常见的发电机故障。发生定子单相接地后，接地电流经故障点、三相对地电容、三相定子绕组而构成通路。当接地电流较大能在故障点引起电弧时，将使定子绕组的绝缘和定子铁芯烧坏，也容易发展成危害更大的定了绕组相间或匝间短路，因此，应装设发电机定子绕组单相接地保护。
14、利用基波零序电压的发电机定子单相接地保护的特点及不足之处是什么？
答：利用基波零序电压的发电机定子单相接地保护的特点为：（1）简单、可靠；（2）设有三次谐波滤过器以降低不平衡电压；（3）由于与发电机有电联系统的元件少，接地电流不大，适用于发电机--变压器组。利用基波零序电压的发电机定子单相接地保护的不足之处：不能作为100%定子接地保护，有死区，死区范围5%～15%。
15、为什么现代大型发电机应装设100%的定子接地保护？
答：100MW以下发电机，应装设保护区不小于90%的定子接地保护；100MW及以上的发电机，应装设保护区为100%的定子接地保护。
发电机中性点附近是否可能首先发生接地故障，过去曾有过两种不同的观点，一种观点认为发电机定子绕组是全绝缘的（中性点和机端的绝缘水平相同），而中性点的运行电压很低，接地故障不可能首先在中性点附近发生。另一种观点则认为，如果定子绕组绝缘的破坏是由于机械的原因，例如水内冷发电机的漏水、冷却风扇的叶片断裂飞出，则完全不能排除发电机中性点附近发生接地故障的可能性。另外，如果中性点附近的绝缘水平已经下降，但尚未到达定子接地继电器检测出来的程度，这种情况具有很大的潜在危险性。因为一旦在机端又发生另一点接地故障，使中性点电位骤增至相电压，则中性点附过绝缘水平已经下降的部位，有可能在这个电压作用下发生击穿，故障立即转为严重的相间或匝间短路，我国一台大型水轮发电机，在定子接地保护的死区范围内发生接地故障，后发展为相间短路，致使发电机严重损坏。
鉴于现代大型发电机在电力系统中的重要地位及其制造工艺复杂、铁芯检修困难，故要求装设100%的定子接地保护，而且要求在中性点附近绝缘水平下降到一定程度时，保护就能动作。
16、试述具有自动减负荷的失磁保护装置的组成原则？
答：具有自动减负荷的失磁保护装置的组成原则如下。根据电网的特点，在发电机失磁后异步运行，若无功功率尚能满足，系统电压不致降低到失去稳定的严重程度，则发电机可以不解列，而采用自动减负荷到40%～50%的额定负
102
荷，失磁运行15～30分，运行人员可以及时处理恢复励磁。因此，设置具有下述功能的失磁保护。
（1）定、转子判据元件同时判定失磁后，系统电压元件判定系统电压下降到危害程度，则经过0.5s作用于解列。
（2）定、转子判据元件同时判定失磁后，系统电压元件判定系统不会失去稳定，则作用于自动减负荷，直到40%～50%额定负荷。
（3）定、转子判据元件同时判定失磁后，发电机电压元件判定其电压低对厂用电有危害，则自动切换厂用电源，使之投入备用电源。 17、为什么在水轮发电机上要装设过电压保护？
答：由于水轮发电机的调速系统惯性较大，动作缓慢，因此在突然甩去负荷时，转速将超过额定值，这时机端电压有可能高达额定值的1.8～2倍。为了防止水轮发电机定了绕组绝缘遭受破坏，在水轮发电机上应装设过电压保护。 18、为什么现代大型汽轮发电机应装设过电压保护？
答：中小型汽轮发电机不装设过电压保护的原因是：在汽轮发电机上都装有危急保安器，当转速超过额定电压的10%以后，汽轮发电机危急保安器会立即动作，关闭主汽门，能够有效防止由于机组转速升高而引起的过电压。
