发电机横差保护原理
发电机横差保护原理
发电机横差保护原理
发电机横差保护是一种用于保护发电机的安全运行的控制保护装置。
它主要监测发电机绕组之间的电流是否平衡，当发现出现不平衡情况时，会及时采取保护措施。
发电机通常由三个绕组组成，分别为A相、B相和C相。
在
正常运行情况下，这三个绕组的电流应当保持平衡，即电流大小相等，相位角相同。
然而，由于某些原因，例如绕组故障、负载不平衡、对地短路等，会导致发电机的电流失去平衡，出现横差。
发电机横差保护的原理是通过监测发电机的A相、B相和C
相电流的大小和相位差来判断是否发生了横差。
一般来说，监测系统会设置一个横差阀值，当电流的不平衡程度超过该阀值时，就会触发保护操作。
当发电机的电流失去平衡时，发电机横差保护会迅速切断电源，并发送信号给控制系统，以防止进一步的损坏。
同时，保护器还会通过显示屏或报警灯等方式向操作人员发出警告，以便及时处理故障。
发电机的横差保护是保证其安全稳定运行的重要保护装置。
它可以有效地监测和保护发电机，防止横差故障对发电机造成损坏，同时也能提醒操作人员及时采取措施，保证发电系统的可靠运行。
发电机横差保护课件
横差保护具有较高的灵敏度和选择性， 能够快速准确地检测匝间短路故障。 但需要注意的是，横差保护对于发电 机外部故障和定子绕组开路故障可能 存在误动作的风险。
02
发电机横差保护系统构成
电流互感器
电流互感器是发电机横差 保护系统中的重要组成部 分，用于将发电机定子绕 组中的电流转换为可测量 的电压信号。
案例二
故障现象
故障分析
某水电站发电机在发生匝间短路故障时， 横差保护装置未能正确动作，导致故障扩 大，严重影响了机组的正常运行。
经过检查，发现横差保护装置的软件算法 存在缺陷，导致装置无法准确判断匝间短 路故障的发生，从而引发了保护拒动。
故障处理
防范措施
对横差保护装置的软件算法进行升级和完 善，同时对整个发电机组进行全面的检查 和测试，确保机组正常运行。
横差保护应配置得当，以 防止发电机在正常运行时
误动作。
灵敏度要求
横差保护应具有足够的灵 敏度，以便在发电机内部
故障时快速动作。
选择性要求
横差保护应具有选择性， 仅在发电机内部故障时动 作，而与其他保护装置协
同工作，避免误动作。
整定计算
差电流整定
根据发电机正常运行时的最大不平衡电流 进行整定。
动作时间整定
注意运行中的监视
在发电机运行过程中，应密切监视横 差保护的运行状态，发现异常及时处 理。
04
发电机横差保护故障诊断与处理
常见故障分析
发电机匝间短路
匝间短路会导致发电机内部电流分布不均， 进而影响横差保护的正常工作。
电流互感器故障
电流互感器故障可能导致测量到的电流值 失真，影响横差保护的判断。
二次回路故障
工作原理
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。
继电保护原理第 7 章 发电机继电保护讲解
短路环中的电流与短路匝数的关系曲线如图：
二、横差保护原理 正常： 匝间接地：
I1 I 2
.
I j ( I1 I 2 ) / nl 0
. . . " d " Id
.
.
.
I J ( I1 I 2 2 I ) / nl
nl
I dz
动作 保护不动
死区：（1） 同一分支：
" 0, I d 0.
