6、3 发电机的匝间短路保护

注册电气工程师发输变电专业知识-11(总分72,考试时间90分钟)一、单项选择题1. 总油量超过( )的屋内油浸电力变压器，宜装设在单独的防爆间内，并应设置消防设施。

A．100kg； B．200kg； C．300kg； D．500kg。

2. 由于耐张转角塔较直线塔消耗钢材多，工程中也可设计一种悬垂转角塔用于转角较小的情况，但对于330kV以下的线路，其转角度数不宜大于( )。

A．5°； B．7.5°； C．10°； D．12.5°。

3. 简易保护接线的变电所35kV侧，阀式避雷器与主变压器或电压互感器间的最大电气距离一般不宜超过( )。

A．5m； B．10m； C．15m； D．20m。

4. 断路器的额定峰值耐受电流是说明断路器( )。

A．开断短路电流的能力； B．承受短路电流热效应的能力；C．承受短路电流电动力作用的能力； D．关合短路不至于发生触头熔焊的能力。

5. 标准中一般采用标么值表示运行中出现于设备绝缘上的电压，那么相对地谐振过电压和操作过电压的标么值是( )。

6. 音响或灯光监视的控制回路，跳、合闸回路中，跳、合闸位置继电器的选择符合规定的是( )。

A．母线电压为1.1倍额定值时，通过跳、合闸绕组或合闸接触器绕组的电流应不大于’其最小动作电流及长期稳定电流，当母线电压为85%额定电压时，加于位置继电器的电压应不小于其额定电压的70%；B．在正常情况下，跳、合闸回路的继电器按断路器的合闸或跳闸线圈的额定电流选择，并保证动作的灵敏系数不小于1.5，当母线电压为85%额定电压时，加于继电器的电压不小于其额定电压的70%；C．在正常情况下，通过跳、合闸回路的电流应小于其最小动作电流及长期稳定电流，当母线电压为90%额定电压时，加于继电器的电压不小于80%；D．在正常情况下，通过跳、合闸回路的电流应与启动元件的动作电流配合，并保证动作的灵敏系数不小于1.5，当母线电压为80%额定电压时，加于继电器的电压不小于其额定电压的75%。

发电机保护原理发电机保护原理大型发电机的造价高昂，结构复杂，一旦发生故障遭到破坏，其检修难度大，检修时间长，要造成很大的经济损失。

例如，一台20万kW的汽轮发电机，因励磁回路两点接地使大轴和汽缸磁化，为退磁需停机1个月以上，姑且不论检修费用和对国民经济造成的间接损失，仅电能损失就近千万元。

大机组在电力系统中占有重要地位，特别是单机容量占系统容量较大比例的情况下，大机组的突然切除，会给电力系统造成较大的扰动。

因此，发电机的安全运行对电力系统的正常工作、用户的不间断供电、保证电能的质量等方面，都起着极其重要的作用。

1.发电机故障形式由于发电机是长期连续旋转的设备，它既要承受机身的振动，又要承受电流、电压的冲击，因而常常导致定子绕组和转子线圈的损坏。

因此，发电机在运行中，定子绕组和转子励磁回路都有可能产生危险的故障和不正常的运行情况。

一般说来，发电机的故障和不正常工作情况有以下几种：(1)定子绕组相间短路故障：定子绕组相间短路故障是对发电机危害最大的一种故障。

故障时，短路电流可能把发电机烧毁。

(2)定子绕组匝间短路：定子绕组匝间短路时，在匝间电压的作用下产生环流，可能使匝间短路发展为单相接地短路和相间短路。

(3)定子绕组接地故障：定子绕组的单相接地故障是发电机内较常见的一种故障，故障时，发电机电压系统的电容电流流过定子铁心，造成铁心烧伤，当此电流较大时将使铁心局部熔化。

(4)励磁回路接地故障：发电机励磁回路一点或两点接地时，一般说来，转子一点接地对发电机的危害并不严重，但一点接地后，如不及时处理，就有可能导致两点接地，而发生两点接地时，由于破坏了转子磁通的平衡，可能引起发电机的强烈振动，或将转子绕组烧损。

(5)定子绕组过负荷：超过发电机额定容量运行形成过负荷时，将引起发电机定子温度升高，加速绝缘老化，缩短发电机的寿命，长时间过负荷，可能导致发电机发生其他故障。

(6)定子绕组过电压：调速系统惯性较大的发电机，如水轮发电机或大容量的汽轮发电机，在突然甩负荷时，可能出现过电压，造成发电机绕组绝缘击穿。

发电机转子匝间短路故障分析及处理方法【摘要】转子绕组发生匝间短路，严重者将影响发电机的安全运行。

因此，必须通过试验找出短路点，并予以消除，使发电机恢复正常运行。

本文以我厂的#2发电机匝间短路故障为例，综合应用多种方法，分析和判定了绕组存在的匝间短路故障。

【关键词】发电机；转子；匝间短路；分析；处理一、发电机转子匝间短路的危害﹑原因及分类当转子绕组发生匝间短路时，严重者将使转子电流增大﹑绕组温度升高﹑限制发电机的无功功率；有时还会引起机组的震动值增加，甚至被迫停机。