对于大型汽轮发电机则不然，即使调速系统和自动调整励磁装置都正常运行，当满负荷运行是突然甩去全部负荷，电枢反应突然消失，此时，由于调速系统和自动调整励磁装置都是由惯性环节组成，转速仍升高，励磁电流不能突变，使得发电机电压在短时间内也要上升，其值可能达1.3额定值。持续时间可能达几秒种。
发电机出现过电压不仅对定子绕组绝缘带来威胁，同时将使变压器（升压主变压器和厂用变压器）励磁电流剧增，引起变压器的过励磁和过磁通。过励磁可使绝缘因发热而降级，过磁通将使变压器铁芯饱和并在铁芯相邻的导磁体内产生巨大的涡流损失，严重时可因涡流发热使绝缘材料遭永久性损坏。
鉴于以上种种原因，对于200MW及以上的大型汽轮发电机应装设过电压保护。已经装设过激磁保护的大型汽轮发电机可不再装设过电压保护。 19、为什么发电机要装设转子接地保护？
答：发电机励磁回路一点接地故障是常见的故障形式之一，励磁回路一点地故障，对发电机并未造成危害，但相继发生第二点接地，即转子两点接地时，由于故障点流过相当大的故障电流而烧伤转子本体，并使磁励绕组电流增加可
103
能因过热而烧伤；由于部分绕组被短接，使气隙磁通失去平衡从而引起振动甚至还可使轴系和汽机磁化，两点接地故障的后果是严重的故必须装设转子接地保护。
20、大型汽轮发电机保护为什么要配置逆功率保护？
答：在汽轮发电机组上，当机炉动作关闭主汽门或由于调整控制回路故障而误关主汽门，在发电机断路器跳开前发电机将转为电动机运行。此时逆功率对发电机本身无害，但由于残留在汽轮机尾部的蒸汽与长叶片摩擦，会使叶片过热，所以逆功率运行不能超过3分钟，需装设逆功率保护。 21、大型汽轮发电机为何要装设频率异常保护？
答：汽轮机的叶片都有一个自然振动频率，如果发电机运行频率低于或高于额定值，在接近或等于叶片自振频率时，将导致共振，使材料疲劳，达到材料不允许的程度时，叶片就有可能断裂，造成严重事故，材料的疲劳是一个不可逆的积累过程，所以汽轮机给出了在规定频率不允许的累计运行时间。低频运行多发生在重负荷下，对汽轮机的威胁将更为严重，另外对极低频工况，还将威胁到厂用电的安全，因此发电机应装设频率异常运行保护。 22、对大型汽轮发电机频率异常运行保护有何要求？
答：对发电机频率异常运行保护有如下要求： （1）具有高精度的测量频率的回路。
（2）具有频率分段启动回路、自动累积各频率段异常运行时间，并能显示各段累计时间，启动频率可调。
（3）分段允许运行时间可整定，在每段累计时间超过该段允许运行时间时，经出口发出信号或跳闸。
（4）能监视当前频率。 23、大型发电机组为何要装设失步保护？
答：发电机与系统发生失步时，将出现发电机的机械量和电气量与系统之间的振荡，这种持续的振荡将对发电机组和电力系统产生有破坏力的影响。
（1）单元接线的大型发变组电抗较大，而系统规模的增大使系统等产电抗减小，因此振荡中心往往落在发电机端附近或升压变压器范围内，使振荡过程对机组的影响大为加重。由于机端电压周期性的严重下降，使厂用辅机工作稳定性遭到破坏，甚至导致全厂停机、停炉、停电的重大事故。
104
（2）失步运行时，当发电机电势与系统等效电势的相位差为180°的瞬间，振荡电流的幅值接近机端三相短路时的电流。对于三相短路故障均有快速保护切除，而振荡电流则要在较长时间内反复出现，若无相应保护会使定子绕组遭受热损伤或端部遭受机械损伤。
（3）振荡过程中产生对轴系的周期性扭力，可能造成大轴严重机械损伤。 （4）振荡过程中由于周期性转差变化在转子绕组中引起感生电流，引起转子绕组发热。
（5）大型机组与系统失步，还可能导致电力系统解列甚至崩溃事故。 24、为什么大型汽轮发电机要装设负序反时限过流保护？
