发电机的保护

1．误上电及保护如何实现？

答：（1）发电机误上电情况：

发电机盘车过程中，未加励磁，出口断路器误合，造成发电机异步起动；

发电机启动、停机过程中，已加励磁，频率低于定值，出口断路器误合；

发电机启动、停机过程中，已加励磁，频率接近额定，出口断路器误合；

（2）能反应误上电的保护：

a. 逆功率保护；b. 失磁保护；c. 低阻抗保护；

（3）专用的失磁保护：

低频闭锁或断路器位置接点闭锁的过电流元件，动作电流小于盘车状态下误合闸最小电流的50％。

2．轴电流产生及对发电机的影响？

答：（1）轴电流产生：

干蒸汽与汽轮机叶片摩擦引起的静电效应产生轴电压，属电流源性质，功率小，静电刷导入大地的电流3～5mA；

轴向磁通：定子转子不在同一轴线上、励磁绕组连接不当、定子绕组内部短路、转子两点接地等引起，

交变磁通与大轴－轴承－基础回路交链产生以基波频率为主的感应电动势；

（2）二次额定电流：0.5～2mA；

反应工频量，当电机的基波漏磁通对轴电流互感器的影响大于动作电流时，可选用反应三次谐波量。

3．大机组保护功能分类及要求？

答：（1）短路保护：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，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；

（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. 过电压保护；f. 过励磁保护；

g. 逆功率保护； h. 低频保护；

（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，给系统造成较大的扰动。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；

