发电机故障和异常状态

发电机的继电保护

　　（一）发电机的故障类型、不正常工作状态及其保护方式。 

相对变压器而言，发电机更加负责，变压器有原边绕组，副边绕组，通过铁芯，磁场来将原边和副边连接起来，进行磁耦合，来实现能量的传递。发电机，有转子绕组，定子绕组，转子铁芯，定子铁芯。在发电机中有静止的部分，也有旋转的部分，通过定子去切割气隙中的磁场，在定子上感应电势，产生电流。将转子上所接收到的机械能，带动转子转动，通过磁场将机械能转化为电能，通过定子绕组输送出去。发电机内部有时间变化量，定子上感应的电流，电压，呈正弦变化，还有空间变化。

　　发电机的故障状态以及不正常状态相对于变压器来说，就复杂得多。发电机相对非常贵重，使得它的重要程度升高。

1、 发电机的内部故障：

　　有定子绕组的故障和有转子绕组的故障。有静止部分的故障和有旋转部分故障。

　　（1）定子绕组的相间短路：危害大。

　　（2）定子绕组一相的匝间短路：可能发展为单相接地短路和相间短路。

对发电机有直接的危害。

　　（3）定子绕组单相接地：较常见，一般中性点不接地，或高阻接地，没有较大的单相电流，如果电流值大于5A的话，可造成铁芯烧伤或局部融化。

　　（4）转子绕组一点接地或两点接地：一点接地时危害不严重；两点接地时，因破坏了转子磁通的平衡，可能引发发电机的强烈震动或将转子绕组烧损。

一般给转子绕组通入直流电流，让其产生旋转磁场，使定转子之间形成磁路的耦合，使转子获得的机械能通过磁场传输到定子上。一般来说，转子绕组是接在正负电源之间，转子上本身是没有接地点的，只有正负极，也就是没有零电位，发生一点接地时，也就是相当于出现了一个零电位，形成不了回路，对发电机没有直接的危害，但是，如果发生两点接地，就相当于形成了一个短路状态，此时，会有非常大的短路电流，造成了磁场的畸变，使转子局部发热，同时，会在定子感应较大的短路电压，定子铁芯易饱和，机组会出现发热现象，同时，由于磁场的不均匀，使得它收到磁力的作用也不均匀，会引起发电机组的震动，对发电机有直接的危害。不允许发电机继续运行，必须马上退出运行。

　　（5）转子励磁回路电流急剧下降或消失：从系统吸收无功功率，造成失步，从而引起系统电压下降，甚至可使系统崩溃。

本来通过转子建立磁场，建立连接桥梁，转子励磁电流急剧下降，会使得转子的一部分机械能无法转换为电能，使得转子的转速升高，外部连接的系统中的电流会建立连接桥梁，从而传递机械能，本来是向系统中发送无功功率，现在变成了向系统中吸收无功功率，无功功率和系统中的电压有直接联系，无功功率充足，系统中的电压能够保持较高的水平，无功功率不足，电压下降，甚至可能使得系统崩溃。

　　（二）发电机的不正常运行状态

　　（1）外部短路或系统振荡引起的定子绕组的过电流

　　（2）定子绕组引起的三相对称过负荷。发电机的抗过负荷能力远小于变压器，变压器作为静止元件，没有旋转部分，当过负荷时，能够通过变压器油有效地冷却。发电机有高速旋转部分，本身发热量较大，其散热也没有像变压器油那样比较好的进行散热，一般不允许过负荷状态，一般过负荷，会发生报警信号。

　　（3）外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序电流。

发电机作为旋转元件，当其出现负序电流时，会产生一个反转的磁场，发电机的工作原理是其转子上加上一个励磁电流后产生磁场，随着转子的旋转，这个磁场会跟着转子一起旋转，磁场在定子绕组上感应电势，产生三相交流电。三相交流电同样会合成一个旋转磁场，这个磁场在一般情况下转子磁场保持静止状态，对于负序电流，转子磁场正转，而定子负序电流所产生的这个磁场反转，磁场抵消，磁场很弱，机组振动。

　　（4）突然甩负荷而引起的定子绕组过电压。

　　（5）励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷。

　　（6）汽轮机主气门突然关闭而引起的发电机逆功率运行以及低频、失步、过励磁等。

主汽轮提供机械能，突然关闭，转子由于惯性接着旋转，这个时候会出现从系统吸收机械能，发电机的逆功率运行。对发电机而言，转子转速下降，其频率下降，出现转子转子转速接近于发电机的谐振转速。发电机的转子转速和系统的额定转速不能保持一致，为失步，比如发电机震荡引起。过励磁为定子铁芯中的磁场严重饱和，对30万以上的发电机组要考虑的，为了充分利用有色金属材料，也为了缩短转轴的长度，容易出现过励磁状态。

　　（三）发电机的保护配置

　　（1）定子绕组相间短路保护（1MW以上一般采用差动保护）

　　（2）定子绕组匝间短路保护。

变压器的匝间保护靠瓦斯保护来反应，而发电机中的定子绕组的相间短路保护和匝间短路保护共同构成发电机的主保护。

　　（3）定子绕组接地保护（100MW以上发电机应有100%保护区）

在定子绕组中任意一点发生单相短路，都能反应。

　　（4）励磁回路一点及两点接地保护；

　　（5）励磁电流异常下降或消失保护（100MW以上发电机）

　　 一般叫做低励失磁保护。

　　（6）发电机外部相间短路保护

　　一般作为发电机相间短路的远后备。

　　（7）定子绕组过负荷保护

　　（8）转子表层（负序）过负荷保护；（50MW以上发电机）

　　（9）定子绕组过电压保护。

　　（10）励磁绕组过负荷保护（100MW以上发电机）

　　（11）发电机逆功率保护（200MW以上汽轮机）

　　（12）发电机低频保护（300MW以上汽轮机）

　　（13）失步保护（300MW以上汽轮机）

　　（14）定子铁芯过励磁保护；

　　（15）其他故障及异常运行保护。