转子表层负序过负荷保护(负序电流保护).
RCS-985附录AB整定计算
RCS-985附录AB整定计算注：附录A关于发电机变压器组保护的整定计算仅供为参考，具体整定计算请参见相关规程和《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》。
附录ARCS-985发电机变压器组成套保护装置的差动保护整定计算1.发电机差动保护1.1发电机稳态比率差动（1）发电机一次额定电流计算Pn/co3Uf1n一次额定电流计算公式：If1n为发电机机端额定电压。
式中Pn为发电机额定容量，co为发电机功率因数，Uf1n（2）发电机二次额定电流计算发电机二次额定电流计算公式：IIf1nf2nnfLH式中If1n为发电机计算侧一次额定电流，nfLH为发电机计算侧TA 变比。
（3）差动电流起动定值Icdqd的整定Icdqd为差动保护最小动作电流值，应按躲过正常发电机额定负载时的最大不平衡电流整定，即：IcdqdKrel20.03If2n或IcdqdKrelIunb.0式中：If2n为发电机二次额定电流；Krel为可靠系数，取1.5；Iunb.0为发电机额定负荷下，实测差动保护中的不平衡电流。
建议取0.2If2n。
（4）比率制动系数的整定变斜率比率差动起始斜率：Kbl1KccKer式中：Kcc为互感器同型系数，取0.5；Ker为互感器比误差系数，最大取0.1；Kbl1一般取0.05。
最大不平衡电流，不考虑同型系数：Iunb.ma某KapKerIk.ma某式中：Kap为非周期分量系数，一般不小于2.0；Ker为互感器比误差系数，最大取0.1；Ik.ma某为发电机最大外部三相短路电流周期分量二次值。
变斜率比率差动最大斜率为：kbl2Iunb.ma某某Icdqd某2kbl1某Ik.ma某某2式中，Iunb.ma某某，Icdqd某，kbl1某，Ik.ma某某均为标么值。
kbl2建议取0.50。
按上述原则整定的比率制动特性，当发电机机端两相金属性短路时，差动保护的灵敏系数一定满足Ken2。
1.2差动速断保护差电流速断是纵差保护的一个补充部分。
发电机各种保护方法
（一）发电机保护配置原则：大型机组造价昂贵，在系统中作用重要，一旦发生故障，不仅危及机组，而且严重影响系统安全运行，酿成巨大经济损失和恶劣社会影响，因此在考虑其继电保护的总体配置时，应辨证权衡，力求合理，完善和可靠，着眼点既要将机组损害降至最低，又要避免不必要的突然停机，以确保系统安全运行。
发电机保护总结分类介绍：反应各种类型的短路故障，这些故障可造成机组的直接损坏，有主保护和异常运行保护之分：（I）短路保护：包括：发电机差动保护；定子匝间短路；定子接地保护；转子接地保护；后备保护：阻抗保护：用作发电机及变压器内部相间短路的后备保护负序电流保护：能反映机组三相不对称运行时出现的负序分量，主要作为发变组二相短路时的后备保护（2）异常运行保护：反应各种可能给机组造成危害的异常工况，这些工况不会很快造成机组的直接破坏，装设专用保护；a.定子过负荷保护；b.转子表层负序过负荷保护；c.失磁保护；d.失步保护；e.过励磁保护；f.过电压保护；g∙低频保护；h.逆功率保护；I意外加电压保护J发电机断水保护（3）大机组造价昂贵，结构复杂，故障造成的损失巨大。
大机组在系统中很重要，突然切除，给系统造成交大的扰动。
考虑保护总体配置时，要求：a.内部故障缩小保护死区，最大限度缩小故障破坏范围；b.尽可能避免不必要的突然停机，对某些异常工况采用自动处理；当发生短路保护时，当做发电机跳闸，立即停机处理。
当发生异常运行时，需针对异常参数，及时调整，否则做发电机跳闸，停机处理后重新启动机组（三）一般典型的有：1）发电机定子过负荷事故原因：1发电机某一相负荷过大发电机外部的不对称短路事故现象：1发电机三相电流不对称，某一相电流过大，可能超过额定值；2.转子温度升高；3.引起“发电机不对称过负荷”动作，保护信号灯亮；4.DCS报警窗口”发电机不对称过负荷”光字亮。
事故处理方法：1减少有功负荷，使负荷最大相电流不超过发电机的额定电流；2.监视转子温升情况。
中小发电机保护配置和原理(辽化)
(8)励磁绕组过负荷保护 (9)励磁绕组(一点及两点)接地保护 (10)低励,失磁保护 (11)定子铁芯过激磁保护 (12)逆功率保护 (13)频率异常保护 (14)失步保护 (15)其它故障和异常运行保护
2,各保护装置根据故障和异常运行的性质,按规定分别 动作于下列之一
停机:断开断路器,灭磁;关闭原动力. 解列灭磁:断开断路器,灭磁; 解列:断开断路器 减出力:降低原动力 缩小故障范围:适当解开母线联络开关等 程序跳闸:气轮机先关主气门,待逆功率保护动作后,跳发电机及灭磁; 水轮机先关闭导水叶,再跳发电机及灭磁. 信号:发出声光告警信号.