" （2） 同相两分支间： 1 2, I d 0. 保护不动
三、单元件式横差保护 原理：保护用电流互感器装设于发电机两组星形中性点的连 线上。 它实质是将一组三相分支电流之和与另一组三相分支电流之 和进行比较。
保护装置的原理接线及其它有关问题
1、三次谐波滤过器：其作用是滤除三次谐波，即使三次谐波也 不会流到电流继电器线圈中。 2、励磁回路有两点接地时保护的动作行为：在一般。
7.4.2 负序定时限过电流保护
一、保护由两段式构成 ' I段 I2 act 0.5I e. f 经t1（3-5s）延时动作于跳闸 II段 I 2.dz 0.1I e. f 经t2（5-10s）延时动作于信号
二、保护动作行为分析
1、在ab段内，t1大于允许时间，对发电机不安全 2、在bc段内，t1小于允许时间，未充分利用发电机的承受负 序电流的能力； 3、在cd段内，发信号；而靠近C点时，由于运行人员处理的 时间已大于允许时间，对发电机安全来讲不利； 4、在de段内，保护根本不反应。
三、特点 简单可靠、可加装三次谐波滤过 器以提高灵敏度，适用于发电机变压器组。
7.4 发电机的负序过电流保护 7.4.1 负序过电流保护的作用 一、负序过电流的危害 在转子绕组、阻尼绕组以及转子铁芯等部件上感应100Hz的倍 频电流，该电流使得转子上电流密度很大的某些部位可能出 现局部的灼伤，甚至可能使互环受热松脱。 所产生的100Hz交变电磁转矩，将同时作用在转子大轴和定子 机座上，引起100Hz的振动。
发电机横差保护原理
发电机横差保护原理发电机横差保护是发电厂电气保护系统中的重要组成部分，它主要用于保护发电机在运行过程中遭遇横差故障时，及时有效地切除故障，保护设备和系统的安全稳定运行。
下面将介绍发电机横差保护的原理及其作用。
发电机横差保护原理。
发电机横差保护是通过监测发电机的转子电流和定子电流之间的相位差，以及发电机的电压和电流之间的相位差来实现的。
当发电机出现横差故障时，转子电流和定子电流之间的相位差会发生变化，或者发电机的电压和电流之间的相位差会发生异常变化。
发电机横差保护系统会监测这些参数的变化，一旦超出设定的范围，就会发出保护动作信号，切断发电机与系统的连接，以防止故障扩大，保护设备和系统的安全运行。
发电机横差保护的作用。
发电机横差保护的主要作用是保护发电机和系统的安全稳定运行。
当发电机出现横差故障时，如果没有及时有效地切除故障，可能会导致发电机受损甚至损坏，严重时还会影响到系统的稳定运行，甚至引发事故。
因此，发电机横差保护的作用非常重要，它能够及时发现并切除横差故障，保护发电机和系统的安全运行。
发电机横差保护的特点。
发电机横差保护具有以下几个特点，一是灵敏可靠，能够及时发现发电机的横差故障，保护设备和系统的安全运行；二是动作速度快，一旦发现故障就能够立即切断发电机与系统的连接，防止故障扩大；三是自动化程度高，能够实现全自动监测和保护，减轻操作人员的负担，提高系统的可靠性和稳定性。
总结。
发电机横差保护是保护发电机和系统安全稳定运行的重要手段，它通过监测发电机的转子电流和定子电流之间的相位差，以及发电机的电压和电流之间的相位差来实现对发电机横差故障的保护。
发电机横差保护具有灵敏可靠、动作速度快、自动化程度高等特点，能够有效地保护设备和系统的安全运行。
因此，在发电厂的电气保护系统中，发电机横差保护是必不可少的一部分，对于保障发电机和系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。
横差保护与纵差保护的区别
以发电机为例：横差保护是反映发电机定子绕组的一相匝间短路和同一相两关联分支间的匝间短路的保护;纵差保护是指反映发电机定子相间及引线的短路的保护;
区别：在定子引出线或中性点附近相间短路时,两中性点连线中的电流较小,横差保护不能动作,出现死区,而纵差保护就能取代;
纵差保护反应的是相间故障;接地或不接地的相间短路,通常称为横向故障,那么纵差保护的纵应该指的是CT电流互感器的串联;
横差保护反应的是匝间故障;定子绕组的匝间短路或分支开焊,称为纵向故障,那么横差保护的横应该指的是CT电流互感器的并联;
WCK-7000J系列微机保护测控一体化装置以下简称WCK-7000J系列是采用高性能的32位单片机结合大容量Flash存储器构成的低压保护测控一体化装置;采用分布式结构设计,模块化、标准化程度高,便于批量生产和现场维护;背插式结构使强弱电完全分开,装置抗干扰能力强,安全、可靠,可安装在环境比较恶劣的开关柜、PT柜等处; WCK-7000J系列开发起点高,借鉴并集中了电力系统中广泛应用的保护装置以及监控系统的优点和成熟技术,使得WCK-7000J系列整体可靠性高、测量准确、通讯快速可靠、保护功能可靠完善;该系列型号分类：WCK-7011J/7012J馈线/线路保护测控装置、WCK－7021J/7022J/7023J电容器保护测控装置、WCK-7031J站用变/接地变保护测控装置、WCK-7041J电动机保护测控装置;
铝母线的电阻率比铜稍大,导电性能次于铜,机械强度比铜小,易腐蚀氧化,但价格便宜,质轻;铜母线导电性能好,电阻率小,机械强度大,防腐性能好,但价格较贵;。
发电机横差保护..
