0 引言

發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，它的安全運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)的連續(xù)工作和對(duì)用戶不間斷供電起著決定性的作用。為此，在發(fā)電機(jī)上應(yīng)裝設(shè)比較完善的保護(hù)裝置是十分必要的。

1 發(fā)電機(jī)的故障和不正常工作狀態(tài)

1.1 發(fā)電機(jī)的故障（主要指電氣方面的故障）

定子故障有：

1）定子繞組的相間短路（即三相或兩相短路），會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，故障點(diǎn)的電弧會(huì)使繞組絕緣燒壞，甚至可能引起火災(zāi)；

2）定子繞組同一相的匝間短路，這種故障的機(jī)會(huì)雖不多，但由于短路點(diǎn)電流很大，使故障處溫度升高，而導(dǎo)致絕緣破壞，可能發(fā)展成單相接地或相間短路；

3）定子繞組單相接地，通常是指一相繞組碰殼，這時(shí)發(fā)電機(jī)電壓系統(tǒng)的電容電流流過定子鐵芯，當(dāng)該電流較大時(shí)，可能使鐵芯局部熔化，對(duì)修理工作造成很大困難，還可能擴(kuò)大為相間短路。

轉(zhuǎn)子繞組的故障有：

1）轉(zhuǎn)子繞組的一點(diǎn)接地，當(dāng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，由于沒有構(gòu)成接地電流通路，故對(duì)發(fā)電機(jī)沒有直接危險(xiǎn)，但若再發(fā)生另一點(diǎn)接地，就造成兩點(diǎn)接地短路。

2）轉(zhuǎn)子繞組的兩點(diǎn)接地短路，將使轉(zhuǎn)子部分繞組被短接，破壞了磁路的對(duì)稱性，可能引起發(fā)電機(jī)的強(qiáng)烈振動(dòng)，甚至?xí)艳D(zhuǎn)子繞組燒毀，尤其對(duì)凸極式轉(zhuǎn)子的水輪發(fā)電機(jī)和同步調(diào)相機(jī)，危險(xiǎn)就更大。

3）轉(zhuǎn)子失去激磁電流，由于轉(zhuǎn)子繞組斷線或自動(dòng)滅磁開關(guān)誤動(dòng)作等原因造成的失磁故障，使同步發(fā)電機(jī)變?yōu)楫惒竭\(yùn)行，從系統(tǒng)吸取大量無功功率，以至發(fā)電機(jī)端電壓降低及定子電流增大，引起電機(jī)過熱，威脅安全運(yùn)行。

1.2 發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行情況

發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行情況主要有：

1）由于外部短路、非同期重合閘以及系統(tǒng)振蕩等引起的過電流；

2）由于負(fù)荷超過發(fā)電機(jī)的額定值，或負(fù)荷不對(duì)稱而引起的過負(fù)荷（包括對(duì)稱和不對(duì)稱過負(fù)荷兩種）；

以上兩種情況，都將引起發(fā)電機(jī)定子電流增大和溫度升高，從而加速絕緣老化，縮短電機(jī)壽命，同時(shí)，長(zhǎng)期過熱也可能引起發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障。

3）由于突然甩掉負(fù)荷引起的過電壓，這種情況主要是發(fā)生在水輪發(fā)電機(jī)和大型汽輪發(fā)電機(jī)中，因?yàn)樗啺l(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)慣性大，中間再熱式的大型汽輪發(fā)電機(jī)功頻調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過程比較遲緩，在突然甩負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)速急劇上升，以致引起過電壓。

2 發(fā)電機(jī)的保護(hù)方式

根據(jù)《繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，發(fā)電機(jī)應(yīng)依機(jī)組容量的大小、類型，重要程度及特點(diǎn)，考慮裝設(shè)下列有關(guān)保護(hù)，用于反應(yīng)發(fā)電機(jī)的各種故障及不正常工作狀態(tài)。

1）縱差動(dòng)保護(hù)，用于反應(yīng)發(fā)電機(jī)線圈及其引出線的相間短路。

2）匝間短路保護(hù)，用于反應(yīng)定子繞組同一相匝間或分支短路。

3）單相接地保護(hù)，反應(yīng)定子繞組單相接地故障。在不裝設(shè)單相接地保護(hù)時(shí)，應(yīng)利用絕緣監(jiān)視裝置發(fā)出接地故障信號(hào)。

4）過電流保護(hù)，用于切除發(fā)電機(jī)外部短路引起的過電流，并作為發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障的后備保護(hù)。

5）不對(duì)稱過負(fù)荷保護(hù)，反應(yīng)不對(duì)稱負(fù)荷引起的過電流，一般在五萬千瓦及以上的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)此保護(hù)，動(dòng)作于信號(hào)。

6）對(duì)稱過負(fù)荷保護(hù)，反應(yīng)對(duì)稱過負(fù)荷引起的過電流，一般應(yīng)裝設(shè)于一相的過負(fù)荷信號(hào)保護(hù)。

