6、3 发电机的匝间短路保护
发电机保护
（二）三次谐波电压比率定子接地保护
三次谐波电压比率判据只保护发电机中性点25％左右的定子接地，机端三次谐波电压取自机 端TV开口三角，中性点侧三次谐波电压取自发电机中性点TV。 1、三次谐波电压差动定子接地保护
2、三次谐波电压比率定子接地保护(我厂发电机单相接地采用此保护)
三次谐波保护延时：躲过区外故障后备保护延时，建议取6～9S，故实际取t1 = 6s。 出口方式：三次谐波定子接地保护动作于信号。
基波零序电压保护
跳闸或 信号
U>
三次谐波电 压滤过器
动作电压整定值应 躲开正常运行时的不平 衡电压（包括三次谐波 电压）； 变压器高压侧接地 时在发电机端所产生的 零序电压闭锁保护。
（一）基波零序电压保护定值（我厂发电机定子接地采用零序电压保护）
• 基波零序电压保护发电机85～95％的定子绕组单相接地。基波零序电压保护反应发电 机零序电压大小。由于保护采用了频率跟踪、数字滤波及全周傅氏算法,使得零序电压 对三次谐波的滤除比达100以上,保护只反应基波分量。按以下两个条件选取： u按躲过发电机正常运行时中性点PT的基波最大不平衡电压U unb.max整定，即动作电 压U 0.opj为：U 0.opj = K relU unb.max =1.3*Uunb.max 式中： K rel---可靠系数，取1.3； U unb.max---中性点实测基波不平衡零序电压。 按规程，取10%～15%额定电压整定，这里取10%， 考虑两种情况： 1）按规定，该延时应与110kV系统侧接地后备保护配合，而接地后备保护一般为 tmax = 0.3s，所以零序电压灵敏段保护延时为t1 = tmax + Dt = 0.5s 2）发电机单相接地时的接地电流： 假定距发电机中性点位置发生金属性单相接地，单相接地电容电流可表示为： 当发电机定子发生单相接地时，切除故障时间久，对发电机十分不利。注意到零序动 作电压已可靠躲过系统接地时耦合到低压侧的零序电压，所以动作时限可降低。同时 考虑发电机定子绕组由一点接地发展成两点接地故障时间一般不超过1.5s，故该保护 动作时间应不超过0.5s，这对发电机是有利的。故：动作时限取t1 = 0.5s。出口方式： 动作于发电机全停。
注册电气工程师发输变电专业知识-11_真题-无答案
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%。
发电机的保护
危害：故障点的电弧烧坏铁芯，匝间或相间短路造成发电 机严重损坏。
规程规定： 当接地电流大于5A时，装设作用于跳闸的单相接地保护。 接地电流小于5A时，装设作用于信号的接地保护。 大型发电机的铁芯结构复杂，检修困难，为此大型发电机 的接地电流应限制在一个较小数值：小于1.0—1.5A，因此， 一般将大型发电机的中性点经消弧线圈接地，使接地电流补 偿到1.5A以下，其接地保护作用于信号。
接地故障时的零序电流和零序电压的特点： 零序电压（故障点处）：
故障点离中性点越远，零序电压越高。 零序电流：
外部接地时，流过机端的零序电流为发电机零序电 容电流；
内部故障时，流过机端的零序电流为发电机电压网 络中所有其它元件的零序电容电流之和。
1、反应零序电流的发电机定子绕组单相接地保护：
原理图：
3、不正常运行状态： 由外部短路引起的定子绕组过电流 由于过负荷引起的三相对称过负荷 由外部不对称短路或不对称负荷引起的发电机负序过电流 或负序过负荷 由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压 由于励磁回路故障或强行励磁时间过长引起的转子绕组过 负荷 由于气轮机主汽门突然关闭引起的发电机逆功率运行 由于励磁系统故障或自动灭磁开关误跳闸引起的发电机励 磁电流急剧下降或消失
XJ
BCJ
SJ
LJ
ZJ
LP
由过流保护电流继电器
动作原理：a：外部故障时：来
常闭接点打开，切断SJ线圈回路，保证不跳闸； ZJ
常开接点闭合，短接LJ线圈使LJ不动。 b：内部故障时：
LJ动作，ZJ常开接点闭合，接通SJ线圈，经整定延 时发出信号、跳开发电机断路器和灭磁开关。
2、反应零序电压的发电机定子绕组单相接地保护： 对于发电机-变压器组，接地电容电流较小，一般装
发电机的匝间短路保护
