消弧線圈和小電阻配合，小電阻起到消諧的作用。為『減小過電壓同時考慮到

大電阻制造的困難，現(xiàn)在的大型發(fā)電機基本都采用中性點經配電變壓器高阻接

地。

(5)95%定子接地保護和100%定子接地保護：

(a)發(fā)電機任一相發(fā)生單相金屬性接地時，故障點的基波零序電壓UO=

-aE,系數(shù)a表示故障點距中性點的距離(全繞組用100%)百分數(shù)。E是發(fā)電

機任一相的電動勢。由于前面所說發(fā)電機發(fā)生單相接地時的故障電流非常的小，

所以定子繞組每相的阻抗與對地電容相比可以忽略不計，這就造成從故障點到發(fā)

電機中性點這段繞組任何一點零序電壓是相同的，所以我們既可以從機端的開口

三角來獲取保護用的零序電壓量也可以從中性點配電變壓器的二次側獲取保護

用的零序電壓量。從UO=-aE可以看出當中性點附近短路時a非常的小所以

在中性點附近保護存在了“死區(qū)”這也是95%定子接地保護的命名由來，它只能

保護機端到中性點95%繞組長度的單相接地故障。這也僅僅是對金屬性接地故

障而言，對于經接地電阻短路的故障，保護的“死區(qū)”和接地電阻的大小有關，

越大則動作的“死區(qū)”也越大。

(b)盡管中性點的運行電壓低，發(fā)電機單相接地故障發(fā)生在中性點附近的

可能性小，但是考慮到冷卻風扇葉片斷裂掃膛打壞絕緣或者定子繞組漏水都有可

能發(fā)生在中性點附近，因此在技術上要求裝設100%定子繞組單相接地保護，

(c)發(fā)電機中性點附近發(fā)生單相接地故障的明顯特征就是機端三次諧波電

壓增大而中性點附近三次諧波電壓明顯的減小，100%定子接地保護就是基于這

一點來實現(xiàn)的，但是發(fā)電機經配電變壓器高阻接地時，正常運行時機端三次諧波

電壓就己經大于了中性點附近三次諧波電壓，所以保護的靈敏性稍差一點。對于

用機端三次諧波電壓作為動作量，中性點附近三次諧波電壓作為制動量的100%

定子接地保護，尤其需要注意的是要防止制動量的丟失比如運行的時候發(fā)電機中

性點接地閘刀拉開，造成制動量丟失就必定造成保護的誤動。

3、匝間保護

(1)匝間保護作為發(fā)電機內部故障的第一主保護：可以反映同一相不司分

支間繞組的短路，不同相之間的短路，同一條繞組不同匝之間的短路，同時還能

反映發(fā)電機內部的開焊故障。

(2)匝間絕緣擊穿：發(fā)電機在長期運行的過程中，定子繞組由于電暈腐蝕、

長期受熱、機械振動以及機械磨損等因素的影響，匝間絕緣將會逐步劣化，一旦

發(fā)生過電壓，便會經受嚴峻考驗。而且完全可能引發(fā)定子繞組的部分匝間絕緣擊

穿，其后，在匝間電勢的作用下，形成環(huán)流，使故障進一步地擴大，所以匝訶短

路是發(fā)電機不容忽視的一種嚴重故障形式。

(3)匝間短路能及早反映定子絕緣的降低：大型機組定子繞組匝間短路故

障占有的比例較人，況且發(fā)電機定子絕緣降低的時候最先表現(xiàn)的往往不是定子繞

組接地，而是匝間短路，所以匝間短路可以比較早地反映發(fā)電機定子絕緣的降低。

(4)發(fā)電機匝間保護采用較多的是縱向基波零序過電壓保護：當發(fā)電機定

子繞組發(fā)生內部短路時，機端電壓不平衡，裝于機端的壓變的開口三角側能夠檢

測到基波零序電壓，這就是匝間保護的保護原理。但是考慮到95%定子單相接

地取的也是基波零序電壓，所以為了防止誤動，匝間保護用的是縱向零序，95%

定子單相接地用的是橫相零序。匝間保護用的PT一次側采用“星形”接線，且

中性點和發(fā)電機的中性點相聯(lián)且不接地，這樣在發(fā)生單相接地的時候，機端出現(xiàn)