（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
发电机保护类型及原理介绍
3．保护的整定原则 动作电流
Iop (0.2 ~ 0.3)Ig.n
需增设 0.5～1 秒的延时， 以躲过转子回路的瞬时两点接地故障。
(二) 纵向零序电压原理的匝间短路保护
适用于中性点侧没有6个或4个引出端子的 发电机定子匝间短路。
该保护利用发电机定子绕组发生匝间短路 时，机端三相对发电机中性点出现的零序电压 而构成。
对发电机并未造成直接危害。
1．1正常时 正极对地电压
U
E R2 E R2R2 2
负极对地电压
U
E 2
加在绝缘介质上的电压为励磁电压的一半。
1．2一点接地时
设：正极接地， U ，0 U E
则：另一端对地电压上升为Ｅ，如某点绝缘比较薄弱，则有可 能被击穿，造成两点接地故障。
转子绕阻绝缘破坏的故障形式及其危害
一、发电机相间短路的纵联差动保护
作用: 反映发电机定子绕组及其引出线相间短路 故障的主保护 发电机纵差保护的接线方式 完全纵差动保护 不完全纵差动保护
发电机完全纵差保护和不完全纵差保护均是比较 发电机两侧同相电流的大小和相位而构成
发电机完全纵差动保护
●
G
●
● ●
图9—1 发电机纵差保护原理接线示意图
2．保护的原理分析
1）当定子绕组的同分支匝间短路时：
2）定子绕组不同分支间发生短路时：
3)保护的接线
2
跳闸
t
图9－6 单元件式横联差保护原理接线图 1-三次谐波滤过器；2－横差保护
4)评价：
保护接线较简单，灵敏度较高。
保护存在死区：当 很小时或者不同分 支间的短路匝数相同时, 保护不能动作。
电桥式转子两点接地保护
RL’
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发电机横差保护原理
发电机横差保护是一种用于保护发电机的电气装置，用于检测并防止发电机转子与定子之间的短路故障。
该保护原理的主要目的是保护发电机的绝热和定子线圈，以防止发生严重的故障和电气火灾。
横差保护的基本原理是通过测量发电机转子与定子之间的电压差来检测可能的
短路故障。
当转子与定子之间出现短路时，会导致电流泄漏，进而造成电压差变化。
横差保护装置将通过检测这种电压差异来发现潜在的故障，并及时采取措施以避免进一步损坏。
为了实现横差保护的工作原理，通常需要安装两个电流互感器，一个位于发电机的转子绕组上，另一个位于定子绕组上。
这两个互感器将用于测量发电机的转子电流和定子电流，并将其传输到横差保护装置。
在正常工作情况下，发电机的转子电流和定子电流应该是相等的，因为它们是由相同的电压驱动。
当发生短路故障时，转子与定子之间的电流将发生变化，从而导致测量到的电流差异。
横差保护装置将测量转子电流和定子电流之间的差异，并与预设的差异阈值进行比较。
如果测量到的差异超过了阈值，则横差保护装置将判断发生了短路故障，并采取相应的保护动作。
保护动作通常包括切断发电机的电源以避免进一步损坏，并发送报警信号以通知操作员进行检修和维护。
此外，横差保护装置还可以与其他保护装置和自动化系统进行联动，以实现发电机的全面保护。
需要注意的是，横差保护装置的设计和设置需要根据具体发电机的特性和工作条件进行调整。
不同类型的发电机可能需要不同的差异阈值和保护动作设置。
此外，由于发电机的复杂性和高电压环境，横差保护装置还需要具备良好的抗干扰和可靠性能。
总之，发电机横差保护通过测量转子电流和定子电流之间的差异来检测可能的短路故障，并及时采取保护动作以防止进一步损坏。
该保护原理可在发电机运行过程中提供可靠的保护，确保发电机的安全运行。