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7.3发电机匝间短路保护

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发电机匝间短路保护

发电机匝间短路保护

由于发电机差动保护不能保护定子绕组匝间短故障，在发生匝间短路后，若不能及时处理，则可能发展成为相间故障，造成发电机重大损坏，因此在大机组中都装设有发电机定子匝间短路保护，同时也可保护定子绕组断线故障。

定子绕组的保护的工作原理和构成：1、双星形接线的横查保护;2、定子绕组零序电压原理;3、负序功率方向闭锁转子二次谐波电流匝间短路保护;本厂1、2号发动机匝间短路是由负序过流保护动作完成的。

负序过流保护是发电机运行时发生不对称短路、发电机匝间短路引起发电机三相电势不平衡，而产生发电机定子负序电流过流，引起转子表面发热。

本厂1、2号发动机负粗电流不得大于8℅IN。

同步发电机的匝间短路保护山于纵差动保护不反应发电机定子绕组一相匝间短路，因此，发电机定子绕组一相匝间短路后，如不能及时处理故障，则可能发展成为相间故障，造成发电机的严重损坏。

因此，在发电机上(尤其是大型发电机)应装设定子匝间短路保护。

一、匝简短路的特点(1)发电机定子绕组一相匝间短路时，在短路电流中有正序、负序和零序分量且各序电流相等，同时短路初瞬也出现非周期分量。

(2)发电机不同相匝间短路时，必将出现环流的短路电流。

(3)发电机定子绕组的线圈匝间短路时，由于破坏了发电机A、B、C三相对中性点之间的电动势平衡，三相不平衡电动势中的零序分量反映到电压互感器时，开口三角形绕组的输出端就有3Uo，而一次回路中产生的零序电流则会在并联分支绕组两个中点之间的连线形成环流。

(4)由于一相匝间短路时，出现负序分量，它产生反向旋转磁场，因而在转子回路中感应出二倍频率的电流，转子中的电流反过来又在定子中感应出其他次谐波分量，这样，定子和转子反复互相影响，就在定子和转子回路中产生一系列谐波分量。

而且由于一相中一部分线圈被短接，就可能使得在不同极性下的电枢反应不对称，也将在转子回路中产生谐波分量。

(5)一相匝间短路时的负序功率的方向与发电机其他内部及外部不对称短路时的负序功率方向相反。

发电机转子匝间短路防范措施

发电机转子匝间短路防范措施

发电机转子匝间短路防范措施
发电机转子匝间短路是发电机运行中常见的故障之一，为了防
范这种故障，我们可以采取以下措施：
1. 定期检测，定期对发电机进行检测，包括转子匝间绝缘电阻
的测量，以及对匝间绝缘的外观检查。

这可以帮助及早发现潜在的
问题。

2. 温度监测，安装温度传感器来监测转子匝间的温度，一旦发
现温度异常，及时采取措施，如停机检修，以避免匝间短路。

3. 绝缘涂层保护，定期检查和维护转子匝间的绝缘涂层，确保
其完好无损。

如果发现有损坏或老化的情况，及时修复或更换。

4. 绝缘材料选择，在设计和制造发电机时，选择高质量的绝缘
材料，以提高转子匝间的绝缘能力。

5. 保护装置安装，安装匝间短路保护装置，一旦发生匝间短路，能够及时切断电路，保护发电机不受损坏。

6. 操作规程，制定严格的操作规程，包括发电机的启动、运行
和停机等各个环节，确保操作人员按照规程操作，减少匝间短路的
风险。

总的来说，预防发电机转子匝间短路的发生需要综合考虑设计、制造、安装、运行和维护等多个方面的因素，只有全面而严格地执
行相关措施，才能有效地降低匝间短路的风险，保障发电机的安全
运行。

