式中 Kco—配合系数，取1.1；
I2.c—在主要运行方式下，发生外部不对称短路，流过变压器的负序电流正好等于变压器负序电流保护动作电流，流过发电机的负序电流。
7-10 为什么要安装发电机励磁回路接地保护？一般有哪几种保护？
答：发电机正常运行时，转子转速很高，离心力较大，承受的电负荷又重，一次励磁绕组绝缘容易破坏。绕组导线碰接铁芯，会造成转子一点接地故障。发电机励磁回路的一点接地是比较常见的故障不会形成电流通路，所以对发电机无直接危害，但发生一点接地后，励磁回路对地电压升高，可能导致第二点接地。励磁回路两点接地后构成短路电流通路，可能烧坏转子绕组和铁芯。由于部分励磁绕组被短接，破坏了气隙磁场的对称性，引起机组振动，特别是多极机振动更严重。此外，转子两点接地还可能使汽轮发电机组的轴系统和汽缸磁化。
因此要安装发电机励磁回路保护。通常1MW以上的水轮发电机只装设励磁回路一点接地保护，并动作于信号，以便安排停机。1MW以下的水轮发电机宜装设定期检测装置。对于100MW以下的汽轮发电机，一点接地故障采用定期检测装置，发生一点接地后，再投入两点接地保护装置，带时限动作于停机。转子水内冷或100MW及以上的汽轮发电机应装励磁回路一点接地保护装置（带时限动作于信号）和两点接地保护装置（带时限动作于停机）。 7—11发电机的过负荷保护分为哪几种？ 答：发电机过负荷保护有：（1）定子过负荷保护；（2）励磁绕组过负荷保护（3）转子表面负序过负荷保护（负序电流保护）。 1．定子过负荷保护
发电机定子绕组通过的电流和允许电流的持续时间成为反时限的关系。如图7—10所示，即电流I越大，允许时间T越短。
图7—10题7—11发电机定子绕组通过负荷电流和允许持续时间的关系曲线
因此大型发电机的过负荷保护应采用具有反时限特性的继电器。保护装置采用三相式接线，动作时作用于跳闸。
对于定子绕组非直接冷却的中小容量的发电机，由于模拟定子发热特性的反时限继电器太复杂，通常采用接于一相电流的过负荷保护。如图7—11所示。过负荷保护由一个电流继电器KA和一个时间继电器KT组成，动作于发信号。 发电机定时限过负荷保护的整定值按发电机额定电流1.24倍整定，即
Iop?1.24IN.G (7—20)
图7—11题7—11发电机定时限过负荷保护原理接线图
保护动作时限比发电机过电流保护的动作时限大一时限级差，一般整定10s左右，以防止发电机外部短路的过负荷保护误动作。
对于定子绕组为直接冷却且过负荷能力较低（例如过负荷能力低于1.5倍
ING，过负荷时间不超过60S）的发电机过负荷保护可采用定时限和反时限两部
分构成。定时限部分作用于信号，有条件时也可以作用于减负荷。反时限部分作用于解列或程序跳闸。
2、励磁绕组过负荷保护
当发电机励磁系统故障或强励磁时间过长时，转子的励磁回路都有可能过负荷。采用半导体励磁系统的发电机由于半导体元件易出现故障，转子过负荷的机会比直流励磁机多。大容量发电机的转子绕组一般采用氢或水直接内冷，绕组导线所取电流密度较高，线径相对较小，因而允许过负荷时间很短。如国内生产的一些机组在二倍额定励磁电流时仅允许运行20S，值班人员在这样短时间内处理好励磁绕组过负荷问题是困难的。因此，行业标准规定：容量100MW及以上采用半导体励磁的发电机，应装设励磁绕组过负荷保护。 励磁绕组过负荷保护宜采用反时限特性，通常利用直流互感器（其工作原理同磁放大器相似）作为转子励磁绕组电流的检测元件，利用半导体电路或微机软件形成所需要的反时限特性。
行业标准规定：对于300MW以下，采用半导体励磁系统的发电机，可装设定时限的励磁绕组过负荷保护，保护装置带时限动作于信号和降低励磁电流，对300MW及以上发电机，励磁绕组过负荷保护可由定时限和反时限两部分组成。定时限部分动作电流按正常运行最大励磁电流下能可靠返回条件整定，带时限动作于信号，并动作于降低励磁电流。反时限部分作用于解列灭磁。 3、转子表层负序过负荷保护
