发电机保护原理（中） | 存干货

发电机保护原理（中）

牛小编想说

　　上周牛小编介绍了发电机的差动保护和匝间保护，作为发电机的主保护。 本期小编将继续整理发电机的其他保护。

　　很多时候书到用时方恨少，不过工作中实际用到后再回过来翻翻理论书籍的感觉还是很不错滴，感觉自己当年 搞不清楚的东西突然通透了。

1.发电机相间后备保护

• 发电机相间后备保护的作用

　　发电机相间后备保护主要用作发电机外部相间短路及内部故障时的后备保护。发电机外部故障时，流过发电机的稳态短路电流不大，有时甚至接近发电机的额定负荷电流，所以发电机的过电流保护一般采用低电压启动或复合电压启动。其电流取自发电机中性点或机端的电流互感器，电压取自机端电压互感器的相间电压，在发电机并网前发生故障时，保护装置也能动作。在发电机发生过负荷时，过电流元件可能动作，但因这时低电压元件不动作，保护被闭锁。

• 发电机的后备保护方式

　　发电机的后备保护主要有低阻抗保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护等。

A 低电压启动的过电流保护。
　　发电机低压启动的过流保护的电流继电器，接在发电机中性点侧三相星形连接的电流互感器上，电压继电器接在发电机出口端电压互感器的相间电压上，在发电机投入前发生故障时，保护也能动作。低电压元件的作用在于区别是过负荷还是由于故障引起的过电流。

B 复合电压启动的过电流保护。
　　复合电压启动是指负序电压和单元件相间电压共同启动过电流保护。

• 发电机复合电压过流保护的整定

2. 发电机定子接地保护

• 发电机定子接地的危害

　　当发电机定子绕组与铁芯间的绝缘损坏将引起定子绕组的单相接地短路。如果发电机的中性点是绝缘不接地的，此时接地点的接地电流是发电机电压系统的电容电流。该电流较大时非但会烧伤定子绕组的绝缘还会烧损铁芯，甚至会将多层铁芯叠片烧接在一起在故障点形成涡流，使铁芯进一步加速熔化，导致铁芯严重损伤 。
　　为确保发电机的安全，不应使发电机的单相接地短路发展成相间短路或匝间短路，因此应该使单相接地故障处不产生电弧或者使接地电弧瞬间熄灭。这个不产生电弧的最大接地电流被定义为发电机单相接地的安全电流，该电流与发电机的额定电压有关。
　　当单相接地电流小于安全电流时，定子接地保护动作后只发信号而不跳闸。调度人员应转移负荷、平稳停机，以免再发生另一点接地形成很大的短路电流而烧坏发电机。当单相接地电流大于安全电流时，定子接地保护应动作于跳闸。

• 零序电压定子接地保护原理介绍及整定
  

原理介绍

　　在下图中F点的A相绕组发生接地短路。F点到中性点的匝数占该相绕组总匝数的百分比为a。

　　此时机端T点各相的对地（对A相的F点）电压为 ：

　　所以机端T点对地的零序电压为：

　　零序电压值随短路点位置a的变化而变化的关系如下图所示。在机端单相接地时零序电压最大，在中性点处接地时零序电压为零。

基波零序电压保护范围为发电机85～95％的定子绕组单相接地,在中性点N附近发生接地故障，保护有死区。

整定计算

　　基波零序电压保护一般设两段定值，一段为低定值段，另一段为高定值段。

　　低定值段基波零序电压保护的动作电压U0.op应按躲过正常运行时的最大不平衡基波零序电压U0.max整定，即：

U0.op=KrelU0.max

式中：Krel——可靠系数，取1.2～1.3；

U0.max——机端或中性点实测不平衡基波零序电压，实测之前，可初设为5%～10%U0n，U0n为机端单相金属性接地时中性点或机端的零序电压（二次值）。

　　应校核系统高压侧接地短路时，通过主变高、低压绕组间的相耦合电容CM传递到发电机侧的零序电压大小Ug0，Ug0可能引起基波零序过电压保护误动作。因此，定子单相接地保护动作电压整定值与延时应与系统接地保护配合，可分为三种情况：

1. 动作电压若已躲过主变高压侧耦合到机端的零序电压，在可能的情况下，延时应尽量取短，可取0.3S～1.0S；

2. 具有主变高压侧系统接地故障传递过电压防误动措施的保护装置，延时可取0.3S～1.0S；

3. 动作电压若低于主变高压侧耦合到机端的零序电压，延时应与高压侧接地保护配合。

　　高定值段基波零序电压保护电压定值应可靠躲过传递过电压，可取（15%～25%）U0n；延时可取0.3S～1.0S。

该保护动作于停机。

l三次谐波电压比率定子接地保护

基波零序过电压保护对于中性点附近的单相接地短路是存在死区的。虽然正常运行时中性点的电压很低，发电机的定子绕组又是全绝缘的，中性点附近发生接地短路的几率较少。但是不能完全排除中性点附近发生接地短路的可能性。

因此规程规定对容量小于100MW的发电机变压器组中的发电机定子接地保护中可只装设保护范围不小于90%的基波零序过电压保护。但对容量大于等于100MW的发电机要求配置100%范围的定子接地保护。

100%的定子绕组接地短路保护的一种方案是用三次谐波电压和基波零序过电压两种保护联合构成。三次谐波电压定子接地保护对于中性点附近的单相接地短路有很高的灵敏度，它与基波零序过电压保护正好有互补性。所以可用这两个保护联合构成100%的定子绕组接地短路保护。

正常运行时机端与中性点处的三次谐波电压的特征

发电机每相对地电容Cg各一半分接在机端和中性点处。发电机外接元件的每相对地电容Ct接于机端。发电机三次谐波的相电势为E3。由于正常运行时三相的三次谐波电压的幅值和相位相同，所以在三次谐波等值电路图中机端T处三相可连在一起，中性点N处三相本来就连在一起，构成如图所示三相三次谐波等值电路图。各处的电容是单相电容的三倍。发电机的电阻、电抗、电导相对于电纳来说很小，可忽略不计。

由上图可以得到发电机正常运行时机端和中性点三次谐波电压之比：

定子绕组单相接地短路时机端与中性点处的三次谐波电压的特征

单相接地时的接线图

三相三次谐波等值电路图

设短路点F到中性点N的匝数占总匝数的百分比为 a，由等效电路得：

据电压公式可画出UT3～a ，UN3～a的关系曲线如图所示。

所以如果以UT3>UN3作为动作方程的话，该继电器在金属性短路情况下可保护从中性点起50%的绕组上的单相接地短路。且短路点越近中性点保护越灵敏。

l三次谐波电压单相接地保护整定

三次谐波电压比率判据只保护发电机中性点25％左右的定子接地，机端三次谐波电压取自机端开口三角零序电压，中性点侧三次谐波电压取自发电机中性点TV。该保护可采用以下两种原理：

原理一

式中: U3T、U3N ——机端和中性点三次谐波电压值；

K3WZD ——三次谐波电压比值整定值。

实测发电机正常运行时的最大三次谐波电压比值为a，则可取

K3WZD =（1.2～1.5）a

机组并网前后，机端等值容抗有较大的变化，因此三次谐波电压比率关系也随之变化，故在机组并网前后各设一段定值，随机组出口断路器位置接点变化自动切换，三次谐波电压保护一般动作于信号。

原理二

　　式中：

U3T、U3N——机端、中性点三次谐波电压向量；

Kt——自动跟踪调整系数向量；

kre——制动系数，取值可参考各厂家技术说明书。

三次谐波电压定子接地保护一般动作于信号。

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未完待续