发布时间 : 星期一 文章《电力系统继电保护（第二版）》读书笔记 - 图文更新完毕开始阅读
机额定工况下差动回路中的最大不平衡电流，主要由两侧的TA变比误差、二次回路参数及测量误差（简称为二次误差）引起，并与纵差动保护两侧TA暂态特性有关。通常取Id.min＝0.3IgN（IgN为发电机额定电流）。在数字保护中，可由软件有效地减小上述稳态误差，因此启动电流的不平衡更多的是指暂态不平衡。
拐点电流Ires.min的大小决定保护开始产生制动作用的电流的大小。在启动电流Id.min及动作特性曲线的斜率K保持不变的情况下，Ires.min越小，差动保护的动作区越小，而制动区增大；反之亦然。因此，拐点电流的大小直接影响差动保护的动作灵敏度，通常取Ires.min＝(0.5～1.0)IgN。
发电机横差保护：发电机每相由两个或两个以上并联分支绕组组成，正常运行时，各绕组中的电动势相等，流过相等的负荷电流。当同相内非等位点发生匝间短路时，各绕组中的电动势就不再相等，因而会出现因电动势差而在各绕组间产生的环流。利用这个环流，可以实现对发电机定子绕组匝间短路的保护，构成裂相横差动保护。匝间短路可发生在一个分支绕组内部和两个关联分支绕组间。
单元件横差动保护是在具有多分支的定子绕组且有两个以上中性点引出端子的发电机上，TA接于发电机中性点的连线上。它能反应定子绕组匝间短路、分支线棒开焊及机内绕组相间短路。保护动作电流必须克服发电机不同中性点之间存在的不平衡电流，一般取Iset＝(0.2～0.3)IgN。
纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护：发电机定子绕组在其同一分支匝间或同相不同分支间短路故障，均会出现纵向不对称（即机端相对于中性点出现不对称），从而产生所谓的纵向零序电压。该电压由专用电压互感器（互感器一次中性点与发电机中性点通过高压电缆连接起来，而不允许接地）的开口三角形绕组两端取得，当测量到纵向零序电压超过定值时，保护动作。整定式为U0.set＝KrelU0.max，Krel为可靠系数取1.2～1.5，U0.max为区外不对称短路时最大不平衡电压。U0.set一般取2.5～3V。为防止区外故障时匝间短路保护误动作，可增设负序功率方向元件。
7.3 发电机定子绕组单相接地保护
发电机容易发生绕组线棒和定子铁芯之间绝缘的破坏，形成定子单相接地故障，占定子故障的70％～80％。发电机定子绕组对地电容较大，单相接地时故障点的电容电流较大。接地故障会引起接地弧光过电压，导致发电机其他位置绝缘破坏形成相间或匝间短路。
发电机容量越大，其接地电容电流也随之增大，为了防止故障电流烧坏铁芯，有的发电机装设了消弧线圈，通过电感电流与接地电容电流的抵消，补偿故障接地的容性电流，把定子绕组单相接地电容电流限制在规定的允许值内。一般采用欠补偿运行方式，这样有利于减小电力变压器耦合电容传递的过电压。
发电机中性点高阻接地方式即中性点经配电变压器接地，配电变压器的二次侧接小电阻，高阻接地方式主要限制发电机单相接地时的暂态过电压，防止暂态过电压破坏定子绕组绝缘，但另一方面也人为地增大了故障电流。
故障零序电压为机端各相对地电动势之各的1∕3，各相对地电动势又为各相电动势相对于故障相故障点处的电动势。故障零序电压同时又等于－αEφ（Eφ为发生接地故障相的电动势，α为故障点到定子绕组中性点处的距离，取相对于全部绕组的百分数），零序电压将随着故障点位置的不同而改变，当α＝1时即机端接地，故障点的零序电压最大，等于额定相电压（二次保护电压值100V）。
发电机电压网络的接地电容电流大于允许值时，不论该网络是否装有消弧线圈，接地保护都动作于跳闸；当接地电流小于允许值时，接地保护动作于信号，以待停机检修。
零序电压可取自发电机端TV的开口三角绕组或中性点TV二次侧（或者从发电机中性点接地消弧线圈或配电变压器的二次绕组取得）。
影响不平衡零序电压3U0的因素主要有：三次谐波电势、三相TV各相间的变比误差，电压系统中三相对地绝缘不一致及主变压器高压侧发生接地故障时由变压器高压侧传递到低压侧影响低压侧的零序电压。
目前100％定子接地保护一般由两部分组成：一部分是零序电压保护，保护定子绕组的85％以上，另一部分需由其他原理（如三次谐波原理或叠加电源方式原理）的保护共同构成。
由于发电机气隙磁通密度的非正弦分布和铁芯饱和的影响，在定子绕组中感应的电动势除基波分量外，还含有高次谐波分量，其中三次谐波分量是零序性质的分量。