的只是橫相冬序電壓，發(fā)電機三相對中性點的電壓還是對稱的也就是說沒有縱向

零序量，所以保護不會動作。但是正常運行的時候三次諧波量也能通過此開口三

角反映出來，所以匝間保護要增設三次諧波的阻波功能，這樣可以提高保護的靈

敏度，這種保護可能會由于外部短路時發(fā)生誤動，主要采取以下的辦法來防止：

(a)適當?shù)脑龃髣幼麟妷海@個要由發(fā)電機內部故障計算決定。

(b)采用相電流制動，當機端相電流增大的時候，說明故障不是發(fā)生在發(fā)

電機的內部，所以當檢測到機端相電流增大時，匝間保護的動作電壓值也自適應

的放大，從而可以避免保護的誤動。

(c)增設負序方向保護，即通過增設方向元件，因為發(fā)電機內部故障時，

負序電流由發(fā)電機流出，而當系統(tǒng)短路時負序電流由系統(tǒng)流向發(fā)電機，所以可以

通過判斷負序功率來區(qū)分短路是發(fā)生在發(fā)電機的內部還是外部。

4、轉子接地保護

（1）轉子接地保護設置：由于發(fā)電機在制造或運輸?shù)倪^程中，轉子受潮或

有鐵銹進入，都有可能使轉子的主絕緣或匝間絕緣損壞，或者運行時通氣孔堵塞

局部過熱導致絕緣損壞。常見的主要是轉子繞組匝間短路和勵磁回路一點接地。

（2）轉子接地危害：轉子繞組匝間短路盡管不直接引起嚴重后果，但是由

于磁場的畸變會導致機組振動的加劇同時勵磁電流也會增加所以不允許長期運

行。勵磁回路一點接地不會對發(fā)電機造成危害但相繼發(fā)生兩點接地時嚴重威協(xié)發(fā)

電機的安全，可能會造成鈾系，汽缸，隔板的嚴重磁化。

（3）轉子一點接地只動作于信號的原因：對于轉子一點接地只動作于信號

這樣可以避免大型機組毫無必要的突然跳閘，但是需要提高轉子一點接地保護的

靈敏度，這樣以便及時的轉移負荷防止一點接地擴大為兩點接地，一般一點接地

的靈敏度用故障點對地的過渡電阻來衡量。

（4）轉子一點接地的保護采用電橋原理：正常運行時通過調節(jié)橋臂的電阻

使電橋達到平衡，使電橋的對角線等電位，這樣流過繼電器的電流很小，小于整

定的動作電流，當勵磁回路一點接地時，電橋的平衡遭到破壞，使電橋的對角線

有電位差，這樣流過繼電器的電流就增大大于整定的動作電流保護就發(fā)信。

5、失磁保護

（1）發(fā)電機失磁后的特征：發(fā)電機失磁以后，發(fā)電機的電動勢就會下降，

但是由于汽輪機的出力不會立即改變減小，而發(fā)電機的電磁功率己經減小，所以

轉子上就出現(xiàn)了過剩的加速轉矩，使功角增加，根據(jù)功角特性，發(fā)電機在失磁以

后到功角達到靜穩(wěn)極限之前將經歷一個“等有功”過程，即發(fā)電機失磁以后將保

持失磁以前的出力直到失去穩(wěn)定。當功角大于180度以后，發(fā)電機不僅不輸出有

功反而向系統(tǒng)吸收有功這時如汽門沒有及時的關下來發(fā)電機將發(fā)生飛車。發(fā)電機

失磁以后的另一個顯著特征就是無功反相，失磁后無功持續(xù)的減小，在功角等于

180度時反相無功達到最大，這時如果系統(tǒng)的無功儲備不足，失磁的發(fā)電機將把

整個系統(tǒng)的無功拖垮導致電壓崩潰。同時失磁以后發(fā)電機的機端電壓持續(xù)下降，

電流逐漸增大特別是失去穩(wěn)定以后電流更是急劇上升，這就是發(fā)電機失磁以后的

一些電氣量的變化。

（2）發(fā)電機失磁保護的判據(jù)：失磁以后盡管勵磁電壓下降，但是考慮到發(fā)

