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发电机正常运行时发出的是三相对称的正序电流。发电机转子的旋转方向和旋转速度与三相正序对称电流所形成的正向旋转磁场的转向和转速一致，即转子的转动与正序旋转磁场之间无相对运动，此即“同步”的概念。当电力系统发生三相不对称短路或负荷三相不对称时，在发电机定子绕组中就流过负序电流，该负序电流在发电机气隙中产生反向（与正序电流产生的正向旋转磁场方向相反）旋转磁场，它相对于转子来说为2倍的同步转速，因此在转子中就会感应出100HZ的电流，即所谓的倍频电流，该倍频电流的主要部分流经转子本体、槽锲和阻尼条，而在转子端部附近沿周界方向形成闭合回路，这就使得转子端部、护环内表面、槽锲和小齿接触面等部位局部灼伤，严重时会使护环松脱，给发电机造成灾难性破坏，即通常所说的“负序电流烧机”，这是负序电流对发电机的危害之一。另外，负序（反向）气隙旋转磁场与转子电流之间，正序（正向）气隙旋转磁场与定子负序电流之间产生的100HZ的交变电磁力矩，将同时作用于转子大轴和定子机座，引起频率为100HZ的振动，此为负序电流危害之二。汽轮发电机承受负序电流的能力，一般取决于转子的负序电流发热条件，而不是发生的振动。鉴于以上原因，发电机应装设负序电流保护。负序电流保护按其动作时限分为定时限和反时限两种。前者用于中型发电机，后者用于大型发电机零序电压匝间短路保护可用于各种发电机，尤其是中性点没有引出三相六端子的发电机（此时不能用横差保护）。零序电压匝间短路保护3U0原理接线图如下图：发电机定子绕组发生内部故障时，其三相绕组的对称性遭到破坏，机端三相对发电机中性点出现基波零序电压3U0，因此TV0有3U0输出。发电机正常运行和外部相间短路时，3U0＝0。发电机内部或外部发生单相接地故障时，一次系统出现对地零序电压3U0，发电机中性点电位升高3U0，因TV0一次侧中性点是接在发电机中性点上，因此开口三角绕组输出的3U0仍为零。发电机纵差（或发电机变压器组纵差）保护在发电机中性点侧的电流互感器TA1仅在每相的部分分支中，电流互感器TA1减小为机端电流互感器TA2的一半，在正常运行或外部短路时，仍有不平衡电流（理论上为零）。在内部相间短路或匝间短路时，不管短路发生在电流互感器所在分支或没有电流互感器的分支，不完全纵差保护均能动作，这主要依靠定子绕组之间的互感作用。TA3与TA4将组成发电机变压器组不完全纵差。不完全纵差保护对定子绕组相间短路和匝间短路有保护作用，并能兼顾分支开焊故障。发电机纵差保护是根据差流法的原理来装设的。其原理接线图如下：在发电机中性点侧与靠近发电机出口断路器QF处，装设性能、型号相同的两组电流互感器TA1、TA2，来比较定子绕组首尾端的电流值和相位，两组电流互感器，按环流法连接，差流回路接入电流继电器Ⅰ-Ⅰ.在正常时，中性点与出口侧的电流数值和相位都相同，差流回路没有电流，继电器Ⅰ-Ⅰ不会动作。在保护范围外发生短路故障，与正常运行时相似，差流回路也没有电流，保护也不会动。在保护范围内发生故障，流经电流继电器Ⅰ-Ⅰ的电流，为TA1、TA2电流互感器二次电流之差，继电器Ⅰ-Ⅰ启动，保护装置将动作。这就是发电机纵差保护的基本工作原理。对于发电机可能发生的故障和不正常工作状态，应根据发电机的容量有选择地装设以下保护。1、纵联差动保护。为定子绕组及其引出线的相间短路保护。2、横联差动保护。为定子绕组一相匝间短路保护。只有当一相定子绕组有两个及以上并联分支而构成两个或三个中性点引出端时，才装设该种保护。3、单相接地保护。为发电机定子绕组的单相接地保护。4、励磁回路接地保护。为励磁回路的接地故障保护，分为一点接地保护和两点接地保护两种。