因此当发生上述现象时，必须通过试验找出匝间的短路点，并予以消除，使发电机恢复正常运行。

发电机转子绕组产生匝间短路故障的原因很多，归纳起来大致有：1.结构设计不合理。

如匝间采用衬垫绝缘时，端部铜线侧面裸露，当运行中积灰和着落油垢后，会造成匝间短路。

2.制造工艺不良，如在转子绕组下线、整形等工艺过程中，损伤了匝间绝缘；或绝缘材料中存在有金属性硬粒，刺穿了匝间绝缘造成匝间短路。

（如铜线有硬块，毛刺都会损伤匝间绝缘。

）3.运行中在电、热和机械等综合应力作用下，绕组产生残余变形﹑位移，致使匝间绝缘断裂﹑磨损﹑脱落或由于赃污等，造成匝间短路。

4.运行年久，绝缘老化，也会造成匝间短路。

转子绕组的匝间短路，按其短路的稳定性，可分为稳定和不稳定两种。

所谓稳定的匝间短路是指这种短路与转子的转速和温度等均无关。

而不稳定的匝间短路，则与转子的转速和温度等有关，也即在高转速、低转速、高温或低温时才发生短路，或者在转速和温度同时作用下，才能出现短路。

二、匝间短路故障的最初发现在1997年，我厂#2发电机大修时，按规程规定，进行了转子规定项目的试验。

1.现行试验标准和规程规定，发电机在交接或大修时都应对转子绕组的直流电阻进进行测量。

用双桥法测得转子直流电阻Rdc= 0.3408Ω(注：已换算到20°C,以后的数值无特殊说明，均为已换算后的)，和历史数据相比，降低了0.23% 。

定子绕组匝间短路一、定子绕组匝间短路概述定子绕组匝间短路是发电机运行中常见的一种故障，它是指定子绕组中同一相的不同匝间出现的绝缘损坏现象。

当发电机正常运行时，励磁电流在每个磁极的绕组中产生磁场，而匝间短路则会导致部分磁极的磁场减弱或不产生磁场，从而使发电机的效率降低，严重时甚至可能导致设备损坏或机组停运。

二、定子绕组匝间短路的危害1.发电机的效率降低：匝间短路会导致励磁电流的不均匀分布，使得部分磁极的磁场减弱，从而降低发电机的效率。

2.设备损坏：匝间短路可能导致短路处的绕组过热，甚至引发火灾，对设备造成严重损坏。

3.机组停运：在严重情况下，匝间短路可能导致机组停运，给企业带来巨大的经济损失。

三、定子绕组匝间短路的产生原因1.制造工艺问题：在发电机制造过程中，由于绝缘材料质量不合格、线圈绕制不规范等原因，导致绕组匝间绝缘损坏。

2.运行环境影响：发电机在运行过程中，由于受到高温、高湿、振动等环境因素的影响，导致绕组匝间绝缘老化、破损。

3.维护不当：发电机的日常维护和保养工作不到位，例如没有定期检查绝缘情况，发现问题后没有及时处理等，也会导致匝间短路的发生。

四、定子绕组匝间短路的预防措施1.加强制造工艺控制：在发电机制造过程中，应加强工艺控制，确保绝缘材料质量合格，线圈绕制规范，严格遵守制造标准。

同时应加强质量检验和试验，确保每道工序的质量符合要求。

2.提高运行环境质量：保持发电机运行环境的干燥、清洁和通风良好，避免高温、高湿、振动等不利因素的影响。

对于高温和高湿环境的发电机组，应采取相应的冷却和除湿措施，以确保绕组匝间绝缘处于良好的状态。

同时应注意减少机组的振动和冲击，避免机械损伤导致匝间短路。

3.加强日常维护保养：定期对发电机进行检查和维护，特别关注定子绕组的绝缘情况。

发现绝缘老化、破损等问题时应及时进行处理，防止匝间短路的发生。

同时应定期进行预防性试验，如绝缘电阻测量、耐压试验等，以便及时发现潜在的匝间短路故障。

3.2匝间保护3.2.1单元件横差定子绕组内部短路保护3.2.1.1概述1991年～1994年100MW 以上发电机225次本体故障中定子匝间短路3次，定子绕组开焊故障1次。

发电机定子绕组匝间短路保护共动作28次，正确动作仅11次，正确动作率只有39.29％，误动原因有保护装置原理上存在缺陷，加上运行维护管理不善，急需改进研制和整定调试工作。

