发电机保护第1讲

相关技术术语
B、频率：指1分钟内电压完成周期个数。决定于同步电机的转 速n 和极对数p，频率f=np/60(赫)。 C、备用发电机和主用发电机：备用发电机是只有在紧急停机 的情况下，才启动发电机组供电，而大部分时间由其他电源对 负载供电的机组；主用发电机则是持续给负载进行供电的机组。 一般我们的发电机组都是做备用电源。 D、连续功率、主用功率和备用功率：一台发电机组能够在24 小时之内连续使用的最大功率我们称之为连续功率；而在某一 时段内（10个小时）内连续运行的功率成为主用功率；而在主 用功率运行中有1个小时可在此基础上超载10%，此时的机组功 率就是我们平时所说的最大功率，即备用功率。
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葛洲坝能源重工有限公司
发电机俗称电球，工作原 理是将发电机转子轴与柴 油机轴连接，然后由柴油 机带动转子转动，切割磁 力线，输出电力。
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控制系统
控制系统用于协调发动机 和发电机的工作，显示发 动机和发电机状态参数， 如:转速、柴油机油压、 发电机电压、电流、冷却 水箱水温、电瓶电压等。 如果有异常可以警告和进 行保护。
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依维柯（IVECO）公司是意大利 菲亚特集团（FIAT）的主要成员， 主要从事汽车及柴油发动机的研究 和生产，同时生产工程机械、内燃 机车、矿山、冶金及发电设备。依 维柯·爱福为依维柯公司专为客户 生产特种柴油机的公司，位于意大 利米兰市，其生产的柴油发电机组 装机容量从17KW到616KW，全符合 ISO8528标准，依维柯·爱福公司具 有ISO9001产品质量认证，是世界上 最主要的柴油发电机组制造厂家之 一。
柴油发动机
柴油发动机俗称引擎、机 头或油机，是用柴油作燃 料的内燃机。柴油机属于 压缩点火式发动机，它又 常以主要发明者狄塞尔的 名字被称为狄塞尔引擎。 原理是将柴油雾化与空气 按比例混合，压缩自然， 膨胀推动活塞运动，是一 种将柴油化学能转化为动 能的机器。

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（一）发电机的失磁运行及其影响
对发电机的危害：
（1）转子绕组出现差频电流，引起绕组发热 （2）异步运行后，发电机的等效电抗降低，从系统中吸收的 无功增加，使定子绕组过热 （3）对大型直接冷却式汽轮发电机，其转矩和有功将发生剧 烈摆动。这种影响对水轮发电机更为严重，直接威胁机组安全 （4）定子端部漏磁增强，使端部的部件和端部铁芯过热
（一）发电机定子绕组单相接地的特点
TA0
Ik0
U 0
I0G C0G
I0l
C0l
发电机定子绕组单相接地时的零序等效网络
3I0G j3 E A C0G 3I0l j3 E A C0l 3Ik0 j3 E A (C0G C0l ) j3C0 E A
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三、发电机定子绕组单相接地保护
I2* a b
t1 3 ~ 5s t2 5 ~ 10s
跳闸 信号
0.5 0.1
04
c d
10
400
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e t (s)
四、发电机的负序电流保护
（三）负序反时限过电流保护 I 2*
保护动作特性
A
t
I
2 2*
t
或 I22*t A t
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四、发电机的负序电流保护
（三）负序反时限过电流保护
Q
1、保护原理：逆功率保护反
动
应
作 区 Pset
P
发电机从系统吸收有功功率
P Pset
的大小；
P的正方向指向系统母线；
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（二）、低频累加保护
低频运行
气轮机叶片疲劳损伤
使叶片断裂造成故障
保护原理：保护通过4个定值f1,f2,f3,f4将频率范围分 为4个频率段，并且f1>f2>f3>f4。

三 发电机定子绕组 的单相接地保护
（一）、发电机定子绕组单相接地故障的分 ）、发电机定子绕组单相接地故障的分 析
1.定子绕组单相接地故障的零序电压 1.定子绕组单相接地故障的零序电压
1)当机端单相接地时 当机端单相接地时: 当机端单相接地时
& = 1 (U′ + U′ + U′ ) = 1 (U ′ + U ′ ) = −U & & & & & & U0 U V W V W U 3 3
转子绕阻绝缘破坏的故障形式及其危害
2 ．转子绕组两点接地
2． 1部分绕阻被短接，使励磁电流增大，转子绕阻因 过热而烧伤； 2．2故障点流过短路电流，烧伤转子本体； 2．3部分绕阻被短接，使气隙磁通失去平衡，引起机 体振动。 2．4对汽轮发电机，还可能使轴系和汽机磁化。
保护的构成原理
图 9—9 零序电压匝间短路保护 9 原理接线图
当发电机正常运行时： 1）当发电机正常运行时：
TV0 的第三绕组没有输出电压， 的第三绕组没有输出电压，
保护不动作。 即 3U0 = 0 ，保护不动作。 当发电机内部或外部发生单相接地故障时： 2）当发电机内部或外部发生单相接地故障时：
发电机纵差保护的原理
2. 标积制动式发电机纵差动保护原理
动作电流、制动电流及其动作判据： 动作电流、制动电流及其动作判据： 判据 动作电流： 动作电流： I op 制动电流： 制动电流：
& & = I1－ I 2
& & I res = S I 1 I 2 • cos θ
动作判据： 动作判据： I&1 − I&2
（三）、基波零序电压和三次谐波电压 ）、基波零序电压和三次谐波电压 构成的100％定子接地保护 构成的 ％

（4）定子绕组匝间短路发生的概率较少，但也需要配置保护。
7.2发电机定子绕组短路故障的保护
反应发电机定子绕组及其引出线的相间短路的保护--纵差动保护， 是发电机的主要保护。
Id I1 I2
传统纵差动保护整定方法
按照以下两个原则来整定：
(1) 在正常情况下，电流互感器二次回路断线时保护不应误动。
2)中性点经消弧线圈接地时: US3 7C f 2Cw UN3 9(C f 2Cw )
7.3.3 利用三次谐波电压构成的发电机定子绕组单相接地保 护
而在发电机内部定子接地时，按图7.13的等值电路推导，有：
结果曲线7.14所示。
US3 1 UN3
7.3.3 利用三次谐波电压构成的发电机定子绕组单相接地保 护
7.2.2 比率制动式差动保护
动作电流 Id I1 I2
制动电流
I res
I1 I2 2
动作方程：
当 Ires Ires.min
Id K (Ires Ires.min ) Id.min
当 Ires Ires.min , Id Id.min
动作区 制动区
Ires.min 拐点电流 Id.min 启动电流
7.1发电机的故障、不正常运行状态及其保护方式
交流同步发电机原理 发电机的故障类型主要有： (1)定子绕组相间短路。 (2)定子一相绕组内的匝间短路。 (3)定子绕组单相接地。 (4)转子绕组一点接地或两点接地。 (5)转子励磁回路励磁电流异常下降
或完全消失。
7.1发电机的故障、不正常运行状态及其保护方式
2、单元横差动保护的基本原理
如图7.6，其本质是把一半绕 组的三相电流之和去与另一 半绕组三相电流之和进行比 较。
这种接线方式没有由于互感