答：电力系统发生不对称短路时，发电机定子绕组中就有负序电，负序电流在转子产生倍频电流，造成转子局部灼伤、大型汽轮机由于它的尺寸小耐受过热的性能差，允许过热的时间常数A=I22t值小，为保护发电机转子，需要采用能与发电机允许的负序电流相适应的反时限负序过流保护。 25、为什么现代大型发电机应装设非全相运行保护？
答：发电机--变压器组高压侧的断路器多为分相操作的断路器，常由于误操作或机械方面的原因使三相不能同时合闸或跳闸，或在正常运行中突然一相跳闸。这种异常工况，将在发电机--变压器组的发电机中流过负序电流，如果靠反应负序电流的反时限保护动作（对于联络变压器，要靠反应短路故障的后备保护动作），则会由于动作时间较长，而导致相邻线路对侧的保护动作，使故障范围扩大，甚至造成系统瓦斯事故。因此，对于大型发电机--变压器组，在220KV及以上电压侧为分相操作的断路器时，要求装设非全相运行保护。 26、为何装设发电机意外加电压、断路器断口闪络、发电机启动和停机保护？
答：（1）发电机意外加电压保护
发电机在盘车过程中，由于出口断路器误合闸，突然加电压，使发电机异步启动，在国外曾多次出现过，它能给机组造成损伤。因此需要有相应的保护，迅速切除电源。一般设置专用的意外加电压保护，可用延用返回的低频元件和过流元件共同存在为判据。该保护正常运行时停用，机组停用后才投入。
当然在异常起动时，逆功率保护、失磁保护、阻抗保护也可能动作，但时限较长，设置专用专用的误合闸保护比较好。
（2）断路器断口闪络保护
接在220KV以上电压系统中的大型发电机--变压器组，在进行同步并列的
105
过程中，作用于断口上的电压，随待并发电机与系统等效发电机电势之间角度差δ的变化而不断变化，当δ=180°时其值最大，为两者电势之和。当两电势相等时，则有两倍的运行电压作用于断口上，有时要造成断口闪络事故。断口闪络给断路器本身造成损坏，并且可能由此引起事故扩大，破坏系统的稳定运行。一般是一相或两相闪络，产生负序电流，威胁发电机的安全。为了尽快排除断口闪络故障，在大机组上可装设断口闪络保护。断口闪络保护动作的条件是断路器三相断开位置时有负序电流出现。断口闪络保护首先动作于灭磁，失效时动作于断路失灵保护。
（3）发电机启动和停机保护。
对于在低转速启动过程中可能加励磁电压的发电机，如果原有保护在这种方式下不能正确工作时，需加装发电机启停机保护，该保护应能在低频情况下正确工作。例如作为发电机--变压器组启动和停机过程的保护可装设相间短路保护和定子接地保护各一套，将整定值降低，只作为低频工况下的辅助保护，在正常工频运行时应退出，以免发生误动作。为此辅助保护的出口受断路器的辅助触点或低频继电器触点控制。
27、一般大型汽轮发电机--变压器组采用哪些保护？其作用对象是什么？
答：一般大型汽轮发电机--变压器组可根据容量大小配置的保护及其作用对象如下：
发电机差动保护 全停 升压变压器差动保护 全停 高压厂用变压器差动保护 全停 发电机--变压器差动保护 全停
全阻抗阻保护 t1 解列 （负序过流和单元件低压过流） t2 全停 高压侧零序电流保护 t1 解列 高压侧零序电流保护 t2 全停 定子匝间保护 全停 定子一点接地保护基波段 发信号（解列灭磁） 定子一点接地保护3次谐波段 发信号 发电机励磁回路一点接地保护 发信号 定时限定子过负荷保护： 发信号 反时限定子过负荷保护： 解列灭磁 转子表层过负荷保护：定时限段 发信号 反时限段 解列灭磁
106