3.2.1.2保护原理对于定子绕组为双Y 接线且中性点具有四个或六个引出线的发电机，保护装置反应发电机两中性点连线上的电流，从而反应发电机的内部匝间、内部相间短路和分支开焊故障。

保护判据为：dz o I I > （3-2-1）式中：o I —中性点连线零序电流的基波分量。

保护采用零点全周富氏算法，采用高性能零点滤波器有效滤除三次谐波电流。

即使系统频率偏移，该算法也有很好的滤除三次谐波的能力。

分析表明，该零点滤波器再叠加全周富氏算法使三次谐波的滤波比可达到100倍左右。

电流取自两中性点连线间的零序TA 。

其它【NARI RCS-985发电机变压器成套保护装置技术说明书－2001】装设在发电机两个中性点连线上的横差保护，用作发电机定子绕组的匝间短路、分支开焊故障以及相间短路的主保护由于保护采用了频率跟踪、数字滤波及全周傅氏算法，使得横差保护对三次谐波的滤过比在频率跟踪范围内达到100以上，保护只反应基波分量装置采用相电流比率制动的横差保护原理，其动作方程为：hczd d I I > 时ezd MAX I I ≤hczd ezdezd MAX hczd d I I I I K I *)1(-+> 时ezd MAX I I > 式中，hczd I 为横差电流定值，MAX I 为机端或中性点三相电流中最大相电流，ezd I 为发电机额定电流，hczd K 为制动系数相电流比率制动横差保护能保证外部故障时不误动，内部故障时灵敏动作，由于采用了相电流比率制动，横差电流定值只需按躲过正常运行时的不平衡电流整定，比传统的单元件横差保护定值大为减小，因而提高了发电机内部匝间短路时的灵敏度对于其它正常运行情况下横差不平衡电流的增大，横差电流保护动作值具有浮动门槛的功能（相电流比率制动的功能：（1）外部故障时故障电流相增加很大，而横差电流增加较少，因此能可靠制动；（2）定子绕组轻微匝间故障时，横差电流增加较大，而相电流变化不大，有很高的动作灵敏度；（3）定子绕组严重匝间故障时，横差电流保护高定值段可靠动作；（4）定子绕组相间故障时横差电流增加也较大，仅以小比率相电流增量作制动，保证横差保护可靠动作；（5）对于其它正常运行情况下横差不平衡电流的增大，横差电流保护动作值具有浮动门槛的功能）高灵敏横差保护动作于跳闸出口。

职称评审-建筑电气-专业知识真题及答案六[单选题]1.A.1.1，1.15B.1.25，1.5C.1.4，1.45D.1.45，1.6正确答案：C[单选题]2.在负序网络中，负序阻抗与正序阻抗不相同的是（）。

A.变压器B.发电机C.电抗器D.架空线路正确答案：B[单选题]3.高压厂用电系统的短路电流计算中，当主保护装置动作时间与断路器固有分闸时间之和大于（）时，可不考虑短路电流非周期分量对断路器开断能力的影响。

A.0.15sB.0.11sC.0.1sD.0.2s正确答案：A[单选题]4.110kV及以上高压配电装置，当采用硬导体时，宜选用（）导体。

A.矩形B.铝合金管形C.槽形D.空气绝缘母线正确答案：B[单选题]5.在有效接地系统及低电阻接地系统中，电气设备接地线的截面，应按接地短路电流进行热稳定校验。

在一般工程中多采用钢作接地线。

钢接地线的短时温度不应超过（）。

A.300℃B.350℃C.400℃D.450℃正确答案：C[单选题]6.范围Ⅱ系统的工频过电压水平在线路断路器的变电所侧一般不宜超过（），在线路断路器的线路侧一般不宜超过（）。

A.1.3p.u.、1.4p.u.B.1.2p.u.、1.4p.u.C.1.3p.u.、1.2p.u.D.1.2p.u.、1.3p.u.正确答案：A[单选题]7.管形导体在无冰无风正常状态下的挠度，一般不大于（）D（D为导体直径）。

A.0～0.5B.1～1.5C.0.5～1D.1.5～2.0正确答案：C[单选题]8.220kV接地后备保护，当接地电阻不大于（）Ω时，保护应能可靠动作，有选择地切除故障。

A.50B.100C.150D.200正确答案：B[单选题]9.简易保护接线的变电所35kV侧，阀式避雷器与主变压器或电压互感器间的最大电气距离一般不宜超过（）。

A.5mB.10mC.15mD.20m正确答案：B[单选题]10.超高压输电线路的短路大部分为（）。

A.单相短路B.相间短路C.三相短路D.两相接地短路正确答案：A[单选题]11.A.B.C.D.正确答案：A参考解析：[单选题]12.具有架空进线的35kV及以上的敞开式高压配电装置中，如架空进线采用双回路杆塔，有同时遭到雷击的可能，确定阀式避雷器与变压器最大电气距离时，应按（）考虑。