F
C
D
I A
dz.0
B
I
zd .0
E
I I
k .m ax zd
O
当发 发电 内 生 机 部相 短路 障时 间 故 , I I = I , I = I ,随 着故 电流 增 障 的 大,
1 2 k2 dz k2
I
1
I
2
I
k2
动作 流不 快 电 断 速增 ,制 电流 比 大 动 的 例 对减 ,保 可 动 . 相 小 护 靠 作 I ≥ I 动作 程 方 : I ≥ I + k (I I )
反时限部分动作判据为: t =
K I (1+α)
2
I
式 电 为标 值 K是发 机 子 组过 中 流 么 . 电 定 绕 负 常数 α = 0.01 0.02是考 散 作用 荷 , ～ 虑 热 的 常数 α越大 明 热越 , 许过 荷 , 表 散 好 允 负 时 间t就 长 越 .以 参 可由厂 给 的发 机 上 数 家 出 电 定子 负 允许 许 间参 计 出 过 荷 允 时 数 算 .例 : 如 某 发 机 铭牌 数为 .3倍 定 允许 台 电 , 参 1 额 下 持续 许60s, 当I =1.3 ,t = 60s, 允 即 时 令
发电机及主保护简介.
发电机及主保护简介发电机是汽轮发电机组三大重要组成部分之一。
一、发电机工作原理：在定子铁芯槽内沿定子铁芯内圆，每相隔120º分别安放着放有A、B、C三相并且线圈匝数相等的线圈，转子上有励磁绕组（也称转子绕组）R-L。
通过电刷和滑环的滑动接触，将励磁系统产生的直流电引入转子励磁绕组，产生稳恒的磁场。
当发电机转子被汽轮机转子带动以n1(3000转每分钟)速旋转时，定子绕组（也称电枢绕组）不断地切割磁力线，在定子线圈中产生感应电动势（感应电压），发电机和外面线路上的负载连接后输出电压。
二、发动机的结构组成：发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。
发电机定子的组成：发电机定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等部分组成。
1）机座与端盖：机座是用钢板焊成的壳体结构，它的作用主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组。
此外，机座可以防止氢气泄漏和承受住氢气的爆炸力。
在机壳和定子铁芯之间的空间是发电机通风（氢气）系统的一部分。
由于发电机定子采用径向通风，将机壳和铁芯背部之间的空间沿轴向分隔成若干段，每段形成一个环形小风室，各小风室相互交替分为进风区和出风区。
这些小室用管子相互连通，并能交替进行通风。
氢气交替地通过铁芯的外侧和内侧，再集中起来通过冷却器，从而有效地防止热应力和局部过热。
端盖是发电机密封的一个组成部分，为了安装、检修、拆装方便，端盖由水平分开的上、下两半构成，并设有端盖轴承。
在端盖的合缝面上还设有密封沟，沟内充以密封胶以保证良好的气密。
2）定子铁芯：定子铁芯是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件。
为了减少铁芯的磁滞和涡流损耗，定子铁芯采用导磁率高、损耗小、厚度为0.5mm的优质冷轧硅钢片冲制而成。
每层硅钢片由数张扇形片组成一个圆形，每张扇形片都涂了耐高温的无机绝缘漆。
冲片上冲有嵌放线圈的下线槽及放置槽楔用的鸽尾槽。
扇形冲片利用定子定位筋定位，通过球墨铸铁压圈施压，夹紧成一个刚性圆柱形铁芯，用定位筋固定在内机座上。
大型发电机及发变组保护配置
大型发电机及发变组保护配置5.2 发电机保护配置5.2.1 一般原则5.2.1.1 对于大型发电机的下列故障及异常运行状态，应按本条的规定，装设相应的保护。
a)定子绕组相间短路；b)定子绕组接地；c)定子绕组匝间短路；d)发电机外部相间短路；e)定子绕组过电压；f)定子绕组过负荷；g)转子表层（负序）过负荷：h)励磁绕组过负荷；i)励磁回路接地；j)励磁电流异常下降或消失；k)定子铁芯过励磁；l)发电机逆功率；m)频率异常；n)失步；o)调相运行与系统解列；p)轴绝缘破坏；q)发电机突然加电压；r)发电机启、停故障；s)其他故障和异常运行。