当电力系统三相负荷不对称（如由电气机车、电弧炉等单相设备造成）或非全相运行，或发生外部不对称短路时，发电机定子绕组将流过负序电流。负序电流产生负序旋转磁场，由于该磁场旋转方向和转子转动方向相反，它相对于转子的速度为两倍同步转速，因而在转子中感应出两倍工频（100Hz）的电流。由于转子深部感抗大，此电流只能在转子表面流通，将使转子损耗增大，引起转子过热。因此电流流过槽楔与大小齿间的接触表面，转子本体和套箍间的接触表面时，将会引起局部高温，甚至可能使转子护环松脱，造成发电机的重大故障，因此，为防止发电机转子遭受负序电流的损坏，需要装设转子表层负序过负荷保护。
发电机转子发热量的大小与流经发电机的负序电流的平方及其持续时间成正比。假设发电机转子不向周围散热，则在这个最严重条件下，发电机可以承受的负序电流平方和电流持续时间乘积对不同型式和不同冷却方式的发电机来说是一个常数，即
I?22??t?A (7-21)
式中I?2??—负序电流和发电机额定电流的比值；
t—负序电流持续时间； A—耐热常数，由厂家提供，其数值和发电机的型式及冷却方式有关
对于发电机转子表层的负荷保护，行业标准规定，50MW及以上，A?10的发电机，应装设定时限负序过负荷保护，保护装置的动作电流按躲过发电机长期允许的负序过电流值和躲过最大负荷下负序电流滤过器的不平衡电流整定，保护带时限动作于信号。定时限过负荷保护和负序过电流保护组合在一起。行业标准还规定100MW及以上，A<10的发电机，应装设定时限和反时限两部分组成的转子表层负序过负荷保护。定时限部分动作电流整定原则同上述相同，保护带时限动作于信号；反时限部分的动作特性按发电机承受负序电流的能力确定，保护应能反应电流变化时发电机转子的热积累过程。不考虑在灵敏系数和时限方面与其他相间短路保护相配合，反时限部分动作于解列或程序跳闸。
7—12为什么要安装发电机逆功率保护，过电压保护，过励磁保护？
答：当气轮机运行中由于各种原因关闭主汽门后，发电机将从电力系统中吸收能量变为电动机运行。气轮机关闭主气门后，转子和叶片的旋转会引起风损。风损和转子叶轮直径及叶片长度有关，因而在气轮机的排气端风损很大，风损与周围蒸汽密度成正比，一旦机组失去真空，使排出蒸汽的密度增大，风损将急剧增加；当在再热式机组的主蒸汽阀门与再热蒸汽`
截止阀之间截留了高密度蒸汽，高压缸中的风损也是很大的。因为逆功率运行时没有蒸汽流通过气轮机，由风损造成的热量不能被带走，气轮机叶片将过热以至损坏。发电机变为电动机运行时，燃气轮机可能出现齿轮损坏问题，为及时发现电动机逆功率运行的异常情况，不论大中型机组，一般都应装设逆功率保护。 水轮发电机在突然甩负荷时，由于调速器不灵敏，转子的惯性大，原动机供给发电机的功率将大于发电机的输出功率而使发电机加速。加上定子绕组去磁电枢反应的消失，使发电机的端电压升高，若水轮发电机经长距离的输电线供电，输电线的电容电流还会产生助磁电枢反映，使发电机端电压升高更多，水轮发电机过电压数值可达1.8—2倍发电机额定电压，这样高电压对定子绕组的绝缘是有害的。为防止发电机定子绕组绝缘遭受损坏，在水轮发电机上需要装设过电压保护。
当发电机电压升高或频率降低，使电压标幺值U?和频率标幺值f?之比，即过励磁倍数n?U?f?>1,发电机就可能遭受过励磁的危害。
发电机过励磁时，铁芯磁密过分增大，使铁芯饱和，铁芯饱和后，铁损增加，使铁芯温度上升。铁芯饱和后还会使磁场扩散到周围空间，使漏磁场增强。靠近
铁芯的绕组导线和其他金属构件，由于漏磁场产生涡流损耗。铁芯饱和后谐波磁密度增强，而涡流损耗与谐波磁密的频率的平方成正比，因此附加损耗增大，并使这些部位发热，引起高温，严重时会造成局部变形和损伤周围的绝缘介质。过励磁还会使铁芯背部漏磁场增强。背部漏磁场也是一个交变磁场。处于这一交变漏磁场中的定位筋，和定子绕组的线棒类似，将感应出电势。相邻定位筋中的感应电势存在相角差，通过定子铁芯构成闭合回路，流通电流。正常情况下。定子铁芯背部漏磁小，定位筋中感应电势也小，故通过定位筋和铁芯的电流也比较小。过电压时，定子背部漏磁通急剧增大，从而使定位筋和铁芯中电流急剧增加，在定位筋附近的部位，电流密度很大，将引起局部过热，电压越高，时间越长，局部过热越严重，甚至造成局部烧伤。如果定位筋和定子铁芯接触不良，在接触面上还可能出现火花放电。这对于氢冷发电机，后果可能严重。