发电机的匝间短路保护

发电机的匝间短路保护
出 分该支相 的电 电流 势的 不一 相半等，，流因过而中在性定点子连绕线组的中电出流现只环 是 流不，平 该衡 电电流流大，于故保保护护的不动动作作电。流，则保护动作， 跳开发电机断路器及灭磁开关。
保护动作值：
动作电流： I op (0.2 ~ 0.3)I GN
电流互感器变比：nTA 0.25IGN / 5
7.3 发电机的匝间短路保护
在容量较大的发电机中，每相绕组有两个并联 支路，每个支路的匝间或支路之间的短路称为 匝间短路故障。由于纵差保护不能反映同一相 的匝间短路，当出现同一相匝间短路后，如不 及时处理，有可能发展成相间故障，造成发电 机严重损坏，因此，在发电机上应该装设定子 绕组的匝间短路保护 。
1、横联差动保护
α α2
α1
信号
跳断路器 跳灭磁开关
切转换子片一为正点滤转常接保过子运地护器两行时装，点时，设接降投投了地11低~~故323保次位位障护置谐置做动,，保波好作保护准护不备带带。延延时时，。 电流，提高灵敏度。
α α2
α1
信号
跳断路器 跳灭磁开关
发正生常定运子行绕或组外匝部间短短路路时，，故每障一相分绕支组绕的组两供个
2）定子绕组单相接地时3次谐波电压的分布
α
（１－α）
αα
（１－α）
有 U N.3 E3 ,U s.3 (1 )E3
其比值为：
结论
U s.3 1
U N .3

50%,U s.3 U N.3 50%,U s.3 U N.3
零序电压随α变化特性：
（中性点）
1、反应基波零序电压的接地保护
每相对地电压为：
αEC
Uk0
αEB

发电机转子匝间短路的原因和危害

发电机转子匝间短路的原因和危害

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发电机匝间短路的横差动保护

发电机匝间短路的横差动保护

发电机匝间短路的横差动保护
在大容量发电机中，由于额定电流很大，其每相都是由两个或多个并联的绕组组成。

在正常运行的时候，各绕组中的电动势相等，流过相等的负荷电流。

而当任一绕组发生匝间短路时，绕组中的电动势就不再相等，因而会消失因电动势差而在各绕组间产生均衡电流。

利用这个环流，可以实现对发电机定子绕组匝间短路的爱护，即横差动爱护。

以一个每相具有两个并联分支绕组的发电机为例，发生不同性质的同相内部短路时横差动爱护的原理可用两个原理图来说明。

图1 一个绕组内部匝间短路的横差动爱护
在某一个绕组内部发生匝间短路，此时由于故障支路和非故障支路的电动势不相等，因此有一个环流Id产生，这时在差动回路中将流有电流Id。

当此电流大于继电器的起动电流时，爱护即可动作于跳闸。

短路匝数越多时，则环流越大；当a较小时，爱护就不能动作，即爱护有死区。

在同相的两个绕组间发生匝间短路，当a1≠a2时，由于两个支路的电动势差，将分别产生两个环流I'd和I''d，此时继电器中的电流为Id，当a1-a2之差值很小时，也将消失爱护死区。

当a1=a2时，表示在电动势等位点上短接，此时无环流。

图2 同相不同绕组匝间短路的横差动爱护。

第七章发电机保护讲解

第七章发电机保护讲解
继电保护教学
大容量发电机采用反映零序电压的匝间短路保护。 发电机正常运行时，机端不出现基波零序电压。 相间短路时，也不会出现零序电压。单相接地故 障时，接地故障相对地电压为零，而中性点电压 上升为相电压，但是三相对中性点电压仍然对称， 不出现零序电压。当发电机定子绕组发生匝间短 路时，机端三相电压对发电机中性点不对称，出 现零序电压。
继电保护教学
横联差动保护的动作电流一般根据运行经验取值
Iop 0.2 ~ 0.3IGN
发电机额定电流
横联差动保护的TA变比一般为 nTA 0.25IGN / 5
继电保护教学
横差保护灵敏度很高，但是在切除故障时有一定 的死区： 1、单相分支匝间短路的α较小（短接的匝数较少） 时； 2、同相两分支匝间短路，且α1=α2，或者两者差 别较小时。
继电保护教学
转子绕组的接地可分为瞬时接地、永久接地和断 续接地。还可分为一点接地和两点接地。一点接 地时不用停止运行。在永久两点接地时，磁场不 平衡，中线中有不平衡电流，横差保护动作（不 是误动作）。但是瞬时两点接地（下一时刻会恢 复为一点接地）时，保护会误动作。
继电保护教学
为了躲过瞬时两点接地故障，需增设0.5~1s的动 作延时。切换片XS有两个位置，正常时投到1~2， 保护不带延时。如发现转子绕组一点接地时，XS 切至1~3，使保护经过KT延时，为转子永久性两 点接地故障做好准备。
重影响
转子故障
继电保护教学
定子绕组相间短路 装设纵联差动保护
定子绕组匝间短路 装设横联差动保护
定子绕组单相接地 100%定子绕组单相 接地保护 转子绕组一点或两点 接一地点或两点接地保 转护子失磁 装设失磁保护
7.1.2 发电机的不正常工作状态及其保护