7）過電壓保護(hù)，用于反應(yīng)水輪發(fā)電機(jī)和大型汽輪發(fā)電機(jī)突然甩掉負(fù)荷時(shí)引起的定子繞組的過電壓。

8）勵(lì)磁回路的接地保護(hù)，在水輪發(fā)電機(jī)上一般應(yīng)裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)，小容量機(jī)組可采用定期檢測(cè)裝置，對(duì)于大容量和轉(zhuǎn)子水冷的汽輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)，對(duì)兩點(diǎn)接地應(yīng)裝設(shè)兩點(diǎn)接地保護(hù)，在發(fā)生一點(diǎn)接地后投入。

9）失磁保護(hù)，反應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁消失，可采用失磁保護(hù)，或利用自動(dòng)滅磁開關(guān)的輔助接點(diǎn)聯(lián)鎖跳開發(fā)電機(jī)斷路器。

為了快速消除發(fā)電機(jī)故障，在保護(hù)動(dòng)作于發(fā)電機(jī)斷路器跳閘的同時(shí)，應(yīng)動(dòng)作于自動(dòng)滅磁開關(guān)，將發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路斷開，以使定子回路不再感應(yīng)電勢(shì)供給故障點(diǎn)的短路電流。

3 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的構(gòu)成

發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路是發(fā)電機(jī)內(nèi)部最嚴(yán)重的故障，因此，要求裝設(shè)快速動(dòng)作的保護(hù)裝置，當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)每相有引出線時(shí)，可裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)（簡(jiǎn)稱“縱差”）保護(hù)作為發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路的主保護(hù)。

為了實(shí)現(xiàn)此種保護(hù)，在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)與靠近出口端斷路器處應(yīng)裝設(shè)同一型號(hào)和變化的兩組電流互感器1LH和2LH，兩組電流互感器之間，即為縱差保護(hù)的保護(hù)區(qū)。電流互感器二次側(cè)按循環(huán)電流法接線，設(shè)兩端電流互感器的同極性端子朝向同一方向，則兩個(gè)互感器的二次側(cè)異極性相連，并在兩連線之間并聯(lián)接入電流繼電器，在繼電器線圈中流過的電流是兩側(cè)電流互感器二次電流之差，故稱它為差動(dòng)回路，該繼電器是反應(yīng)兩側(cè)（同一相）電流互感器二次電流之差而動(dòng)作的，故稱它為差動(dòng)繼電器。

由于縱差保護(hù)不反應(yīng)負(fù)荷電流與外部短路電流，只反應(yīng)兩側(cè)電流互感器之間故障時(shí)的電流，故保護(hù)不必與其它保護(hù)作時(shí)限上的配合，可瞬時(shí)動(dòng)作。

從理論上講，正常及外部短路時(shí)，差動(dòng)回路中的電流為零。事實(shí)上，由于1LH和2LH裝設(shè)處到保護(hù)盤（即差動(dòng)繼電器安裝處）的距離不同，以及兩側(cè)電流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常和外部短路時(shí)，差動(dòng)回路中存在有差電流（即不平衡電流），尤其在外部短路初瞬間其值更大，為了防止在外部短路時(shí)所引起的最大不平衡電流，不致使保護(hù)誤動(dòng)作，并保證保護(hù)裝置有足夠的靈敏度，應(yīng)采取必要的措施，來消除或減小不平衡電流的影響。

4 減小不平衡電流提高保護(hù)靈敏度的措施

1）為了減小穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流，保護(hù)應(yīng)采用型號(hào)、性能完全相同的D級(jí)鐵芯電流互感器，當(dāng)外部短路故障的最大短路電流通過時(shí)，電流互感器應(yīng)能滿足10%誤差曲線的要求。

2）采用中間速飽和變流器。為了減小暫態(tài)過程中最大不平衡電流（非周期分量）的影響，差動(dòng)繼電器應(yīng)經(jīng)中間速飽和變流器接入差動(dòng)回路。速飽和變流器（SHB）的作用是，外部短路初始瞬間出現(xiàn)的最大不平衡電流，含有很大的非周期分量，使鐵芯很快單方向飽和，致使該不平衡電流難于傳變到繼電器回路中去，當(dāng)非周期分量衰減后（不平衡電流的最大值出現(xiàn)在短路后的幾個(gè)周波，但衰減很快）。因此，速飽和變流器能成功地躲過不平衡電流中非周期分量的影響，從而可使保護(hù)裝置動(dòng)作電流的整定只要計(jì)及周期分量，即減小了保護(hù)的動(dòng)作電流，提高了其靈敏度。具體實(shí)施時(shí)有下述兩種方法：

1）采用FB—1型中間速飽和變流器和DC—11型差動(dòng)繼電器成套使用的接線，由于它躲過不平衡電流的性能不夠理想，故制造廠家早已停產(chǎn)，但在部分電廠和變電所中尚有仍在使用的。

2）采用BCH—2型差動(dòng)繼電器的接線，該繼電器是由帶短路線圈的中間速飽和變流器和DC—11∕0.2型電流繼電器組合而成的，此保護(hù)能較好地躲過不平衡電流的影響，目前在發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)中獲得廣泛應(yīng)用。

[責(zé)任編輯：陳雙芹]