大型发电机由于纵轴电抗Xd较大，即单位面积的磁通较大，故过励磁现象比中小型发电机要严重。
我国行业标准规定，300MW及以上的发电机，应装设过励磁保护。
发电机具有一定的耐受过励磁的能力，其允许过励磁时间随过励磁倍数n升高而下降，两者不成线性关系，在同一过励磁倍数下，允许发电机持续运行时间t和额定磁密BN,饱和磁密Bsat的大小及磁化曲线的形状有密切关系，BN越接近Bsat，磁化曲线饱和段的斜率越小，则在同一个过励磁倍数n下，允许发电机持续运行时间越短。
为使过励磁保护能有效地在发电机过励磁运行时保护发电机，保护应具有反时限特性，且保护特性要和发电机的过励磁倍数曲线相配合，即继电器特性曲线紧随过励磁倍数曲线下降。这样当发电机过励磁运行时，保护会以稍小于允许发电机过励磁运行时间断开发电机，即保证发电机安全，又不会在发电机过励磁运行尚未危及发电机安全时，过早地切除发电机。
由于铁芯饱和非线性和铁芯材料及工艺上的差别，使发电机过励磁特性各异，给过励磁保护增添了困难。因此，发电机过励磁保护采用两段定时限过励磁保护。保护装置由低定值和高定值两部分组成。低定值部分带时限动作于信号和降低励磁电流。高定值部分动作于解列、灭磁或程序跳闸。
汽轮发电机装设了过励磁保护，可不再装设过电压保护。 7-13已知发电机型号为QFSN-300-2，额定容量PN?300MW，额定电压
UN?18kV，额定电流11320A，功率因数cos??0.85，效率??98.645，发电机?(%)?31.93，次暂态电抗Xd??(%)?19.15，同步电抗Xd(%)?236.35。暂态电抗Xd已知KTA?2400，KTV?200。要求；1、试用用下抛园特性元件构成失磁保护的整定计算，并绘出失磁保护动作特性。
2、发电机采用BCD-25型差动继电器构成比率制动的纵联差动保护，试进行整定计算，并绘出纵差保护比率制动特性曲线（提示制动系数整定的范围有0.2、0.35、0.6）
解：略
7-14已知发电机型号为QFSN-600-2，额定容量PN?600MW，额定电压
UN?20kV，额定电流19245A，功率因数cos??0.9，效率??98.77，发电机瞬?(%)?25.88，次暂态电抗Xd??(%)?21.779，同步电抗Xd(%)?208.58。变电抗Xd已知KTA?4000，KTV?200。要求；1、试用用下抛园特性元件构成失磁保护的整定计算，并绘出失磁保护动作特性。
2、发电机采用BCD-25型差动继电器构成比率制动的纵联差动保护，试进行整定计算，并绘出纵差保护比率制动特性曲线（提示制动系数整定的范围有0.2、0.35、0.6） 解：略
''7-15已知发电机容量为25MW,cos?=0.8,额定电压为6.3kV,Xd=0.122,X2=0.149,
假定发电机未与系统并联运行，试对发电机的BCH-2型差动保护整定计算（即求Iop.r、Wd、Wb、K(2)S.min）.
解：1 求发电机额定电流及出口最大三相短路电流，取基准容量和基准电流为
25P Sd?SNG?NG??31.25MVA
cos?0.8 Id?ING?Sd31.25??2864A 3UNG3?6.3''发电机次暂态电势Ed?为
''''Ed??Ue??IdXdsin??1?1?0.122?0.6?1.0732
于是，发电机出口短路时次暂态短路电流的周期分量为 Id.max?3????Ed1.0732?Id??2864?25.19?KA?
???Xd0.122?3?E''此处算出的IK.max比取d=1时略大。
2求动作电流值
（1）按躲过最大不平衡电流条件
??Iop?KrelIunb.max?KrelKstKnpKerrIK.max?1.3?0.5?1?0.1?25.19?1.637KA?1673A3式中 Krel—可靠系数，取1.3；
Knp—非周期分量系数，取1；
Kst—TA的同型系数，取0.5；
电力系统继电保护-7-10章习题解答