中性点不接地和经消弧线圈接地的发电机在连网状态正常运行时中性点侧N的三次谐波电压UN3总是大于发电机端S的三次谐波电压US3。如果利用机端三次谐波电压US3作为动作量，而用中性点三次谐波电压UN3作为制动量来构成定子绕组单相接地保护，以US3≥UN3作为保护的动作条件，则在正常运行时保护不动作。而当中性点附近（50％范围内）发生接地时，US3将大于UN3，保护动作，并且当故障点越靠近中性点时保护的灵敏性就越高。
利用零序电压和叠加电源构成的发电机100％定子绕组单相接地保护。
7.4 发电机负序电流保护
当电力系统中发生不对称短路或在正常运行情况下三相负荷不平衡时，在发电机定子绕组中将出现负序电流。此电流在发电机空气隙中建立的负序旋转磁场为2倍同步转速，将在转子上感应出100Hz的倍频电流。会使转子上电流密度很大的部位如转子端部、护环内表面等受热，并引起转子大轴和定子机座的振动。
发电机负序过电流保护是对定子绕组电流不平衡而引起转子过热的一种保护，为发电机的主保护之一，此外，还与低电压启动的过电流保护配合，提高作为相邻元件后备保护不对称短路时的灵敏度。
定时限负序过电流保护采用两段式，Ⅰ段与单相式低电压启动过电流保护并联工作，动作于发电机跳闸，Ⅱ段在负序电流超过发电机的长期允许值时发发电机不对称过负荷信号。
汽轮发电机长期允许负序电流为6％～8％的额定电流，水轮发电机为12％的额定电流。
两段式定时限负序过电流
保护的动作特性不能与发电机允许的负序电流曲线很好的配合，因此在100MW及以上的发电机应装设能够模拟发电机允许负序电流曲线的反时限负序过电流保护。它由上限定时限、反时限、下限定时限三部分组成。
7.5 发电机的失磁保护
失磁故障形式：励磁绕组直接短路或经励磁电机电枢绕组闭路而引起的失磁，励磁绕组开路引起的失磁、励磁绕组经灭磁电阻短接而失磁，励磁绕组经整流器闭路（交流电源消失）失磁。
发电机的感应电动势ēd随着励磁电流的减小而减小，电磁转矩将小于原动机的转矩，引
起转子加速，使发电机的功角δ增大。当δ超过静态稳定极限角时，发电机与系统失去同步。发电机失磁后将从电力系统中吸取感性无功功率。转子回路中的感应电流将产生异步转矩，当异步转矩与原动机转矩达到新的平衡时，即进入稳定的异步运行。
发电机失磁前带的有功功率越大，失磁后转差率就越大，从系统吸收的无功功率也就越大，发电机将因过电流使定子过热。由于从电力系统中吸收无功功率将引起系统的电压下降。发电机在重负荷下失磁后，转矩、有功功率要发生周期性摆动，将有很大的电磁转矩周期性地作用在轴系和机座上，引起机组振动。
失磁后发电机的转速超过同步转速，在转子及励磁回路中将产生频率为fg－fs（fg为发电机转速的频率，fs为系统的频率）的差频电流，差频电流在转子回路中产生的损耗将使转子过热。
由于汽轮发电机异步功率比较大，调速器也较灵敏，因此当超速运行后，调速器立即关小汽门，使汽轮机的输出功率与发电机的异步功率很快达到平衡，在转差率小于5％的情况下即可稳定运行，故汽轮发电机在很小转差下异步运行一段时间原则上是完全允许的。而水轮发电机一般不允许在失磁后继续运行。
功角δ：发电机的同步电动势ēd和并列的电力系统的相电压ūs之间的夹角。发电机送到
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受端的功率S＝P－jQ，其中P＝EdUs∕XΣ2sinδ，Q＝EdUs∕XΣ2cosδ－Us∕XΣ, XΣ为发电机的同步电抗Xd与发电机到系统之间的联系电抗Xs之和（发电机到系统的总电抗）。tgφ＝Q∕P。在正常运行时，δ＜90°；δ＝90°为稳定运行的极限；δ＞90°时发电机失步。
发电机失磁后，转子电流逐渐减小，发电机的电磁功率P开始减小，由于原动机所供给的机械功率还来不及减小，于是转子逐渐加速，使ēd与ūs之间的功角δ随之增大，P又要回升，sinδ的增大与的ēd减小相互补偿。而无功功率Q将随着ēd的减小和δ的增大而迅速减小，并由正变为负，吸收感性的无功功率。
发电机端的测量阻抗Zg＝ūg∕ī，ūg为发电机机端的相电压，ī为发电机的定子电流。Zg
在复阻抗平面上是一个圆的方程式，正常运行时向外输送有功功率和无功率，Zg位于第一象限。发电机在欠激运行或失磁后，从系统吸收无功功率，Zg沿等有功阻抗圆向第四象限移动。
失磁保护的转子判据，是根据失磁后转子励磁绕组电压uf初期下降（以至到负）的特点来判别。其整定有两种方式：（1）固定值ufset＝0.8uf0，uf0为发电机空载励磁电压；（2）按当前有功负荷下失磁静稳边界（δ＝90°）所对应的励磁电压整定，整定值随有功功率改