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
发电机常用保护
1）和斜率2（SLOPE 2）之间光滑拟合的区域。
同步发电机保护
1
发电机常见故障及保护： 相间短路—纵差动保护
定子绕组故障： 匝间短路—匝间短路保护 单相接地—单相接地保护
转子绕组故障： 一点接地—一点接地保护 二点接地—二点接地保护
2
发电机的不正常运行及保护 转子失磁——失磁保护 过电流 ——过电流保护 过负荷——过负荷保护 过电压——过电压保护 逆功率 ——逆功率保护 失步——失步保护
7
比率制动差动元件
一般可以按照如下方式
选择：
差动电流
•
•
I d I TS I NS ;
制动电流
•
•
IR
I TS I NS 2
8
动作特性
9
各值的整定原则
• 比率差动启动值：按躲过正常运行情况下可能产生的差 电流整定，推荐设置范围是0.1 – 0.3pu（发电机额定电 流）
• 比率差动制动斜率1：按照保证发电机在最大负荷电流情 况下，差动元件不动作整定
5
G60保护功能
设备编号 功能
21P 后备阻抗保护
24
过激磁（V/Hz）
25
同期
27P 相低电压
27TN 中性点三次谐波低电压
27X 辅助低电压
32
灵敏性功率方向
40
失磁
46 发电机不平衡（负序反时限）
50G 接地速断过流
50N 零序速断过流
50P 相速断过流
发电机保护原理资料讲解
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
发电机转子匝间短路故障分析及处理方法
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% 。
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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
Bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
为防止TV一次熔断器熔断而引起保护误动作，还设有电压断线闭锁 装置。 采用专用匝间保护TV的开口三角引出的3U0基波量作为动作量。
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，都称为定子绕组的匝间短路。发生匝间短 路时，纵差动保护往往不能反应，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.
发电机的匝间短路保护
国内外电机厂均承诺过其发电机不会发生匝间短路，不必装设 匝间保护，理由是槽内上下线圈的绝缘是相对槽侧壁绝缘的两倍， 因此发生匝间短路前应先发生定子接地故障。但在发电机端部结构 复杂，既有相间绝缘又有匝间绝缘，如果端部固定不当或发生振动， 可能会使绝缘逐渐磨损引起短路。因此有条件的前提下有必要装设 匝间短路保护。
显然零序电压的大小与成正比。利用此零序电压可构成匝间短路保 护。 为了防止低定值零序电压匝间短路保护在外部短路时误动作，可设 负序功率方向闭锁原件。当发电机内部相间和匝间短路以及定子绕组 分支开焊时，负序源位于发电机内部，它所产生的负序功率由发电机 流出；而当系统中发生各种故障时，负序功率由系统流入发电机。判 断负序功率方向，便可区分是发电机内部故障还是系统故障。 为了反映三相对中性点的零序电压，此保护用电压互感器TV1的中性 点不可接地，而必须与发电机的中性点相连。
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。因此大型机组通常采用反 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， 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。 如图所示为A相绕组发生匝间短路，则故障相电动势将变为 Ė A ’ =(1-α) Ė A ’ ，未发生短路的两相电动势不变，三相电动势相量 图见图所示。按照对称分量法，可求得零序电动势为 3Ė o’ =Ė A ’ + Ė B ’+ Ė c =- Ė A