发电机转子匝间短路故障分析与诊断

发电机转子匝间短路故障分析与诊断发布时间：2021-06-25T02:55:40.638Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第6期作者：徐东东[导读] 发电机是电能生产的重要设备，它为整个电力系统提供电能，是整个电网的心脏，因此如果发电机发生故障，可能会导致局部停电甚至整个电网的崩溃，发电机转子作为发电机的重要组成部分，主要由励磁绕组线圈，线圈引线以及阻尼绕组等部分组成，发电机运行时，由于转子处于高速旋转状态，这些部件将受到很大的机械应力和热负荷，若超过其极限值时将导致部件的损坏。

淮南电力检修有限责任公司风台项目部安徽省淮南市 232100摘要：随着我国国民经济的迅速发展，电力工业正处于大电机和大电网的发展阶段。

人们的生活和生产水平迅速提高，使得电能需求量日益增长，进而对电力系统的供电质量、可靠性及经济性等指标的要求也不断提高。

关键词：发电机；转子；绕组1.1引言发电机是电能生产的重要设备，它为整个电力系统提供电能，是整个电网的心脏，因此如果发电机发生故障，可能会导致局部停电甚至整个电网的崩溃，发电机转子作为发电机的重要组成部分，主要由励磁绕组线圈，线圈引线以及阻尼绕组等部分组成，发电机运行时，由于转子处于高速旋转状态，这些部件将受到很大的机械应力和热负荷，若超过其极限值时将导致部件的损坏。

转子绕组是发电机经常出现故障的部位，除本体故障外，主要是转子绕组的短路故障如匝间短路，一点接地短路，两点接地短路等，发电机正常运行时，转子绕组对地之间会有一定的分布电容和绝缘电阻，绝缘电阻值通常大于1兆欧，但是因某种原因导致对地绝缘损坏或绝缘电阻严重下降时，就会发生转子绕组接地事故，当发电机转子发生一点接地故障时，因为励磁电源的泄露电阻很大，一般不会造成多大的伤害，限制了接地泄露电流的数值，但是当发电机转子发生两点接地故障时将会产生很大的电流，经故障点处流过的故障电流会烧坏转子本体，而部分转子绕组的短接，历次绕组中增加的电流可能会导致转子因过热而烧坏气隙磁通也会失去平衡，从而引起发电机的震动。

发电机横差保护..

α α α （１－α）
（１－α）
有
U N .3 E3 ,U s.3 (1 ) E3
其比值为：
结论
U s.3 1 U N .3
50%,U s.3 U N .3
50%,U s.3 U N .3
零序电压随α变化特性：
（中性点） （机端）
正常情况：机端3次谐波 小于中性点处 次谐波电压； 原理：利用机端 33 次谐波电压作为
于中性点只有3个引出端的发电机匝间短路保护。
3、反应转子回路2次谐波电流的匝间短路保护
原理：匝间短路在转子绕组出现2次谐波电 流 ，利用此特点构成保护。
负序电压 滤过器 负序电流 滤过器 2次谐波 滤过器 2次谐波电 流继电器
负序 功率 方向 继电 器
执 行 元 件
出口
负序电压 滤过器 负序电流 滤过器 2次谐波 滤过器 2次谐波电 流继电器
发电机额定电 压（KV) 6.3 10.5 13.8~15.75
18~20
发电机额定容 量（MW) 小于等于50 50~100 125~200
300
接地电流允许 值（A) 4 3 2
1
对大中型发电机定子绕组单相接地保护 的基本要求：
绕组有100%的 保护范围。
在绕组匝内发生经 过渡电阻接地故障时， 保护应有足够灵敏度。
1、反应基波零序电压的接地保护
每相对地电压为：
αEC Uk0 αEB
U ( 1 ) E AG A
E U E BG B A
αEA α
E U E CG C A
故障点零序电压：
1 U k 0 a (U AG U BG U CG ) E A 3

