波电压：
U N .3

E3
CG 2CS 2(CG CS )
U s.3

E3
CG 2(CG CS )
U S.3
CG
U N.3 CG 2CS
＜1
＜ 即： U S.3
U N .3
定子绕组单相接地时3次谐波电压的分布：
发电机定子绕组距中性点 处发生金属性单相接地，恒有
U N3 aE3,Us3 (1 a)E3
α αα
（１－α） （１－α）
（中性点）
（机端）
α
3.5 发电机励磁回路接地保护
一、励磁回路一点接地保护 1、绝缘检查装置 正常时，两电压表的读数相等，当励磁
回路对地绝缘水平下降时，两电压表读数不 相等。
缺点是：在励磁绕组中点接地时，两电 压表读数也相等，即存在动作死区。
2、直流电桥式一点接地保护 通过合理选择、调整各臂电阻值。可做
3.4 定子绕组单相接地保护
一、反应零序电压的定子接地保护
1、 故障特点
•
故障点零序电压为：
Uk 0

1 3
(UAG
UBG
UCG ) EA
• 上式说明，故障点离中性点越远，零序电压越高。
αEC Uk0
αEB
EA
αEA
α α
2、保护构成
信号
3次谐波 滤过器
当发电机接地电容电流比较小时，一般装设反应零序电压的接地保护， 保护中采用3次谐波滤过器可以降低电压继电器的整定值、提高灵敏度；保 护延时的目的是躲开变压器高压侧接地的影响，保护延时大于变压器高压侧 接地保护的动作时间。如果变压器高压侧非直接接地，则可利用高压侧接地 时出现的零序电压来将定子绕组接地保护闭锁或制动。
其他还有如转子回路过负荷保护，用于单机容量100MW及以上并采 用可控硅励磁方式的发电机；大容量汽轮机发电机的逆功率保护等。
一般成套的可控硅励磁装置自身都设有失磁保护和转子回路过负荷保 护，所以发电机上不再单独配置该保护。
3.2 发电机纵差保护的整定计算
一、电流继电器构成的发电机纵差保护
至延时信号 信 号
两点接地时，电桥平衡关系破坏，保护动作。
,其比值为
U S.3 U N .3
1
当 50% , U S.3 > U N.3 ;
当
>50% 时, U S.3 < U N.3 。
利用 U S.3 作为动作量，利用U N.3 作为制动量，构成的接地保护动
作范围0~50%。
α
（１－α）
（中性点）
（机端）
αα
（１－α）
α
定子绕组单相接地时3次谐波电压分布
式中：短路电流非周期分量影响系数，电流继电器取1.5～2， BCH-2继电器取1；可靠系数一般取1.3。
取1、2两项中的最大值为保护动作整定值。
3、断线监视继电器的整定：
根据经验：
I op 0.2I GN
4、灵敏度校验
K sen

I
( k

2) .m
in
I op
2
注意：在发电机中性点附近短路，当过渡电阻不为零时，短路电流很 小，保护存在动作死区。
关、停机、灭磁。
7、转子绕组一点接地保护 水轮发电机组一般装设一点接地保护并动作于信号。汽轮机发电机采
用定期检测装置，大容量机组才设一点接地保护和二点接地保护。一点 接地保护动作于信号，二点接地保护动作于停机。
8、失磁保护 当不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关断开时，连跳发电机断路器。
对单机容量100MW及以上或采用可控硅励磁方式时，应设专门的失磁保 护。
② 差动线圈的匝数
整定计算的原则同上。
Wd .op

