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发电机变压器继电保护培训教材 第一节 发电机及变压器保护原理 一、发电机的故障异常运行状态及其保护方式 由于发电机结构复杂，在运行中可能发生故障和异常状态，这样会对发电机造成危害，同时，由于系统故障也可能损伤发电机，特别是现代的大中型发电机，由于单机容量大对系统影响大，出了故障维修困难，因此要对发电机可能发生的故障类型及不正常运行状态进行分析，并有针对性地设置相应的保护。应根据发电机可能发生的故障装设相应的保护装置，综述如下： 1.定子绕组相间短路，会引起巨大的短路电流，严重烧坏发电机，需装设瞬时动作的纵联差动保护。 2.定子绕组的匝间短路(分为同相一分支绕组的匝间短路和同相异分支绕组的匝间短路)，同样会产生巨大的短路电流而烧坏发电机，需装设瞬时动作的专用的匝间短路保护。 3.定子绕组的单相接地。这是发电机容易发生的一种故障，通常是因绝缘破坏使其绕组对铁芯短路，虽然此种故障瞬时电流不大，但接地电流会引起电弧灼伤铁芯，同时破坏绕组的绝缘，从而发展为匝间短路或相间短路，因此应装设灵敏的反应全部绕组任一点接地故障的100％定子绕组接地保护。 4.发电机转子绕组一点接地和两点接地。转子绕组一点接地后虽然对发电机运行无影响，但若再发生另一点接地，则转子绕组一部分被短接造成磁势不平衡而引起机组剧烈振动，产生严重后果，因此需同时装设转子绕组一点接地保护和两点接地保护。 5.发电机失磁。发电机失磁分完全失磁和部分失磁，它是发电机的常见故障之一，失磁故障不仅对发电机造成危害，而且对系统安全也会造成严重影响，因此需装设失磁保护。 6.定子绕组负荷不对称运行，出现负序电流可能引起发电机转子表层过热，需装设定子绕组不对称过负荷保护(转子表层过热保护)。 7.定子绕组对称过负荷，装设对称过负荷保护(一般采用反时限特性)。 8.转子绕组过负荷，装设转子绕组过负荷保护。 9.并列运行的发电机可能因机炉的保护动作等原因将主汽阀关闭，而导致逆功率运行，使汽轮机叶片与残留尾气剧烈摩擦过热，而损坏汽轮机叶片，因此需装设逆功率保护。 10.为防止过激磁引起发热而烧坏铁芯，应装设过激磁保护。 11.系统振荡而引起发电机失步异常运行，危及发电机和系统运行安全，需装设失步保护。 12.其他保护。定子绕组过电压、低频运行、非全相运行及与发电机运行直接有关的热工方面保护，对水内冷发电机还应装设断水保护等。 另外，还应装设发电机的后备保护，如电流、电压保护、阻抗保护等。 二、变压器的故障异常运行状态及其保护方式 电力变压器是电力系统的重要组成元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。电力变压器的故障分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障包括绕组的相间短路，中性点直接接地侧的接地短路和匝间短路。变压器油箱内部故障的危害很大，故障处的电弧不仅会烧毁绕组及铁芯的绝缘，而且使绝缘材料和变压器油强烈气化，可能会引起油箱爆炸。油箱的外部故障，主要是绝缘套管和引出线上发生的相间短路和中性点直接接地侧的接地短路。变压器的异常运行状态主要有：过负荷外部短路引起的过电流、外部接地短路引起的中性点过电压、油面下降及过电压或频率降低引起的过励磁现象等。为了保证电力系统的安全可靠性运行，针对上述故障和异常运行状态，电力变压器应装设如下的保护： 1.防止变压器绕组和引出线相间短路，直接接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的(纵联)差动保护。 2.防止变压器油箱内部各种短路或断线故障及油面降低的瓦斯保护。 3.防止直接接地系统中变压器外部接地短路并作为瓦斯保护和差动保护后备的零序电流保护、零序电压保护以及变压器接地中性点有放电间隙的零序电流保护。 4.防止变压器过励磁保护。 5.防止变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护后备的过电流保护和阻抗保护。 6.防止变压器对称过负荷的过负荷保护。 7.反应变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障的相应保护。 三、发电机、变压器组保护原理 现代大型汽轮发电机组通常采用的是发电机、变压器组单元接线方式，发电机与主变压器、厂用变压器之间采用封闭母线直接相连接（如果采用机端自并励时，发电机与励磁变压器之间也直接连接），因此当发电机、变压器、厂用变压器、励磁变压器及其相互连接的封闭母线发生故障时，任何元件保护装置动作都应作用于所有设备（发电机、变压器、厂用变压器、励磁变压器）全停。下面介绍发变组系统各种保护装置的基本原理。 1.相间短路的纵联差动保护 纵差保护的基本原理是比较发电机两侧电流的大小和相位，它是反应发电机及其引出线的相间短路故障的主要保护。如图（8-1）所示，为发电机纵联差动保护原理，将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器两侧同极性端纵向连接起来，差动继电器CJ接于其差回路