不正常的发电机
1.发电机的故障类型
发电机是电力系统中最重要的设备，它的安全运行对电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用。发电机在运行中可能发生故障和出现不正常工作状态，特别是现代的大中型发电机的单机容量大，对系统影响大，损坏后的修复工作复杂且工期长，所以对继电保护提出了更高的要求。
发电机的故障类型主要有：
（1）定子绕组相间短路。定子绕组相间短路时会产生很大的短路电流，它使绕组过热，故障点的电弧将破坏绕组的绝缘，烧坏铁芯和绕组。定子绕组的相间短路对发电机的危害最大。
（2）定子绕组匝间短路。定子绕组匝间短路时，短路部分的绕组内将产生环流，从而引起局部温度升高，绝缘被破坏，并可能转变为单相接地或相间短路。
（3）定子绕组单相接地短路。定子绕组单相接地短路时，发电机电压网络的电容电流将流过故障点，此电流会使铁芯局部熔化，给检修工作带来很大的困难。
（4）励磁回路一点或两点接地短路。励磁回路一点接地短路时，由于没有构成接地电流通路，故对发电机无直接危害。如果再发生另一点接地短路，就会造成励磁回路两点接地短路，可能烧坏励磁绕组和铁芯。此外，转子磁通的对称性被破坏，将引起发电机组强烈振动。
2.发电机的不正常工作状态
（1）定子绕组过电流。外部短路非周期合闸及系统振荡等原因引起的定子绕组过电流，将使定子绕组温度升高，可能发展成内部故障。
（2）三相对称过负荷。负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷会使定子绕组过热。
（3）转子表层过热。电力系统中发生不对称短路或发电机三相负荷不对称时，将有负序电流流过定子绕组，在发电机中产生相对转子两倍同步转速的旋转磁场，从而在转子中感应出倍频电流，可能造成转子局部灼伤，严重时会使护环受热松脱。
（4）定子绕组过电压。调速系统惯性较大的发电机，因突然用负荷，转速急剧上升，使发电机电压迅速升高，将造成定子绕组绝缘被击穿。
（5）发电机的逆功率。当汽轮机主汽门突然关闭而发电机出口断路器还没有断开时，发电机将变为电动机的运行方式，从系统中吸收功率，使发电机逆功率运行，使汽轮机受到损伤。
此外，发电机的不正常工作状态还有励磁绕组过负荷及发电机失步等。
3.发电机保护
发电机保护
针对发电机在运行中出现的故障和不正常工作状态，根据《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB/T 14285—2006）的规定，发电机应装设以下继电保护：
（1）纵联差动保护。对于1 MW 以上发电机的定子绕组及其引出线的相间短路，应装设纵联差动保护。(www.xing528.com)
（2）横联差动保护。对于定子绕组为星形接线、每相有并联分支且中性点侧有分支引出端的发电机，应装设横联差动保护。
（3）定子绕组单相接地保护。定子绕组单相接地时，若接地电流超过规定值，应装设消弧线圈，将接地电流补偿到允许值后再装设接地保护。
对于发电机变压器组，容量在100 MW 以下的发电机应装设保护区不小于定子绕组90%的定子绕组接地保护；容量为100 MW 及以上的发电机应装设保护区为100%的定子绕组接地保护，保护带时限，动作于发出信号，必要时也可动作于停机。
（4）励磁回路一点或两点接地保护。对于发电机励磁回路的接地故障，水轮发电机一般只装设励磁回路一点接地保护，小容量发电机组可采用定期检测装置。100 MW 以下的汽轮发电机，对励磁回路的一点接地，一般采用定期检测装置，对两点接地故障应装设两点接地保护。转子水内冷发电机和100 MW 及以上的汽轮发电机，应装设一点接地保护，并在检测出一点接地后，投入两点接地保护。
（5）失磁保护。对于不允许失磁运行的发电机，或失磁对电力系统有重大影响的发电机，应装设专用的失磁保护。
（6）对于发电机外部短路引起的过电流的保护方式有：
① 过电流保护。用于1MW 及以下的小型发电机；
② 复合电压起动的过电流保护。一般用于1MW 以上的发电机。
③ 负序过电流及单相低电压起动的过电流保护。一般用于50 MW 及以上的发电机。
④ 低阻抗保护。当电流保护灵敏度不足时，可采用低阻抗保护。
（7）过负荷保护。定子绕组非直接冷却的发电机，应装设定时限过负荷保护。对于大型发电机，过负荷保护一般由定时限和反时限两部分组成。
（8）转子表层过负荷保护。对于由不对称过负荷、非全相运行或外部不对称短路引起的负序过电流，一般在50 MW 及以上的发电机上装设定时限负序过负荷保护。10 MW 及以上的发电机，应装设由定时限和反时限两部分组成的转子表层过负荷保护。
（9）过电压保护。水轮发电机或100 MW 及以上的汽轮发电机，应装设过电压保护。
（10）逆功率保护。对于汽轮发电机主气门突然关闭而出现的发电机变电动机的运行方式，为防止汽轮机遭到损坏，大容量的发电机组应考虑装设逆功率保护。
（11）励磁绕组过负荷保护。在100 MW 及以上并采用半导体励磁系统的发电机，应装设励磁绕组过负荷保护。
（12）其他保护。当电力系统振荡影响发电机的安全运行时，300 MW及以上的发电机，应装设失步保护；300 MW 及以上的发电机，应装设过励磁保护；当汽轮机低频运行造成机械振动、叶片损伤且其对汽轮机危害极大时，应装设低频保护。为了快速消除发电机内部的故障，则在保护动作于发电机断路器跳闸的同时，必须动作于灭磁开关，断开发电机励磁回路，以使定子绕组中不再感应出电动势而继续供给短路电流。
4.发电机保护的工作流程
发电机保护的工作流程如图5−2−1所示。当发电机发生外部故障时，首先起动相间后备保护动作于跳闸；若发电机发生内部定子绕组相间短路，纵联差动保护瞬时动作于跳闸，若定子绕组匝间短路，则由匝间短路保护动作于跳闸，非匝间短路的故障由零序保护动作于发出信号。当发电机定子出现接地故障时，由零序保护动作于信号或跳闸；若发电机转子绕组发生一点接地，由转子一点接地保护动作于信号；当转子发生两点接地时，则由转子两点接地保护动作于跳闸；若发电机发生励磁电压消失故障，则由失磁保护动作于跳闸或发信号。
图5−2−1 发电机保护的工作流程
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