2 AW0 K I sel N .G.2
根据计算值和继电器差动线圈的固有数值，取整数作为整定值。
按上述方法进行整定，一般情况下继电器的动作电流相当于0.55 I N.G.2
还可保证TA二次侧断线时不误动，故发电机内部故障时灵敏度很高，通
常称具有高灵敏性的纵差保护。
缺点： ① 若K2点离K1点很近，通过继电器的电流小于继电器动作电流， 保护将拒动，因此保护存在死区，死区范围在10%左右。 ② 若第一个接地点K1点发生在转子绕组的正极或负极端，则因电桥 失去作用，不论第二点接地发生在何处，保护装置将拒动，死区100%。
电桥由励磁回路电阻Re和附加电阻Rab构成直流电桥四个 臂。毫伏表和电流继电器接在对角线上。一点接地后，调节R滑 动触点，使电桥平衡。
一般应配置低电压过流或复合电压过流保护反应外部短路引起的定子 绕组过电流状态，并作为发电机的后备保护。对单机容量为50MW及以上 的发电机，一般装设负序过流及单相低电压起动的过流保护。
5、过负荷保护 由于发电机对称过负荷引起的定子绕组过流，应装设反应一相电流的
过负荷保护，延时动作于信号。
6、过电压保护 反应发电机突然甩负荷引起的定子绕组过电压现象，延时动作于跳开
⑤ 发电机失磁 由于转子绕组断线、励磁回路故障或灭磁开关误动等原因，将造成
转子失磁，失磁故障不仅对发电机造成危害，而且对电力系统安全也会造 成严重影响。发电机失去励磁后，运行状态将变为电动机运行。故不允许 发电机失磁后继续运行。
2、发电机的不正常工作状态 ① 由于外部短路、非周期合闸以及系统振荡等原因引起的过电流。 ② 过负荷。 ③ 过电压。特别是水轮发电机，因其调速系统惯性大，在突然甩负荷
到励磁绕组正常运行时，电桥处于平衡状 态 。当励磁绕组发生一点接地时，电桥失 去平衡，流过继电器的电流大于其动作电流， 保护动作。
缺点是：接地点靠近中点M时，保护无法动作（有死区）。
消除死区措施： ① 在电阻R1的桥臂中串接了非线性元件稳压管，其阻值随外加励磁电
压的大小而变化，因此，保护装置的死区随励磁电压改变而移动位置。 这样在某一电压下的死区，在另一电压下则变为动作区，从而减小了保 护拒动的机率。
一般低压继电器的整定值为10V左右，保护的范围可达90%左右。
二、具有100%保护范围的发电机定子绕组接地保护
双频式100%接地保护是由基波零序电压和3次谐波电压保护构成。
基波零序电压保护定子绕组的90%左右，3 次谐波电压保护反应定子绕 组其余部分的接地故障。
基本原理：正常情况下，机端3 次谐波电压总是小于中性点3 次谐
三、由BCH—2差动继电器构成的发电机纵差动保护 1、保护构成示意图
2、工作原理
三相平衡线圈串联接于纵差保护的中性线回路，其极性与差动线圈 的极性相反。
当发电机内部相间短路时，其短路电流流入故障相继电器的差动线 圈，而该继电器的平衡线圈由于接在中性线上，并无电流通过，因此该 相继电器动作。
当TA二次侧断线时，断线相差动继电器的差动线圈及三个平衡线圈 中通过数值相等的负荷电流，由于极性相反，两者产生的磁通相抵消。 该继电器不动作。
跳QF 跳灭磁开关
图中，KVI串接于三相电流互感器的中性线上，反应中性线上的电流大 小，作为差动保护TA断线监视用，延时发信号。
二、保护整定计算
动作电流按两个条件整定：
1、躲开TA二次侧断线影响：
I op K rel I GN
2、躲开二次侧不平衡电流：
I op K rel I unb.max K rel K unp K st f er I k.max
③ 发电机定子绕组单相接地 定子绕组单相接地是发电机易发生的一种故障。单相接地后，其
电容电流流过故障点的定子铁芯，当此电流较大或持续时间较长时，会 使铁芯局部熔化。
④ 发电机转子绕组一点接地和两点接地 转子绕组一点接地，对发电机没有直接危害。两点接地则转子绕组
一部分被短接，不但会烧毁转子绕组，而且由于部分绕组短接会破坏磁路 的对称性，造成磁势不平衡而引起机组剧烈振动，产生严重后果。水轮发 电机组是凸极结构，机组剧烈振动后会破坏各轴承与轴瓦之间的间隙，造 成“拉瓦”，排除故障需要相当长的停机时间，故绝不允许转子绕组两点 接地现象出现。
正常运行及外部故障时，回路中流动的是不平衡电流，只要合理选 择线圈匝数，就可以避开。
3、整定计算
① 平衡线圈的匝数
按TA二次侧断线时纵差保护不动作条件整定，可靠系数取1.1。
Wb.op

AW0 K I sel N .G.2
以上公式计算出的是平衡线圈的计算值，平衡线圈的整定值应是小于
而接近于计算值的整数。
时，将引起过电压。 ④ 逆功率。当汽轮发电机主汽门突然关闭而发电机断路器未断开时，
发电机将过渡到同步电动机运行状态，对汽轮发电机叶片特别是尾叶，可 能过热而损坏。
二、发电机的保护配置
1、 纵差动保护 反应发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障，动作于瞬时跳开
发电机开关、停机并灭磁。 2、横联差动保护
接影响电力系统的安全。 1、 发电机可能出现的故障类型
① 发电机定子绕组相间短路 定子绕组相间短路会产生很大的短路电流，严重损坏发电机，甚
至引起火灾。 ② 发电机定子绕组匝间短路 定子绕组匝间短路会产生很大的环流，引起故障处温度升高，使
绝缘老化，甚至击穿绝缘发展为单相接地或相间短路，扩大发电机损坏 范围。
第3章 发电机的保护配置与整定计算
知识与能力：
熟悉发电机的故障和不正常工作状态； 掌握发电机保护配置的基本方法；理解发电 机横差保护工作原理；100%保护范围的发 电机定子接地保护工作原理；初步具备各常 用保护装置整定计算能力。
3.1 发电机的保护配置
一、发电机的故障和不正常工作状态 发电机是电力系统中十分重要和贵重的设备，发电机的安全运行直
对称，出现零序电压。
跳闸
3次谐波 滤过器
3、反应转子回路2次谐波电流的匝间短路保护