发电机定子匝间短路事故处理

发电机定子匝间短路事故处理1. 引言1.1 引言发电机定子匝间短路是发电机常见的故障之一，在发电机运行过程中可能会出现。

定子匝间短路事故处理至关重要，能够有效避免事故造成更大损失。

在本文中，我们将详细探讨处理方法、预防措施、责任分析、设备检测以及维护保养等方面的内容，为大家提供全面的指导和帮助。

定子匝间短路事故一旦发生，可能会导致发电机运行异常甚至停机，严重影响电力系统的正常运行。

正确有效地处理此类事故至关重要。

在接下来的我们将介绍不同的处理方法，包括常用的绝缘测量、绝缘恢复等技术手段，帮助读者迅速有效地应对定子匝间短路问题。

预防定子匝间短路事故也是至关重要的。

我们将详细讨论预防措施，包括定期检查、维护保养等工作，帮助读者及时发现潜在问题并加以解决。

在责任分析部分，我们将探讨事故发生时应如何追究责任，以及如何避免类似事故再次发生。

设备检测和维护保养也是不可忽视的环节，我们将介绍相关的技术和方法，帮助读者确保发电机的正常运行和安全性。

通过本文的全面介绍和分析，相信读者们能够更好地了解发电机定子匝间短路问题，并学会有效处理和预防此类事故，提高发电机的运行效率和安全性。

2. 正文2.1 处理方法发电机定子匝间短路是发电机工作过程中常见的故障之一，一旦发生这种故障，需要及时采取正确的处理方法来解决。

下面介绍几种常见的处理方法：1. 当发现发电机定子匝间短路故障时，必须立即停机，并切断电源，确保安全。

然后对发电机进行全面检查，找出故障点所在。

2. 接下来，根据故障具体情况，可以采取修复或更换短路匝的方法。

修复时，需要注意匝间绝缘的处理，确保绝缘性能符合要求。

3. 如果短路匝无法修复，就需要更换匝间。

在更换匝间时，要谨慎操作，确保匝间连接牢固，绝缘完好。

4. 处理完短路匝后，还需进行绝缘测试，确保匝间绝缘性能良好。

5. 在重新投入使用发电机之前，要对发电机进行试运行，确保发电机运行稳定，没有其他故障。

通过以上处理方法，可以有效解决发电机定子匝间短路故障，保障发电机的正常运行。

发电机的匝间短路保护


A
B
C DL—11/b 信号 至主断路器 至MK
TZJ KA KT KS KM
O2 O1
TA
IKL IKL
KA KA IKL IKL
IKL IKL O2 O1 IKL TA O1 同一支路内匝间短路时的电流分布 O2 TA
不同支路内匝间短路时的电流分布
A
B
C A B C
X KA KA O2 3IO O1 在发电机定子绕组相间短路时，横差动保护也会动作。但由于其死区较大，且 不能反映引出线上的相间短路，因此不能代替纵差动保护。
容量较大的发电机每相都有两个或两个以上的并联 支路。同一支路绕组匝间短路或同相不同支路的绕组 匝间短路，都称为定子绕组的反应，故对于发电机定于 绕组的匝间短路，必须装设专用保护. (1)横联差动保护 对于定子每相都由两个并联支路组成，且每一支路 在中性点侧均有引出端的发电机，可采用横差动保护.