電機進相運行或者對長線充電時由于容性電流的助磁作用，勵磁電壓也很低，所

以單單用勵磁電壓的下降作為失磁保護的動作判據(jù)誤動的可能性較大，因此現(xiàn)在

的大型發(fā)電機基本都是通過判斷機端阻抗是否落入異步阻抗圓來動作的，勵磁電

壓下降可以作為一種輔助判據(jù)。通過上面對失磁以后電氣量變化的分析我們知道

發(fā)電機失磁以后機端電壓下降，電流增加，所以發(fā)電機的阻抗也是下降的，失磁

運行的發(fā)電機最終將進入異步運行狀態(tài)，它的阻抗肯定小于發(fā)電機正常運行時的

同步電抗，所以阻抗繼電器一旦檢測到發(fā)電機的電抗進入異步阻抗圓的動作范

圍，失磁保護就能可靠的動作。當然現(xiàn)在還沒有哪一種保護能夠1（）0%的確保失

磁保護不誤動，比如發(fā)電機外部發(fā)生經過渡電阻的相間短路或者系統(tǒng)振蕩都有可

能使失磁保護發(fā)生誤動，這就需要一些輔助判據(jù)來閉鎖，比如通過借助失磁以后

轉子電壓的變化特性和通過適當?shù)难訒r來躲過。

6、失步保護

（1）發(fā)電機為何要裝設失步保護：盡管失磁以后發(fā)電機最終也會進入失步

運行，靠失磁保護也能動作，但是考慮到大型發(fā)電機的同步電抗較大，而與之相

連的系統(tǒng)阻抗較小，所以系統(tǒng)發(fā)生振蕩的時候振蕩中心位于發(fā)電機的機端，從而

使機端的電壓大幅度的波動，造成廠用電動機不能正常的工作甚至停轉，可能造

成停機停爐或者設備的損壞。還有振蕩電流不僅具有短路電流的幅值，而且還會

在較長的時期內反復的出現(xiàn)，這種周期性出現(xiàn)在發(fā)電機轉子上的振蕩扭矩會使大

軸扭傷，縮短機組的壽命，所以對大型發(fā)電機失步以后的振蕩次數(shù)和時限有嚴格

的要求，同時發(fā)電機發(fā)生失步的原因并不一定是由于失磁引起的，失磁保護不能

代替失步保護，所以大型發(fā)電機有裝設失步保護的必要性。

（2）發(fā)電機失步以后的特征及保護配置：發(fā)電機失步后并不一定要馬上跳

開發(fā)電機出口開關，因為一旦發(fā)生失步，通過運行人員的干預（如快關汽門，增

減出力）有可能把失步的發(fā)電機重新拉回同步，這就要求失步保護的保護原理需

要區(qū)別短路，穩(wěn)定振蕩，發(fā)散振蕩。所以現(xiàn)在的大型發(fā)電機基本都安裝雙阻抗元

件型失步保護，采用兩個同心的阻抗圓的目的就是為了區(qū)分短路，穩(wěn)定振蕩和發(fā)

散振蕩，當系統(tǒng)發(fā)生短路時，盡管機端阻抗己經進入內部的阻抗圓（即動作圓）,

但是故障點切除以后機端阻抗又能迅速的躍出阻抗元件的動作區(qū)，所以可以通過

設定機端阻抗在動作圓內的停留時間來防止系統(tǒng)短路時失步保護的無選擇性動

作。當系統(tǒng)發(fā)生穩(wěn)定振蕩時，機端阻抗只進入外部阻抗圓，所以保護也不會動作,

只有當系統(tǒng)發(fā)生失步振蕩時，機端阻抗軌跡是一條穿過外部圓和內部動作圓的弧

線，由于機端阻抗在內部動作圓的停留時間達到了保護的設定時間所以保護就可

以可靠的動作。

7、突加電壓保護

（1）為何要裝設突加電壓保護：發(fā)電機在盤車或者未加勵磁的低速旋轉狀

態(tài)時，如果發(fā)電機出口短路器誤合閘，這時發(fā)電機就進入異步電動機運行狀態(tài)，

由于發(fā)電機轉子和外加電壓產生的圓形旋轉磁場存在滑差，發(fā)電機轉子就會流過

差頻電流，有可能灼傷發(fā)電機轉子。同時，由于發(fā)電機轉子在氣隙磁場的拖動下

轉速急劇上升，但此時的潤滑油溫度還處在盤車時的潤滑油溫，所以有可能損傷

機組的軸瓦，這就是發(fā)電機要設置突加電壓保護的原因和發(fā)電機突上電的危害。

（2）突加電壓保護的原理：是通過判斷發(fā)電機的頻率和定子電流的人小來

實現(xiàn)的，發(fā)電機在盤車或低速狀態(tài)時頻率很低，所以低頻元件動作，但是由于發(fā)

電機定子沒有電流所以電流元件是不會動作的，突加電壓保護動作是取這兩個條

件的與門，所以保護是不會動作的，只有當發(fā)電機誤上電時兩個條件都能滿足，

突加電壓保護動作跳發(fā)電機出口斷路相。在并網(wǎng)過程中由于頻率已經接近了系統(tǒng)