4．如何实现发电机内部故障的保护？

答：（1）发电机纵差：可保护发电机内部全部相间故障；

（2）发电机裂相横差、不完全差动：可保护发电机内部大部分相间、匝间故障；

（3）发电机单元件横差：可保护发电机内部大部分相间、匝间故障；

（4）纵向零序电压匝间保护、工频变化量匝间方向：可保护发电机内部匝间故障、部分相间故障；

前三种方案结合或（1）、（2）、（4）三种方案结合，可以实现发电机内部故障多重主保护，对相间故障、大部分匝间故障，至少有两套以上保护动作。

5．RCS-985装置纵差保护特点？

答：（1）变斜率比例制动原理，提高内部故障灵敏度，区外故障安全性；

（2）工频变化量差动：提高满载时轻微匝间故障保护灵敏度；

（3）“异步法”饱和判据，允许TA饱和最快10ms；

（4）高灵敏比率制动差流报警：0.01Ie～0.03Ie；

6．RCS-985装置单元件高灵敏横差特点？

答：（1）相电流制动原理，区外故障可靠制动，区内故障灵敏动作；

（2）浮动门槛，躲过正常运行时不平衡电流；

（3）相当于传统横差的高定值段，不带任何制动；

7．RCS-985装置纵向零序电压匝间保护特点？

答：（1）相电流制动原理，区外故障可靠制动，区内故障灵敏动作；

（2）浮动门槛，躲过正常运行时不平衡零序电压；

（3）匝间保护高定值段，不带任何制动；

5．大型发电机有无同槽同相？同槽同相同一分支？

答：（1）大型发电机均有同槽同相的情况，比率从40％～55.6%不等；

（2）同槽同相同一分支的情况较少见，进口的日立250MW机组含16.7%的比率。

8．RCS-985装置发变组差动、变压器差动特点？

答：（1）内部相位、幅值校正，TA全星形接入；

（2）变斜率比例制动原理，提高内部故障灵敏度，区外故障安全性；

（3）涌流闭锁：二次谐波原理、波形判别原理可选；

（4）变压器工频变化量差动：提高满载时轻微匝间故障保护灵敏度；

（5）比率制动差流报警：0.05Ie～0.10Ie；

9．中性点定子接地如何发生，中性点不同接地方式有何影响？

答：（1）中性点附近水渗漏引起绝缘老化，虽未击穿，如其他靠近机端处一点接地，导致中性点电压升高，绝缘击穿，造成两点接地故障；

（2）定子绕组的机械振动也会导致绝缘的逐步损坏；

（3）中性点消弧线圈接地，电容电流小于允许值，高电阻接地（配电变），人为增大故障电流。按欠补偿运行，暂态过电压可被限制。

10．定子接地如何分析？

答：（1）求出机端、中性点三次谐波等值容抗，求出正常运行时三次谐波电压定子地电位点；

（2）假设中性点α位置一点接地，可求出机端、中性点三次谐波电压。

11．定子接地保护有那些方案？

答：（1）基波零序电压判据，可取发电机机端、中性点；

（2）三次谐波电压判据１：｜Ut｜－ k＊｜Un｜≧０,灵敏度低。

（3）三次谐波电压判据２：｜Ut＋k1*Un｜－ k2＊｜Un｜≧０，灵敏度高，但现场调试困难。

（4）外加直流法，灵敏度高，需在中性点加绝缘电容，直流电压需加50HZ阻波器。

（5）外加低频法，灵敏度较高，需外加电源和耦合TV。

12．RCS-985定子接地保护方案特点？

答：（1）基波零序电压低定值，同时取机端、中性点零序电压与门出口，高定值取中性点零序电压；

（2）三次谐波电压比率判据，只保护25％中性点定子接地，自动适应发电机并网前后，机端、中性点三次谐波电压分配变化；

（3）三次谐波电压差动，自动调整差电压为0，高灵敏度，在机组负荷大于0.2In时自动投入，TV断线、区外故障时闭锁。

13．发电机转子（励磁回路）接地种类和后果？

答：（1）各种原因造成的转子绕组绝缘下降：

a. 转子绕组匝间短路；b. 励磁回路一点接地；c. 励磁回路两点接地；

（2）转子一点接地，对发电机并未造成危害，但如再发生两点接地，威胁发电机安全：

a. 故障点流过电流，烧伤转子本体；

b. 励磁绕组过流，导致过热而烧伤；

c. 气隙磁通失去平衡，引起振动；

d. 两点接地，使轴系和汽机磁化；

14．RCS－985大机组转子接地保护方案？

答：（1）切换采样原理（乒乓式）；

（2）一点接地灵敏段动作于信号，一点接地保护可选择动作于信号和跳闸；

（3）两点接地动作于跳闸；

15．发电机失磁有哪些类型？

答：（1）励磁绕组短接造成失磁；

（2）消弧珊式灭磁开关误跳造成失磁；

（3）对常数电阻放电的灭磁开关误跳造成失磁；

（4）励磁绕组经整流器闭合短路；

（5）励磁调节器电源消失；

（6）励磁电压过低。

16．发电机失磁对系统有哪些危害？

答：（1）吸收无功，导致母线电压降低，易使系统电压崩溃；

（2）引起其他发电机过载；

（3）由于有功摆动，可能导致振荡；

17．发电机失磁对发电机有哪些危害？

答：（1）出现滑差，使转子过热；

（2）电流增大，定子过热，定子端部漏磁增强，使端部的部件等过热；

（3）有功无功剧烈摆动，发电机周期性超速，威胁机组安全。

18．发电机失磁时，各种电气量如何变化？

答：（1）失磁初始阶段：

励磁电压Ufd突然减小，定子电势E0减小，定子端电压U、定子电流I较小，滑差s和功角δ变化很小；P基本不变，Q下降。

（2）失去静稳以前：

U下降，δ上升，Q减小并反向；s缓慢增加，定子电流增大；P有所波动。

（3）静稳极限点：

P＝E0＊US／Xd；Q＝－Us＊Us／Xd。

（4）90º<δ<180º期间

Ps仍保持基本不变，Qs反向且不断增大，定子电流明显上升，定子电压明显下降；E0＝0，同步功率消失，滑差增大，发电机等值电抗减小。

（5）δ》180º

δ＝180º时，Ps=0，Qs=Qmax；δ》180º时，Ps为负值，发电机进入异步运行。

19．RCS-985失磁保护判据，推荐方案?

答：（1）失磁阻判据

定子判据：阻抗圆，异步圆、静稳圆可选；无功反向判据可选；

转子判据：低电压判据；变励磁低电压判据；

定子减出力判据：P<Pset；

母线低电压判据：三相间电压U<Uset;

