第6章发电机的保护⑤发电机失磁为防患于未然，也需装设相应的保护。①定子绕组负荷不对称运行，会出现负序电流可能引起发电机转子表层过热，需装设定子绕组不对称过负荷保护(转子表层过热保护)。②定子绕组对称过负荷，装设对称过负荷保护(一般采用反时限特性)。③转子绕组过负荷，装设转子绕组过负荷保护。④并列运行的发电机可能因机炉的保护动作等原因将主气阀关闭，从而导致逆功率运行，使汽轮机叶片与残留尾气剧烈摩擦过热，而损坏汽轮机，因此，需装设逆功率保护。⑤为防止过激磁引起发热而烧坏铁芯，应装设过激磁保护。⑥因系统振荡而引起发电机失步异常运行，危及发电机和系统运行安全，需装设失步保护。⑦其他保护：定子绕组过电压、低频运行、非全相运行及与发电机运行直接有关的热工方面的保护，对水内冷发电机还应装设断水保护等。6.2发电机相间短路的纵联差动保护6.2.1基本原理6.2.2具有比率制动特性的差动保护(1)保护的作用原理动作条件：分两段制动电流：差动回路动作电流：当正常运行时，则(2)制动特性的实现方法制动电压：动作电压：图6.3比率制动式纵差保护继电器原理图6.3发电机定子绕组匝间短路保护6.3.1发电机定子绕组的横联差动电流保护根据运行经验,保护的动作电流为：当然，这种保护在切除故障时有一定的死区，即：①单相分支匝间短路的α较小时，即短接的匝数较少时；②同相两分支间匝间短路，且α1=α2，或α1与α2差别较小时。6.3.2负序功率方向闭锁的转子二次谐波电流匝间短路保护(1)故障时的负序功率方向(2)保护的构成和工作原理图6.6电流互感器在机端时的负序功率方向分析(a)接线示意图；(b)K1点短路；(c)K2点短路；(d)K3~K4点短路图6.7负序功率闭锁转子二次谐波匝间短路保护原理方框图1—负序电流滤过器；2—负序功率方向继电器3—二次谐波滤过器；I2n—二次谐波电流元件图6.9负序功率闭锁零序电压匝间保护的方框原理图1—三次谐波滤过器；2—断线闭锁保护；3—出口的最大不平衡基波零序电压和三次谐波零序电压，即6.4发电机定子绕组的单相接地保护发电机定子绕组单相接地故障时的主要危害有两点：①接地电流会产生电弧烧伤铁心，使定子绕组铁心叠片烧结在一起，造成检修困难。②接地电流会破坏绕组绝缘，扩大事故。若一点接地而未及时发现，很有可能发展成绕组的匝间或相间短路故障，严重损伤发电机。对大中型发电机定子绕组单相接地保护应满足以下两个基本要求：①对绕组有100%的保护范围。②在绕组匝内发生经过渡电阻接地故障时,保护应有足够的灵敏度。6.4.1基波零序电压保护6.4.2三次谐波零序电压保护1)正常运行时的三次谐波电压机端：图6.10发电机零序电压保护原理图1—三次谐波滤过器；2—到信号中性点端：2)当定子绕组单相接地时的三次谐波电压当α>50%当α≤50%6.4.3三次谐波零序电压保护装设原理为提高三次谐波零序电压保护的灵敏度(减小死区)，实际上保护装置的动作条件是按下式构成：或比相元件的动作条件为：(6.25)6.5发电机低励失磁保护6.5.1失磁过程中各主要电气量的变化情况若忽略电阻分量，则同步发电机的功角特性为：相应的描述同步发电机变化规律的转子运动方程式为：(1)失磁到临界失步阶段(δ≤90°)(2)不稳定运行阶段(δ>90°)(3)稳定的异步运行阶段6.5.2失磁发电机机端测量阻抗的变化特性(1)等有功阻抗图(δ<90°)(2)等无功阻抗圆(δ=90°)这时的，即发电机从系统吸收无功功率，发电机机端测量阻抗为：图6.19等有功阻抗圆将代入上式得：(3)稳态异步运行阻抗圆发电机的测量阻抗为：考虑两种极端情况：①发电机空载运行失磁时，此时测量阻抗最大，即②发电机在其他运行方式失磁时，取极限情况，即此时测量阻抗最小，即(4)临界电压阻抗圆从网络图中可得：6.5.3失磁保护的构成方式6.5.4失磁保护的构成原理(1)反映机端阻抗变化的测量元件1)反映临界失步阻抗元件的动作方程图6.25允许无励磁运行发电机失磁保护的动作区(a)XS大时；(b)XS小时幅值比较式：相位比较式：若取δg=90°，作为静稳极限，则：幅值比较式：相位比较式：或或幅值比较式：相位比较式：(2)反映和随时间变化率的测量元件测量元件的动作判据为：(3)保护的工作原理6.6发电机励磁回路一点接地保护6.7发电机励磁回路两点接地保护6.8发电机转子表层过热(负序电流)保护(1)转子发热特点及负序电流反时限动作判据1)发电机长期承受负序电流的能力2)发电机短时承受负序电流的能力(2