发电机主保护及励磁系统说明

发电机主保护设计

发电机是电力系统最重要的设备之一，发电机的安全运行对保证电力系统的稳定运行和电能质量起着决定性的作用。因此必须针对发电机可能发生的各种不同的故障和不正常的运行状态配装完善的继电保护装置。

5.1发电机故障、不正常运行状态及其保护方式 5.1.1发电机的故障类型和不正常运行状态

发电机的故障类型主要有： （1） 定子绕组相间短路。 （2） 定子绕组匝间短路。 （3） 定子绕组单相接地。 （4） 励磁回路一点或两点接地。

发电机的不正常运行状态主要有： （1） 励磁电流急剧下降或消失。 （2） 外部短路引起定子绕组过电流。

（3） 负荷超过发电机额定容量而引起的过负荷。 （4） 转子表层过热。

（5） 定子绕组过电压。

5.1.2发电机的保护类型

针对上述故障类型和异常运行状态，按规程规定，发电机应装设以下继电保护装置：

（1） 纵联差动保护。对于1MW以上的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。

（2） 定子绕组接地保护。对于直接接于母线的发电机定子绕组单相接地故障，

当单相接地电流大于或等于5A（不考虑弧绕组的补偿作用）时，应装设动作于跳闸的零序电流保护；当接地电流小于5A时，则装设作用于信号的接地保护。对于发电机变压器组，容量在100MW以上发电机应装设保护区为100%的定子接地保护；容量在100MW以下的发电机应装设保护区不小于90%的定子接地保护。

（3） 定子绕组匝间短路保护。定子绕组为双星形接线且中性点引出六个端子

的发电机，通常装设单元件式横差保护，作为匝间短路保护。对于中性点

只有三个引出端子的大容量发电机的匝间短路保护，一般采用零序电压式或转子二次谐波电流式保护装置。

（4） 发电机外部相间短路保护。可采用复合电压启动的过电流保护，用于1MW

以上的发电机。

（5） 定子绕组过负荷保护（本设计不考虑）。 （6） 定子绕组过电压保护（本设计不考虑）。

（7） 转子表层过负荷保护。50MW及其以上的发电机，应装设时限复序过负

荷保护。

（8） 励磁回路一点以及两点接地保护。100MW以下的汽轮发电机，对一点

接地故障，可以采用定期检测装置；对于两点接地故障，应设两点接地保护装置。

（9） 失磁保护。对于100MW以下不允许失磁运行的发电机，当采用直流励

磁机时，在自动灭磁开关断开后应联动断开发电机断路器；当采用半导体励磁系统时，则应装设专用的失磁保护。100MW以下但对电力系统有重大影响的发电机和100MW及以上的发电机，也应装设专用的失磁保护。 除此之外，有的发电机还设有失步保护、低频保护、断水保护、非全相运行保护等装置。

5.2 50MW发电机主保护

100MW以下发电机应装设下列故障及异常运行保护装置：（1）定子绕组间短路保护；（2）定子绕组接地保护；（3）定子绕组匝间短路保护；（4）发电机外部相间短路保护；（5）对称过负荷保护；（6）励磁回路一点及两点接地保护。