5.2.1.2 发电机出口装设断路器时，上述各项保护，宜根据故障和异常运行状态的性质及动力系统具体条件，分别动作于：a)停机：断开发电机出口断路器、灭磁。
对汽轮发电机，还要关闭主汽门；对水轮发电机还要关闭导水叶。
b)解列灭磁：断开发电机出口断路器、灭磁。
汽轮机甩负荷，水轮机关导水叶至空载。
c)解列：断开发电机出口断路器。
汽轮机甩负荷，水轮机关导水叶至空载。
d)减出力：将原动机出力减到给定值。
e)缩小故障影响范围：断开预定的其他断路器。
f)程序跳闸：对汽轮发电机首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳发电机出口断路器并灭磁；对水轮发电机，首先将导水叶关到空载位置，再跳开发电机出口断路器并灭磁。
g)减励磁：将发电机励磁电流减至给定值。
h)信号：发出声光信号。
5.2.1.3 发电机出口不装设断路器时，上述各项保护，宜根据故障和异常运行状态的性质及动力系统具体条件，分别动作于：a）停机：断开主变压器高、中压侧断路器、灭磁。
对汽轮发电机，还要关闭主汽门，断开高压厂用工作变压器低压侧分支断路器，启动厂用电源切换等；对水轮发电机还要关闭导水叶。
b）解列灭磁：断开主变压器高、中压侧断路器，灭磁。
汽轮机甩负荷，断开高压厂用工作变压器低压侧分支断路器，启动厂用电源切换等；水轮机关导水叶至空载。
发电机保护整定计算技术规范
发电机保护整定计算技术规范定子绕组内部故障主保护一、纵差保护1 固定斜率的比率制动式纵差保护1）、比率差动起动电流I op.0：I op.0= K rel K er I gn ／n a 或 I op.0= K rel I unb.0一般取I op.0＝(0.1～0.3) I gn ／n a ，推荐取I op.0＝0.2 I gn ／n a 。
2）、制动特性的拐点电流I res.0拐点电流宜取I res.0＝(0.8～1.0)I gn ／n a ，一般取I res.0＝0.8I gn ／n a 。
3）、比率制动特性的斜率S ： 0.r max .r 0.op max.op I I I IS es es --=① 计算最大不平衡电流I unb.max ： I unb.max＝K ap K cc K er I k.max ／n a式中：K a p ——非周期分量系数，取1.5～2.0； K cc ——互感器同型系数，取0.5；K er ——互感器比误差系数，取0.1；I k.max ——最大外部三相短路电流周期分量。
② 差动保护的最大动作电流I op.max按躲最大外部短路时产生的最大暂态不平衡电流计算： I op.max ＝K rel I unb.max式中：K rel ——可靠系数，取1.3～1.5。
③ 比率制动特性的斜率S一般I res.max ＝I k.max ／n a ，则.r a max .k 0.op unb.max rel 0.r max .r 0.op max .op I n /I I I K I I I I S es es es --=--≥2、变斜率的比率制动式纵差保护1）、比率差动起动电流I op.0：同4.1.1.1“比率差动起动电流”的整定。
2）、制动特性的拐点电流I res.1： 对于发电机保护，装置固定取I res.1＝4I gn ／n a 。
对于发电机变压器组保护，装置固定取I res.1＝6I gn ／n a 。
发电机负序过负荷保护原理及整定
发电机负序过负荷保护作为发电机不对称故障和不对称运行时，负序电流引起发电机转子表层过热的保护，可兼作系统不对称故障的后备保护。
保护原理该保护由负序过负荷定时限信号和反时限负序过负荷两部分组成。
负序过负荷定时限信号按发电机长期允许的负序电流下能可靠返回的条件整定。
反时限负序过负荷由发电机转子表层允许的负序过流能力确定。
发电机短时承受负序过电流倍数与允许持续时间的关系式为：222*2I I At ∞-=式中：*2I —为发电机负序电流标么值；∞2I —为发电机长期允许负序电流标么值；A —为转子表层承受负序电流能力的时间常数。
