同步发电机保护第一节发电机的故障、不正常运行状态及其保护一、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。
第二节 发电机纵联差动保护纵差保护作为发电机定子绕组及引出线相间短路的主保护。
可以由带有速饱和变流器的差动继电器（如BCH-2）构成。
对于容量在100MW及以上的发电机，为了提高保护的灵敏度，需采用比率制动式差动继电器(LCD-12)构成。
一、用BCH—2型继电器构成的发电机纵联差动保护(一)纵联差动保护原理接线采用BCH—2型差动继电器构成的发电机纵差动保护原理接线图测量元件：三个BCH-2差动继电器，它的动作电流按躲过电流互感器二次断线和外部短路最大短路电流整定。
断线监视继电器4LJ：接于差动回路的中性线上，它的动作电流按躲过正常运行情况下差动回路的中性线中的最大不平衡电流整定（0.2Ife）（二）保护工作情况1、正常情况：每相差动回路两臂电流基本相等，流入差动继电器的电流近似等于零，小于继电器的动作电流，继电器不动作。
差动回路三相电流之和流入断线监视继电器，该电流近似于零，它小于断线监视继电器的动作电流，断线监视继电器不动作。
2、发电机定子绕组及引出线发生相间短路：短路相的差动继电器中流过短路电流使之动作，其触点闭合起动相应的信号继电器发出信号，告诉值班人员，差动保护已动作。
同时起动出口继电器，跳开发电机出口断路器和发电机的灭磁开关，使发电机转子灭磁，并关闭主汽门。
内部相间短路时，差动回路的三相电流之和仍然接近于零，因此断线监视继电器不会动作。
3、电流互感器二次回路断线：装设于发电机中性点侧的电流互感器，由于发电机的振动，其二次接线端子可能松动，造成二次回路断线。
断线相的二次电流流过断线监视继电器的线圈，使之动作，经一定延时发出信号。
该保护在发电机中性点附近三相短路时，存在死区。
二、由比率制动式差动继电器构成的纵联差动保护大型机组的次暂态电抗较大，且定子绕组采用水内冷的冷却方式，其中性点附近也可能发生相间短路，这就要求进一步减小发电机纵差动保护的动作死区,一般要求在5%以下，相应地保护的动作电流应减小为0.2～０.3倍发电机的额定电流、显然，采用ＢＣ Ｈ－２型继电器构成的纵差动保护，对大型机组来说，仍不能满足要求。
再者，ＢＣ Ｈ－２型继电器具有速饱和变流器，在发电机内部故障时，由于非同期分量的作用，将延缓保护的动作。
因此对大型机组，普遍采用性能更好的整流型或晶体管型比率制动式纵差保护。
(一)由LCD—12型继电器构成的发电机纵差保护接线发电机纵差保护单相原理接线图整流型比率制动式纵差动保护的动作条件是，当其动作量大于制动量时，保护动作。
正常情况或外部短路时，动作量是发电机两侧电流之差，制动量是发电机两侧电流之和，动作量小于制动量，保护不会误动。
保护区内短路时，动作量是发电机两侧短路电流之和，制动量是发电机两侧短路电流之差，动作量大于制动量，保护动作。
该保护的动作电流随外部短路电流的升高而升高，所以能较好地躲过外部短路对保护的影响。
保护的最小动作电流按照大于发电机在最大负荷情况下的不平衡电流整定，以保证在最大负荷电流情况下，保护不误动作。
（二）纵差保护参数整定计算1．最小动作电流：按躲过最大负荷下差回路的不平衡电流整定。
运行中的设备可由实测决定，但不能小于继电器固有动作电流，规程要求具有比率制动的发电机差动保护的动作电流为：Ioper=(0.1-0.3)In/nTA2．制动特性斜率：按定义在工程中，为保证可靠起见，制动系数不宜过小，一般建议取0.3~0.4。
动作特性：3．灵敏系数校验：按单机运行时，发电机出口两相短路校验因为是单机运行，所以发电机出口两相电流时，只有一个制动线圈中流过短路电流，故继电器动作电流为第三节同步发电机定子绕组匝间短路保护在大容量发电机中，每相有两个并联分支，每个分支的匝间或分支之间的短路，称为匝间短路故障。
如下图所示。
同步发电机定子绕组每相可能只有一个绕组，但容量较大的发电机也可能每相有两个并联绕组。
定子绕组的匝间短路，包括同一相绕组的匝间绝缘损坏，同相两并联分支之间的绝缘损坏故障。
这种故障，纵差动保护是不能反应的。