頻率，所以此時盡管有合閘電流，但是由于低頻元件不會動作所以保護也是不會

動作的，突加電壓保護在發(fā)電機并網(wǎng)以后退出。

8、啟停機保護

（1）啟停機保護原理：在發(fā)電機不與系統(tǒng)并網(wǎng)的啟動或停機過程中，頻率

大幅度的偏離額定值，許多繼電保護裝置將在低頻條件下拒動或者誤動，特別是

對頻率敏感的繼電器，如三次諧波式定子接地保護，為了在低頻條件下保護發(fā)電

機，需要裝設低頻條件下能工作的定子接地保護，這就是啟停機保護。

（2）發(fā)電機的啟停機保護采用的是基波零序電壓式定子接地保護：主要采

用的是基波零序電壓式定子接地保護，不要求三次諧波濾波，所以要求在發(fā)電機

并網(wǎng)以后此保護退出，否則可能因為正常運行時發(fā)電機機端三次諧波過大而使保

護誤動。

9、過勵磁保護

（1）磁飽和：無論是發(fā)電機還是變壓器都是帶有鐵心的設備，鐵心的磁通

密度和電壓和頻率有關，磁密與電壓成正比而與頻率成反比，所以無論是電壓的

升高還是頻率的降低都有可能使磁密增加而使鐵心飽和。

(2)過勵磁的危害：主要是發(fā)熱，因為磁通飽和以后勵磁電流就成倍的增

加，造成鐵心發(fā)熱，使繞組和鐵心之間的絕緣因發(fā)熱而老化。同時，磁通飽和以

后漏磁也會增加，靠近鐵心的繞組導線，油箱壁以及其他的金屬構件由于漏磁引

起的渦流損耗使這些部位嚴重發(fā)熱，油箱壁溫度的上升還會使箱內壁的油漆脫落

而污染變壓器的油質。勵磁電流不是正弦波含有徨多的高次諧波，而鐵心和其他

金屬構件的渦流損耗和頻率的平方成正比，所以含有高頻分量的勵磁電流的增加

使發(fā)熱嚴重。對于發(fā)電機來說，過勵磁的危害主要是引起定子鐵心和定位筋嚴重

發(fā)熱，交變的漏磁通能夠在發(fā)電機定子的定位筋感應出電動勢，由于相鄰的定位

筋存在電勢差，所以相鄰的定位筋就可以通過發(fā)電機的定子鐵心構成回路，產生

電流，所以過勵磁引起的漏磁通的增加必定會引起這種電流的增加而引起附加發(fā)

熱。

(3)過勵磁保護的動作時間和過勵磁倍數(shù)成反比，是一個反時限特性，力

求與設備的過勵磁能力匹配。

10、過電壓保護發(fā)電機產生的電動勢不僅和磁通密度有關系而且也和磁通的

交變速度有關系，所以發(fā)電機的調速系統(tǒng)和調壓系統(tǒng)對發(fā)電機的電壓都有影響，

發(fā)電機在做甩負荷試驗時，轉速會有較大的上升，同時勵磁電流的減小也需要一

個時間過程，所以甩負荷以后發(fā)電機的機端電壓會上升，如果這種過電壓持續(xù)的

時間過長那么對發(fā)電機定子繞組的主絕緣還是有一定的威脅的，所以大型發(fā)電機

需要裝設過電壓保護。

11、逆功率保護

(1)程序逆功率保護：發(fā)電機如果由于保護動作，在主汽門還沒有關羽之

前就跳開發(fā)電機出口開關，那么汽輪機組會由于制動轉矩消失而拖動轉矩還存

在，汽輪機轉子就會產生巨大的加速轉矩而發(fā)生災難性的“飛車”事故。所以發(fā)

電機需要裝設程序逆功率，所謂程序逆功率指的是由保護啟動，當檢測到主汽門

關閉信號以后，同時逆功率iA到整定值，比如1%額定功率時，逆功率保護動作

跳發(fā)電機出口開關。

(2)發(fā)電機保護的另一種逆功率主要是為了保護汽輪機的：因為汽輪機主

汽門關閉以后，由于末級葉片的鼓風摩擦相當?shù)膰乐兀赡芤驗檫^熱而損壞，所

以需要裝設逆功率保護，通過適當?shù)难訒r跳開發(fā)電機出口開關。

12、負序電流保護

(1)負序電流的危害：發(fā)電機由于負荷的不對稱或者外部發(fā)生短路故障時,

會產生負序電流，由于負序電流產生的氣隙磁場反相旋轉，所以會在轉子繞組感

應出倍頻電流。在轉子大護環(huán)與轉子本體之間，槽契與槽壁的接觸面，阻尼條和

阻尼環(huán)等分流比較大的地方產生局部高溫，將轉子灼傷?，F(xiàn)代的大型發(fā)電機為「

提高材料的利用率，發(fā)電機容量的增加相對來說大于發(fā)電機尺寸的增加，所以發(fā)