（2） 开放式保护方案，推荐方案：

Ⅰ段：减出力有功判据＋转子判据；

Ⅱ段：母线判据＋定子判据＋转子判据；

Ⅲ段：定子判据＋转子判据；

Ⅳ段：定子判据。

20．为何要安装失步保护？

答：（1）大型发电机组，电抗大，惯性常数相对减小，励磁定值高响应快，系统等值电抗低，振荡时振荡中心在发电机机端附近；机端电压低，厂用电压周期性下降；

（2）失步振荡电流接近三相短路电流，大机组遭受力和热的损伤。振荡过程中的扭转转矩，周期性作用与机组轴系，使大轴损伤。

（3）失步振荡最小周期为200ms。

21．RCS－985失步保护特点？

答：（1）可靠的三阻抗元件，顺序穿越阻抗线，判为失步；

（2）能正确区分振荡中心在发变组区内、区外；

（3）最小振荡周期可靠动作；

（4）在电流减小时发跳闸命令；

（5）不具有失步预测功能。

22. 发电机在何种情况下会发生逆功率运行及危害？

答：（1）原动机能量供给停止，发电机变为电动机运行，从系统吸收能量；

（2）汽轮机：主汽门关闭，逆功率运行易使汽轮机叶片过热受损；

（3）水轮机：低水流量使转子叶片表面产生疲劳；

（4）燃气轮机：逆功率运行可能有齿轮损坏的的问题。

23. 逆功率保护继电器有哪些要求，如何实现？

答：（1）功率的测量精度高，定值范围：0.5%～10％Pn；

（2）容许较大的无功范围内，保持较高的灵敏度；

24. 程序逆功率如何实现？

答：异常运行保护：如失磁保护、频率保护、过负荷保护等保护动作于关闭主汽门（或跳开原动机），发电机功率反向，逆功率保护经主汽门位置接点动作于跳闸。

25．发电机频率保护有何危害？

答：（1）低频或高频，将使汽轮机叶片发生谐振，使材料疲劳，造成汽轮机叶片即其拉金的断裂事故；

（2）低频，威胁厂用电的安全；

26. RCS-985频率保护如何配置？

答：（1）配置4段低频保护，在机组并网后投入。

发电机低频Ⅰ、Ⅱ段具有时间累计功能；

发电机低频Ⅲ、Ⅳ段为连续低频保护；

（2）配置两段过频保护，过频Ⅰ段具累计功能，过频Ⅱ段为连续过频保护。过频保护在并网前后均投入。

（3）每段频率均可选择动作于跳闸或信号。

27. 过负荷的功效和配置？

答：（1）大型发电机，定子和转子的材料利用率很高，其热容量与铜损的比值较小，热时间常数较小。

（2）定子过负荷配置定、反时限功能，反时限由定子绕组热容量决定；

（3）励磁绕组过负荷配置定、反时限功能，可以配置在直流侧，也可配置在交流

28．转子表层负序过负荷功效和配置？

答：（1）系统不对称短路，或三相负荷不对称时，负序电流流过发电机定子绕组，在转子感应出倍频电流。

流过转子表层，烧伤转子；

形成局部高温，危及机组的安全；

产生倍频交变电磁力矩，引起倍频振动；

（2）配置：定、反时限负序过负荷保护

a. 长期承受的负序电流I2∞；

b. 发电机短时负序转子发热常数A；

c. 动作方程：

（3）电力系统运行对A值的要求

a. 机端两相短路，由于灭磁时间长，要求A值不小于5.0；

b. 高压侧两相短路，对于近后备（0.5s），A值不大于1.5；

29．反时限方程与转子烧损不匹配？

答：（1）未考虑非周期分量对转子的附加发热；

（2）负序电流较小时，不考虑散热，对应误差大；

（3）未考虑负序电流变化时，转子的发热、散热相互交替。

30. 过励磁保护的起因？

答：（1）多次反复过励磁，将因过热而使绝缘老化，降低设备的使用寿命；

（2）变压器过励磁，铁损增加，铁芯温度上升；漏磁场增强，产生涡流损耗，严重过热，加速绝缘损坏；

（3）发电机过励磁：

a. 铁芯饱和后谐波磁密增强，使附加损耗加大，引起局部过热；

b. 铁芯背部漏磁场增强，使定位筋和铁芯中的电流急剧增加，引起过热，局部烧伤；

（4）升压变过励磁原因：

a. 发电机并网前，误加较大的励磁电流，造成过励磁；

b. 发电机启停机过程中，转速偏低而电压误升为额定值，引起过励磁；

c. 机组切除时，主汽门关闭，断路器跳开，灭磁开关拒动；

d. 机组解列时，励磁装置自动调整失灵，电压迅速升高，U/F上升，引起变压器过励磁；

e. 突然甩负荷，励磁调节系统和原动机调速系统的惯性，U上升快于F，造成过励磁；

31．过励磁能力及RCS－985过励磁保护实现方法？

答：（1）发变组单元过励磁倍数由发电机限制，发电机额定电压一般高于变压器额定电压，考虑此种情况时，过励磁倍数可能由变压器决定；

（2）设一段定时限报警，两段定时限跳闸；

（3）反时限保护，装置给出8组定值，采用插值法拟合反时限曲线；

32．RCS－985过电压保护特点？

答：（1）过电压保护取自机端两组TV，TV断线自动切换；

（2）满负荷时突然甩去全部负荷，转速上升，励磁电流不能突变，导致过电压；

（3）允许频率变化范围：15Hz～90Hz；

33．启停机过程中如何保护发电机？

答：（1）对于低转速下可能加励磁电压的发电机，需装设反应定子接地故障和反应相间短路故障的保护，保护功能不受频率变化影响；

（2）发电机、变压器、高厂变，RCS-985各装设一组差回路过流保护，定值大于额定频率下满负荷时的差动不平衡电流；

（3）RCS-985装设在发电机中性点的零序过电压保护，不考虑三次谐波滤除；

（4）以上保护在低频工况下投入，正常工频运行时退出；

（5）未加励磁的发电机，只有外加电源的定子接地保护才能检测定子绝缘情况；

继电保护基础知识6：发电机保护

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