而且定子绕组匝间短路后，短路环内的电流可能很大，若不及时处理，将导致定子绕组单相接地或发展成为相间短路，所以在发电机（尤其是大型机组）上装设匝间短路保护是完全必要的。
一、单元件式横联差动保护（习惯简称横差保护）1．横差保护接线及原理单元件式横差保护原理接线图（一） 接线特点：1、为消除不平衡电流中的三次谐波的影响，降低动作电流，以便提高保护灵敏度，在继电器设有三次谐波滤波器Z。
2、当励磁回路发生瞬时性两点接地时，为了避免横差保护动作而引起跳闸，故在转子发生一点接地后，将横差保护装置的连接片XB接入时间继电器KT，使横差保护带有0．5—1s延时。
（二）保护工作情况当在同一个分支发生匝间短路时，如图（a）所示，由于同相两分支电势不等，故有电流流过中性点连线上的电流互感器，若该电流大于继电器的动作电流时，横差保护动作。
发生匝间短路时电流分布当不同分支间发生短路，如图（b）所示，则构成上、下两个闭合回路。
当≠时，在上、下两闭合环路分别产生电流，此时两中性点连线上有电流流过继电器，如大于继电器动作电流时，保护装置动作。
当同一个分支短路匝数很小，或不同分支间短路时与相差不大，致使环流数值可能小于继电器动作值，保护装置不动作，即保护存在死区。
2．横差保护动作电流横差保护动作电流，应按躲过机端三相短路故障时的最大不平衡电流整定。
由于不平衡电流难以计算，实际上常根据运行经验来整定保护动作电流，即式中IN——发电机额定电流。
单元件式横差保护，对电流互感器无特殊要求，但应满足动稳定要求，其变比按发电机额定电流的25％选择。
评价：接线简单，灵敏度高以及同时对匝间短路和线棒开焊故障起保护作用的优点；其缺点是该保护只能应用在中性点具有六个引出端的发电机，并且保护有死区。
对于大型机组，由于在技术上及经济上的原因，发电机中性点侧只引出三个端子；更大型的机组甚至只引出一个中性点；还有一些发电机定子绕组没有并列分支。
所有这些发电机可装设下述两种原理的匝间短路保护。
二、纵向零序电压匝间短路保护定子绕组发生匝间短路时，定子侧有纵向零序电压，为取得纵向零序电压，必须装设专用的电压互感器，其一次侧中性点必须与发电机中性点直接相连而不能再接地如图中的TV。
因TV中性点不接地，所以一次绕组应该是全绝缘的，不能用于测量相对地电压。
纵向零序电压间短路保护对其中性点零序电该保护是按照反应发电机机端压原理构成的。
发电机正常运行时，机端不出现基波零序电压。
相间短路时，也不会出现零序电压。
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，因此三相对中性点电压仍然对称，不出现零序电压。
这些情况下，保护是不动作的。
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，这种情况下，保护动作。
实践证明，正常运行或外部相间短路故障时，TV的开口三角形绕组输出不平衡电压主要是三次谐波电压，为此图中设置了三次谐波阻波器，以提高匝间短路时的灵敏度。
由于三次谐波电压几乎随短路电流线性增大，为防止外部短路故障引起KVZ误动作。
需增设负序功率方向继电器KWN，在外部短路故障时KWN动作对KVZ进行闭锁。
此外，为防止TV电压回路断线引起KVZ误动作，还增设电压回路断线闭锁继电器，如图中所示。
三、测量励磁绕组二次谐波电流的匝间短路保护当发生匝间短路时，出现纵向不对称产生负序分量。
其负序功率方向是由发电机指向系统，定子负序电流在发电机转子回路内感应出100Hz的倍频电流。
当外部发生不对称短路时，虽然负序电流在转子中仍感应出100Hz的交流，但其负序功率方向却相反，是由系统指向发电机。
当电压互感器二次侧发生断线时，其二次侧也会出现负序电压，但发电机定子无负序电流，故在发电机转子回路中无100Hz倍频电流。
所以，利用负序功率方向继电器和100Hz倍频电流继电器组成与门，构成匝间短路保护，其原理接线如图所示。
测量励磁绕组二次谐波电流的匝间短路保护原理图当定子绕组发生匝间短路时，KWN和K同时动作，经KWN和K两触点串联接通跳闸回路。
当外部发生不对称短路时，KWN不动作，只有K动作，所以匝间短路保护不动作。
当电压互感器一次侧或二次侧断线时，虽然KWN动作。
但K不动作，故匝间短路保护也不会动。
