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225．发电机为什么要装设定子绕组单相接地保护?

答：发电机是电力系统中最重要的设备之一，其外壳都进行安全接地。发电机定子绕组与铁芯间的绝缘破坏，就形成了定子单相接地故障，这是一种最常见的发电机故障。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子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。

226．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是：

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是：不能作为100％定子接地保护，有死区，死区范围5％-15％。

227．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(中性点相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，则中性点附近绝缘水平较低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成匝问短路。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、铁心检修困难，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。

228．试述具有发电机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为，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％的额定负荷，失磁运行15—30min，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至对厂用电有危害，则自动切换厂用电源，使之投入备用电源。

229．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于绕组绝缘遭受破坏，在水轮发电机上应装设过电压保护。

230．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，当满负荷运行时突然甩去全部负荷，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倍额定值，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，对于大型汽轮发电机应装设过电压保护，已经装设过励磁保护的大型汽轮发电机可不再装设过电压保护。

231．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，励磁回路一点接地故障，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，可能因过热而烧伤绕组；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轮机磁化。所以，两点接地故障的后果是严重的，必须装设转子接地保护。

232．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，当机炉控制装置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，但由个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3min，需装设逆功率保护。

233．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下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。

234．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。

235．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)单元接线的大型发电机—变压器组电抗较大，而系统规模的增大使系统的电抗减小，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。

(2)失步运行时，当发电机电势与系统等效电势的相位差为180º的瞬间，振荡电流的幅值接近机端三相短路时的电流。对于三相短路故障发电机均有快速保护切除，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。

延伸阅读：接招电力系统1000问之二十弹

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