大容量的发电机，由于其结构紧凑，无法引出所有分支， 大容量的发电机，由于其结构紧凑，无法引出所有分支，往往只在 中性点引出三个端子，无法装设横差保护。 中性点引出三个端子，无法装设横差保护。因此大型机组通常采用反 映零序电压的匝间短路保护。 映零序电压的匝间短路保护。 发电机正常运行时，机端不出现基波零序电压。相间短路时， 发电机正常运行时，机端不出现基波零序电压。相间短路时，也 不出现零序电压。单相接地故障时，接地故障相对地电压为零， 不出现零序电压。单相接地故障时，接地故障相对地电压为零，而中 性点对地电压上升为相电压，因此三相出线对中性点电压仍然对称， 性点对地电压上升为相电压，因此三相出线对中性点电压仍然对称， 不出现零序电压。若定子绕组匝间短路， 不出现零序电压。若定子绕组匝间短路，则三相对发电机中性点电压 的对称性被破坏，因而出现零序电压。 的对称性被破坏，因而出现零序电压。 如图所示为A相绕组发生匝间短路 相绕组发生匝间短路， 如图所示为 相绕组发生匝间短路，则故障相电动势将变为 ö A ’ =(1-α) ö A ’ ，未发生短路的两相电动势不变，三相电动势相量 未发生短路的两相电动势不变， 图见图所示。按照对称分量法， 图见图所示。按照对称分量法，可求得零序电动势为 3ö o’ =ö A ’ + ö B ’+ ö c =- ö A
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结论：故障点零序电压与α成正比，故障点离中性 点越远，零序电压越高。
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
在机端接地时： U E k 0 A
U 在中性点处接地时： k 0 0
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
保护构成：1）反映零序电压保护原理接线
缺点：保护在离中性点附近接地存在动作死区。
U 0.op
K rel
定子绕组匝间短路保护动作电压； 可靠系数，可取0.8；
U 0.min 匝间短路时最小的纵向零序电压。
根据运行经验，二次动作电压可取2.5~3V。
7.3
发电机匝间短路保护
7.3.3反应转子回路2次谐波电流的匝间短路保护 原理：匝间短路在转子绕组中产生2次谐波电流 ， 利用此特点构成保护。
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
提高保护灵敏度措施： 1）加装3次谐波滤过器。 2）高压侧中性点直接接地电网中,利用保护延时躲 过高压侧接地故障。 3）高压侧中性点非直接接地电网中，利用高压侧接 地出现的零序电压闭锁或者制动发电机接地保护。 注意：在中性点附近接地仍有5%的死区。
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
7.4.1反应基波零序电压的接地保护