電機轉子的熱負荷相應的提高了，同時由于勵磁電流和氣隙磁場中高次諧波在轉

子中產生的熱量也相應的增加所以發(fā)電機轉子承受負序電流的能力相對來說是

下降了。

(2)負序電流使發(fā)電機轉子溫度升高的程度：與負序電流的大小和持續(xù)的

時間有關系：通常定義一個短時負序轉子發(fā)熱常數(shù)A,它是負序電流的平方與時

間的乘積。只有在負序電流的平方與時間的乘積小于A值的情況下發(fā)電機才能

安全的運行，為了節(jié)省材料而片面的降低A值是不恰當?shù)模貏e是采用了單相

重合閘以后，發(fā)電機必須要考慮一定的負序電流承受能力。

（3）反時限負序電流保護：為了防止發(fā)電機轉子遭受負序電流的損壞，對

于大型的汽輪發(fā)電機都要裝設與發(fā)電機承受負序電流能力相匹配的反時限負序

電流保護。反時限負序電流保護的原理主要是通過兩個負序電流互感器采集到負

序電流，這里采用兩個負序電流互感器主要是為了防止電流互感器二次側斷線時

保護誤動，然后轉化成與之大小成比例的電壓量，其中一路通過比較和時延用于

發(fā)信，用于當負序電流大于長期允許的負序電流時動作于聲光報警，同時閉鎖跳

閘回路，防止保護裝置內部故障造成誤跳閘。另一路通過電流繼電器和反時限元

件作用于跳閘，由于考慮到負序電流較大時反時限元件延時很短就動作于跳閘，

而當負序電流接近發(fā)電機長期允許的負序電流時又要求反時限元件延時接近于

無窮大，要求在這么寬的動作范圍內保持精度，將導致保護的復雜化和裝置尺寸

的增加，所以需要增設兩個定時限元件、和反時限元件配合來實現(xiàn)跳閘，當負序

電流過大或者過小（但是大于長期允許的負序電流）時保護轉為定時限，而當負

序電流介于這兩者之間的時候保護轉入反時限。

（4）負序電流保護的弱點：對于大型機組，短路電流中的非周期分量的影

響比較的顯著，采用上面判據(jù)的負序電流保護，在時間短，電流大的情況下，并

不能可靠的保護故障機組的安全，所以大型機組要有比較完善的匝間和相間保

護。

13、低頻保護

（1）發(fā)電機的頻率過低的危害：汽輪機的葉片都有一個自振頻率，如果發(fā)

電機的頻率過低，將使汽輪機的葉片發(fā)生諧振，葉片將承受很大的諧振應力，使

材料疲勞，達到材料所不允許的限度時，葉片或拉筋就要斷裂，造成嚴重的事故,

材料的疲勞積累是一個不可逆轉的過程，所以汽輪機不允許在低頻下長時間1勺運

行。同時，發(fā)電機的頻率過低還會影響廠用電動機的出力。

（2）發(fā)電機低頻保護為何只動作于發(fā)信：發(fā)電機的頻率過低說明系統(tǒng)缺少

有功，這時除了本機組通過一次調頻來開大調門或者系統(tǒng)的調頻機組參與調頻

外，也可以通過低頻減載裝置來切掉系統(tǒng)的部分負荷。發(fā)電機頻率過低盡管影響

葉片的壽命，但也只是說低頻運行時間達到一定的累計時間時葉片有可能斷裂，

并不一定會斷裂，何況頻率低時系統(tǒng)缺少有功,所以低頻運行首先要動作于發(fā)信,

盡量避免不必要的跳機。低頻保護的原理很簡單，通過頻率繼電器和時間元件就

可以實現(xiàn)，依據(jù)制造廠的原始數(shù)據(jù)，可以知道對應低頻下允許運行的時間，所以

通過頻率繼電器來測頻，等到時間繼電器達到對應頻率下的允許運行時間時就發(fā)

信。

"14、非電量保護:篇幅限制，這里不做介紹，后續(xù)對發(fā)變組非電量保護再單

獨發(fā)文進行介紹，可以參考以下非電量保護配置圖進行了解。

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