同步发电机的故障、不正常运行状态及其保护解读

　　一、发电机的故障和不正常运行状态

　　发电机的故障主要有：定子绕组的相间短路、定子绕组同一相的匝间短路，定子绕组的单相接地、转子绕组一点接地或两点接地、励磁回路失去励磁电流等。

　　发电机的不正常运行状态主要有：过电流;对称过负荷和不对称过负荷、负序过电流和负序过负荷;定子绕组过电压;转子绕组过负荷;发电机逆功率;失磁;失步、频率降低等。

　　二、发电机的继电保护配置及出口方式

　　(一)几种出口方式概念

　　停机，是指断开发电机断路器、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翼。

　　解列灭磁，是指断开发电机断路器，灭磁，汽轮机甩负荷。

　　解列，是指断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。

　　减出力，是指将原动机出力减到给定值。

　　程序跳闸，对汽轮发电机来说，是指首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁，对水轮发电机，是指首先将导水翼关到空载位置，再跳开发电机断路器并灭磁。

　　(二)保护配置

　　1.电流速断保护或纵差动保护

　　对容量在1MW以上的发电机应装设纵差动保护。 反应定子绕组及引出线的相间短路。保护动作于停机(跳开发电机出口断路器、灭磁、关闭主汽门或水轮机导水翼)。

　　2.定子绕组匝间短路保护

　　用于反应定子绕组同一相的匝间短路。当发电机定于绕组每相有并联分支而在中性点侧有各分支的引出端时，应装设单继电器式的横差动保护;对中性点侧无各分支引出端的大容量发电机，则采用零序电压匝间短路保护或反映转子二次谐波并带有负序功率方向闭锁的匝间短路保护。

　　多数情况下保护动作于停机。

　　3.后备保护

　　容量在1MW及以下的发电机，应装设过电流保护，容量在1MW以上的发电机宜装设复合电压起动的过电流保护;容量在50MW及以上的发电机可装设负序电流保护和单元件低电压起动的过电流保护，当灵敏度不满足要求时，可采用低阻抗保护。保护以较短时限动作于母联断路器或分段断路器(以缩小故障影响范围)或解列(断开发电机出口断路器)，以较长时限动作于停机。

　　4.负序电流保护

　　发电机应装设反应不对称过负荷、非全相运行和外部不对称短路故障的负序电流保护。保护动作于信号或解列或程序跳闸(对汽轮发电机来说，是指首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁，对水轮发电机，是指首先将导水翼关到空载位置，再跳开发电机断路器并灭磁)。

　　5.定子绕组单相接地保护

　　用以反应定子绕组单相接地故障。对于并联在发电机电压母线上运行的发电机，当发电机单相接地电流大于或等于5A时，应装设作用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，100MW以上，一般应装设消弧线圈，将单相接地电流限制在1.0-1.5A以下，而且接地保护应具有100%的保护区。100MW以下，要求保护区不小于90%。

　　6.励磁回路一点接地和两点接地保护

　　对于汽轮发电机组，应装设励磁回路一点接地保护和两点接地保护，一点接地保护动作于信号，两点接地保护动作于停机。对于水轮发电机应装设一点接地保护，且保护动作于停机。

　　7.失磁保护

　　对于容量在100MW以下不允许失磁运行的发电机，当采用直流励磁机时，应在灭磁开关断开时联锁断开发电机断路器，采用半导体励磁系统时，应装设失磁保护。此外，容量在100MW以上的发电机也应装设失磁保护。对于水轮发电机，保护动作于解列灭磁;对于汽轮发电机，保护动作于减出力，以便缩短异步运行时间尽快恢复同步运行，在不允许继续异步运行或失磁后母线电压低于允许值时，保护动作于解列灭磁(断开发电机出口断路器并灭磁)。

　　8.定于绕组、励磁绕组过负荷保护

　　在定子绕组、励磁绕组上应装设定时限和反时限过负荷保护。定时限过负荷保护动作于信号或自动减负荷、降低励磁电流。反时限过负荷保护动作于解列或程序跳闸、解列灭磁。

　　9，过电压保护

　　对于水轮发电机和容量在200MW及以上汽轮发电机，应装设定子过电压保护。保护动作于解列灭磁。

　　10.逆功率保护

　　对于容量在200MW及以上的汽轮发电机，宜装设逆功率保护。保护带时限动作于信号，经长时限动作于解列。

　　11.低频保护

　　对于容量在300MW及以上的汽轮发电机应装设低频保护。保护动作于信号并能显示低频运行的累计时间。

　　12.失步保护

　　对于容量在300MW及以上的发电机，需装设失步保护。保护通常动作于信号或解列。