1.1.1. 保护的特性曲线保护的特性曲线见图5-10-1：t图5-10-1 特性曲线1.1.2. 发电机负序过负荷保护逻辑框图保护的逻辑框图见图5-10-2：图5-10-2 发电机负序过负荷保护逻辑框图发电机负序过负荷保护的整定方法保护由定时限负序过负荷和反时限负序过负荷两部分组成。
发电机负序过负荷启动条件当发电机负序电流大于反时限启动整定值时，启动元件动作。
负序定时限启动电流负序定时限过负荷按发电机长期允许的负序电流∞2I 下能可靠返回的条件整定TAr gnrelop n K I K ∞=2I I式中：relK 为可靠系数，取1.05；r K 为返回系数，取0.85～0.95；∞2I 发电机长期允许的负序电流标么值；gn I 为发电机一次额定电流；TA n 为电流互感器变比。
负序定时限延时保护延时按躲过后备保护的最大延时整定。
负序反时限特性反时限负序过负荷由发电机转子表层允许的负序过流能力确定。
发电机短时承受负序过电流倍数与允许持续时间的关系式为：222*2∞-=I I A t式中：*2I 为发电机负序电流标么值； ∞2I 为发电机长期允许负序电流标么值；A 为转子表层承受负序电流能力的时间常数。
负序反时限启动电流反时限启动电流min .op I 值，一般按延时1000s （反时限延时下限整定值）对应的动作电流整定：22min .1000∞+=I Aop I 负序反时限延时上限反时限上限设保护最小延时，便于与快速保护配合。
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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发电机长期承受负序电流的实际能力，要通过负 序电流试验加以校验。施加负序电流后，测量转子各 部位的温升，由转子各部件允许温度所限定的最小负 序电流，即为 I 2 值。因为是长期承受负序电流，所以 材料的允许温度要取比较低的数值。例如对铝、铝合 金槽楔允许温度不宜取得高于100 C ，转子本体钢材 不宜超过300 C 。 长期承受负序电流的能力 I 2 ，是负序电流保护的 整定依据之一。当出现超过 I 2 的负序电流时，保护装 置要可靠动作，发出声光信号，以便及时处理。当其 持续时间达到规定值，而负序电流尚未消除时，则应 当动作于切除发电机，以防负序电流造成损害。 国外大型发电机的 I 2 规定如下： 日、捷、瑞典等 8% 6
7
对汽轮发电机的负序电流允许值，我 国作如下规定：
表5
2 转子直接冷却式汽轮发电机的 I 2 和 I 2 tA
Sn MVA
I 2
2 A I2 t
350 350 ~ 900 900 ~ 1250 1250 ~ 1600
0.08
8
0.08 Sn 350 3104 8 0.00545 Sn 350 0.08 Sn 350 3104
法国（50万kW及以上） 德国（30~40万kVA） （40万kVA以上） 意大利（32万kW） 英国 俄罗斯 美国 间接冷却式隐极机 隐极机 （直接冷却式）
96万kVA以下 96.1~120万kVA 120.1~150万kVA
凸极机
有阻尼 无阻尼
<6%~8% 6%~8% <4%~6% 6% 10%~15% 5%~6% 10% 8% 6% 5% 10% 5%
5 5
8
0.05
（三）发电机短时承受负序电流的能力 1、发电机短时负序转子发热常数A 在短时间内，负序电流使转子温度升高的程度, 与负序电流 I 2的大小及其持续时间t的长短有关。在 给定的允许温升下，若 I 2大则允许时间t就短。 由于讨论短时间内负序电流对转子的作用，所 以将转子视为绝热体，并假设负序磁场产生的倍频 电流只在转子本体和槽楔表面流动，所产生损耗全 部用于转子表面温升，既不向周围介质散热，也不 沿转子本体向大轴中心传热。 汽轮发电机的短时负序转子发热常数A为：
3