中小型汽轮发电机，当检查出励磁回路一点接地后再投入两点接地保护，大型汽轮机发电机应装设一点接地保护。5、低励、失磁保护。为防止大型发电机低励（励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流）或失去励磁（励磁电流为零）后，从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响，100MW及以上容量的发电机都装设这种保护。6、过负荷保护。发电机长时间超过额定负荷电流运行时作用于信号的保护。中小型发电机只装设定子过负荷保护；大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。7、定子绕组过电流保护。当发电机纵差范围外发生短路，而短路元件的保护或断路器拒动时，为了可靠切除故障，则应装设反应外部短路的过电流保护。这种保护兼作纵差保护的后备保护。8、定子绕组过电压保护。中小型汽轮发电机通常不装设过电压保护。水轮发电机和大型汽轮发电机都装设过电压保护，以切除突然甩去全部负荷后引起定子绕组过电压。9、负序过电流保护。电力系统发生不对称短路或者三相负荷不对称（如电气机车、电弧炉等单相负荷的比重太大）时，发电机定子绕组中就有负序电流。该负序电流产生反向旋转磁场，相对于转子为两倍同步转速，因此在转子中出现100HZ的倍频电流，它会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热，造成转子的局部灼伤，因此应装设负序过流保护。中小型发电机多装设负序定时限电流保护；大型发电机多装设负序反时限电流保护，其动作时限完全由发电机转子承受负序发热的能力决定，不考虑与系统保护配合。10、失步保护。大型发电机应装设反应系统振荡过程的失步保护。中小型发电机都不装设失步保护，当系统发生振荡时由运行人员判断，根据情况用人工增加励磁电流、增加或减少原动机出力、局部解列等方法处理。11、逆功率保护。当汽轮机主汽门误关闭，或机炉保护动作关闭主汽门而发电机出口断路器未跳闸时，发电机失去原动力变成电动机运行，从电力系统吸收有功功率。这种工况对发电机并无危险，但由于鼓风损失，汽轮机尾部叶片有可能过热而造成汽轮机事故，故大型机组要装设用逆功率继电器构成的逆功率保护，用于保护汽轮机发电机相间短路的后备保护在下述情况下应动作：（1）发电机内部故障，而纵联差动保护或其他主要保护拒动时。（2）发电机、发电机－变压器组的母线故障，而该母线没有母线差动保护或保护拒动时。（3）当连接在母线上的电气元件（如变压器、线路）故障而相应的保护或断路器拒动时。发电机的后备保护方式有：低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护、负序电流以及单元件低压过电流保护和阻抗保护。1）低电压启动的过电流保护。发电机低压启动的过流保护的电流继电器，接在发电机中性点侧三相星形连接的电流互感器上，电压继电器接在发电机出口端电压互感器的相间电压上，在发电机投入前发生故障时，保护也能动作。低电压元件的作用在于区别是过负荷还是由于故障引起的过电流。2）复合电压启动的过电流保护。复合电压启动是指负序电压和单元件相间电压共同启动过电流保护。在变压器高压侧母线不对称短路时，电压元件的灵敏度与变压器绕组的接线方式无关，有较高的灵敏度。3）负序电流和单元件低压过流保护。发电机负序电流保护采用两段式定时限负序电流保护，由于不能反应三相对称短路，故加设单元件低压过流保护作为三相短路的保护；对于发电机－变压器组，宜在变压器两侧均设低压元件。两段式定时限负序保护的灵敏段作为发电机不对称过负荷保护，经延时作用于信号。定时限负序电流保护作为发电机不对称短路的后备保护，它和单元件电压过流共用时间元件。