5.2.1定子绕组相间短路保护构成

发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障,应装设纵联差动保护作为发电机的主保护。

发电机的纵差保护是利用比较发电机中性点侧和引出线侧电流幅值和相应的原理构成的，因此在发电机中性点侧和引出线侧装设特性和变比完全相同的电流互感器来实现纵差保护。

对6MW以上的发电机推荐采用带饱和电流互感器的BCH-2型继电器构成.这种保护能很好地躲国过不平衡电流的影响。因此2×50MW的发电机采用BCH-2型。

5.2.2 定子绕组匝间短路保护

发电机的匝间故障包括同相同分支的匝间短路和同相异分支的匝间短路。对

于这种故障纵差保护不能反应，应按下列装设匝间短路保护：

（1） 对定子绕组为星形接线、每相有并列分支、且中性点有分支引出端子的发

电机应装设单继电式横差保护。 横差保护是利用反应两个支路电流之差的原理，由一个电流继电器至装在两组星形绕组中性点连线上的电流互感器二次回路上。

（2） 对于50MW及以上发电机，当定子绕组为星形接线且中性点只有三个引出端时，也应装设专用的匝间短路保护。

5.3 100MW发电机主保护

对100MW及以上和阻抗较大的发电机，当纵联差动保护采用BCH-2型继电器

时，推荐采用下图所示接线方式，即高灵敏系数纵联差动保护接线。

当发电机电流为额定电流条件下断开一相二次电流回路时，BCH-2型继电器的差动线圈和平衡线圈的热稳定军为10A，能满足要求。

图5-1纵联差动保护接线说明图

图中Wcda~c、Wpha~c分别表示每相BCH-2型差动继电器差动线圈和平衡线圈。CJJ为断线监视线圈。当任意一根连接导线断线时，断线相的差动线圈与其平衡线圈是反极性连接。所以，它们产生的磁通互相抵消。故该相继电器不会误动作。而非断线相的两个继电器的差动线圈内无电流，其平衡线圈内只有断线相的负荷电流。只要适当选择平衡线圈匝数，非断线相的继电器也不会发生误动作。当保护区内发生两相或三相短路时，短路电流将流过两个或三个差动线圈，但其平衡线圈没有短路电流。只要差动线圈Wcda~c内有较小的短路电流，差动继电器就能动作。当在发电机电压系统中发生两点接地短路且其中一点在纵联保护范围内时，继电器中电流的分配情况与一相电流回路断线时相似，此时保护应动作，且灵敏系数不应小于通常的差动保护接线。这可由适当选择差动线圈匝数来达到。

定子绕组匝间短路保护

发电机的匝间故障包括同相同分支的匝间短路和同相异分支的匝间短路。对

于这种故障纵差保护不能反应，应按下列装设匝间短路保护：

（1） 对定子绕组为星形接线、每相有并列分支、且中性点有分支引出端子的发

电机应装设单继电式横差保护。 横差保护是利用反应两个支路电流之差的原理，由一个电流继电器至装在两组星形绕组中性点连线上的电流互感器二次回路上。

（2） 对于50MW及以上发电机，当定子绕组为星形接线且中性点只有三个引出

端时，也应装设专用的匝间短路保护。

励磁系统的设计

7.1磁调节系统的作用和基本要求

同步发电机是电力系统的主要设备，它是将旋转形式的机械功率转换成电磁功率的设备，为完成这一转换，它本身需要一个直流磁场，产生这个磁场的直流电流称为同步发电机的励磁电流。专门为同步发电机供应励磁电流的有关设备，统称为励磁系统。所以，同步发电机的励磁系统是由励磁功率系统和励磁调节器AER组成，励磁功率系统向发电机转子励磁绕组提供直流励磁电流。调节器根据机端电压变化控制励磁功率的输出，从而达到调节励磁电流的目的。

励磁功率的发展由同轴直流励磁系统到目前通常采用他励交流励磁机系统和自复静止式励磁系统。

7.1.1励磁调节系统的作用

同步发电机的运行特性与它的空载电动势E0值的大小有关，而E0值是发电机励磁电流的函数，所以调节励磁电流就等与调节发电机的运行特性。

在电力系统正常运行和事故运行中，同步发电机的励磁调节系统不仅可以保证发电机安全运行；提供合格的电能，而且还能改善电力系统的稳定条件。

（一）调节电压

电力系统正常运行时，负荷随机波动，随着负荷的波动，需要对励磁电流进行调节，以维持机端或系统中某点电压在给定水平，所以励磁系统担负维持电压水平的任务。

（二）调节无功功率的分配

发电机接于无限大容量系统时，调节它的励磁电流只能改变起输出的无功功率。励磁电流过小发电机将从系统中吸收无功功率。在实际系统中，发电机并联的母线并不是无限大系统，系统电压随着负荷波动而变化，改变其中一台发电机的励磁电流不但影响其本身的电压和无功功率，而且也影响与其并联运行机组的无功功率。所以，同步发电机励磁系统还担负着并联运行机组间无功功率合理分配的任务。

（三）利于系统运行稳定性

同步发电机稳定运行是保证电力系统可靠供电的首要条件，电力系统在运行

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