（二）发电机长期承受负序电流的能力 发电机定子绕组中流过负序电流后，如其值超过 一定数值，则转子将受到损伤，甚至遭受破坏。因此 发电机都要依其转子的材料和结构特点，规定长期承 受负序电流的限额。这一限额我们用 I 2 表示。 汽轮发电机单机容量的增长，一方面靠增大电机 尺寸，另一方面是改进冷却方式，提高材料的利用率, 因而电机尺寸并不随容量成比例增长。这样，大机组 转子表面的热负荷便相应提高，除励磁电流产生的热 负荷增加外，气隙磁密高次谐波在转子表面产生的热 负荷也明显提高。例如，10万kW汽轮发电机气隙磁密 高次谐波在转子表面产生的热负荷约为5kW/m 2，20万kW 机约为7kW/m 2,而60万kW机要增加到10~25kW/m 2。因此 对于大型汽轮发电机，其负序电流产生的热负荷允许 值要相应降低，也就是承受负序电流的能力相应降低 为了提高长期承受负序电流的能力，大型汽轮发电
1
楔与槽壁之间等接触面上，形成过热点，将转子 烧伤。倍频电流还将使转子的平均温度升高，使转 子挠性槽附近断面较小的部位和槽楔、阻尼环与阻 尼条等分流较大的部位，形成局部高温，从而导致 转子表面金属材料的强度下降，危机机组的安全。 此外，若转子本体与护环的温差超过允许限度，将 导致护环松脱，造成严重的破坏。国内外发电机 （特别是汽轮发电机）因负序电流烧伤转子的事例 屡见不电机都要求装设比较完善的 负序电流保护。 发电机有一定的承受负序电流的能力。流过发 电机定子绕组的负序电流，只要不超过规定的限度， 转子就不会遭到损伤。因此，发电机承受负序电流 的能力，就是构成和整定负序电流保护的主要依据。
2
对于水轮发电机，转子各极都由叠片构成，在 相同的负序电流作用下，其附加损耗要比汽轮发电 机小得多。例如一台10万kW汽轮发电机，当负序电 流 I2 1 （以额定电流为基值的标幺值）时，转子的 附加损耗是转子额定损耗的33倍；而无阻尼的水轮 发电机，在相同的负序电流下，却只有3~4倍。对 有阻尼的水轮发电机，这个值还要小一些。因此， 对水轮发电机负序电流保护的构成方式，将于汽轮 发电机有所不同。 此外，负序电流流过定子绕组时，由于负序旋 转磁场相对于正序旋转磁场以两倍同步转速旋转， 从而产生了倍频交变电磁力矩，作用在转子轴系和 定子机座上，引起倍频振动。通常，这种倍频振动 不是确定发电机承受负序电流能力的决定条件。
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机要采取专门的措施。例如，装设阻尼条和阻尼环、 槽楔镀银、采用铝青铜槽楔等。 各国、各制造厂制造的汽轮发电机，长期承受的 负序电流以额定电流为基值的标幺值表示时，一般有 I 2 0.04 ~ 0.10 ，容量较大的机组，其 I 2 较小。对个别 机组有 I 2 0.10 ~ 0.15 的情况。对于水轮发电机，一般 有阻尼绕组的 I 2 0.10 ，无阻尼绕组的 I 2 0.05 。从电 力系统的运行需要方面看，在有电气机车等大型不对 称负荷的电力系统中，可取 I 2 0.07 ~ 0.10 ，其它情况下 可取 I 2 0.04 ~ 0.06 。可见，上述发电机长期承受负序电 流的能力，在绝大多数情况下已满足电力系统的实际 需要。但是，由于定子额定线负荷的差异、转子所用 材料和允许温升值的不同以及转子正常热负荷的差异, 使不同厂的同一容量等级的发电机 I 2值也可能不同。
转子表层负序过负荷保护（负序电流保护）
（一）概述 电力系统中发生不对称短路，或三相负荷不对 称（例如电气机车、电弧炉等单相负荷）时，将有 负序电流流过发电机的定子绕组，并在发电机中产 生对转子以两倍同步转速旋转的磁场，从而在转子 中产生倍频电流。 对于汽轮发电机，上述倍频电流由于集肤效应 的作用，主要在转子表面流通，并经转子本体、槽 楔和阻尼条，在转子的端部附近约10%~30%的区域 内沿周向构成闭合回路。这一周相电流，有很大的 数值。例如，对一台50万kW汽轮发电机机端两相短 路的估算，倍频电流在端部可达100~250kA；对一 台60万kW机组，可达250~300kA。这样大的倍频电 流流过转子表层时，将在护环与转子本体之间和槽