处每相对地电压为：
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
U ( 1 ) E AG A
E U E BG B A
E U E CG C A
故障点零序电压：
1 U k 0 a (U AG U BG U CG ) E A 3
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
定子绕组单相接地的危害： 1）接地电流会产生电弧，烧伤铁芯，使定子绕 组铁芯叠片烧结在一起，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。
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
接地电流允许值：
7.3 发电机匝间
短路保护
7.3
发电机匝间短路保护
在容量较大的发电机中，每相绕组有两个 并联支路，每个支路的匝间或支路之间的短路 称为匝间短路故障。由于纵差保护不能反映同 一相的匝间短路，当出现同一相匝间短路后， 如不及时处理，有可能发展成相间故障，造成 发电机严重损坏，因此，在发电机上应该装设 定子绕组的匝间短路保护 。
机端3次谐波电压：
中性点3次谐波电压： U
N ..3
E3
CG 2C S 2(CG C S )
U s.3 CG 比值： U C 2C 1 N .3 G S
结论：正常运行时，机端3次谐波电压总是小于中 性点3次谐波电压。
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
2、定子绕组单相接地时3次谐波电压的分布
7.3
发电机匝间短路保护
正常运行、三相对称短路及系统振荡时，发电机 定子绕组三相电流对称，保护不会动作。 发电机不对称运行或不对称短路时：转子回路中将 出现2次谐波电流。为了避免保护的误动，采用负序 功率方向继电器闭锁的措施。
7.3
发电机匝间短路保护
原因：匝间短路时的负序功率方向与不对称运行 时或发生不对称短路时的负序功率方向相反。
发电机额定电压 （KV) 6.3 10.5 13.8~15.75 发电机额定容 量（MW) ≤50 50~100 125~200 接地电流允许 值（A) 4 3 2
18~20
300
1
当发电机接地故障电流大于允许值时，应装设 有选择性接地保护。
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
对大中型发电机定子绕组单相接地保护的基本要 求： 1）绕组有100%的保护范围。 2）当发生经过渡电阻接地故障时，保护应有足够灵 敏度。
7.3
发电机匝间短路保护
正常运行或外部短路时，每一分支绕组供出 该相电流的一半，流过中性点连线的电流只是不 平衡电流，故保护不动作。
7.3
发电机匝间短路保护
动作电流: I op (0.2 ~ 0.3)I GN
nTA 0.25I GN / 5 电流互感器变比：
缺点:1)单相分支匝间短路的短接的匝数较少时， 存在动作死区。 2) 同相两分支间匝间短路，当短路点位置差 别较小时，也存在死区。
7.3
发电机匝间短路保护
7.3.2
反映零序电压的匝间短路保护
大容量发电机其结构紧凑，无法装设横差保护。 发电机中性点一般不直接接地，正常运行发电 机三相机端与中性点之间的电动势是平衡；当发 生定子绕组匝间短路时，部分绕组被短接，机端 三相电动势不平衡，出现纵向零序电压。 因定子绕组匝间短路会出现纵向零序电压，正 常运行或定子绕组出现其他故障纵向零序电压几 乎为零，因此，通过反应发电机三相对中性点的 纵向零序电压可以构成匝间短路保护。
有
U N .3 E3 ,U s.3 (1 ) E3
U s.3 1 其比值为： U N .3
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
结论：
50%,U s.3 U N .3 50%,U s.3 U N .3
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
零序电压随α变化特性：
7.4.2 反应基波零序电压和3次谐波电压构成的发电 机定子100%接地保护 在发电机相电势中，除基波之外，还含有一 定分量的谐波，其中主要是3次谐波，3次谐波值 一般不超过基波10%。 1、正常运行时定子绕组中3次谐波电压分布
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
U s 3 E3 CG 2(CG C S )
7.3
发电机匝间短路保护
发电机内部或外部单相接地故障时，机端三相 对地之间会出现零序电压。但与匝间短路情况是不 一样。为检测发电机的匝间短路，必须测量纵向零 序电压，为此应装设专用电压互感器。电压互感器 的一次侧星形中性点直接与发电机中性点相连接。 专用电压互感器的开口三角侧的电压仅反应纵 向零序电压，而不反应机端对地的零序电压。
7.4
发电机定子绕组单相接地保护
总结：1）正常情况机端3次谐波小于中性点处3次 谐波电压；
2）当离中性点处不足50%的范围内接地，机端3次 谐波电压大于中性点处3次谐波电压 。
3）原理：利用机端3次谐波电压作为动作量，利用
中性点处3次谐波电压作为制动量，构成接地保， 越靠近中性点保护越灵敏。可与其它保护一起构成 发电机定子100%接地保护。
7.3
发电机匝间短路保护
特点：发电机定子绕组匝间短路时，机端会出现负 序电压、负序电流及负序功率，且负序功率的方向 是从发电机内部流向系统。 外部不对称故障，负序功率与匝间短路方向相反。 外部不对称故障负序功率方向动作，闭锁保护。
7.3
发电机匝间短路保护
零序动作电压：U0.op KrelU0.min
7.3
发电机匝间短路保护
7.3.1 横联差动保护
保护装设了3次谐波滤过器，降低保护动作 电流，提高灵敏度。
7.3
发电机匝间短路保护
切换片正常运行时投1-2位置,保护不带延时。 转子一点接地时，投1-3位置，保护带延时，为 转子两点接地故障做好准备。
7.3
发电机匝间短路保护
定子绕组匝间短路时，故障相绕组的两个分支 的电势不相等，因而在定子绕组中出现环流，该 电流大于保护的动作电流，则保护动作。