发电机保护有哪些？十类保护的保护范围、判据与配置清单

发电机保护有哪些，这个问题在选型和组屏时绕不开。实际项目中遇到过一个 12MW 的余热机组，业主拿着一份别的项目的图纸照搬，发电机纵差保护、过流、瓦斯都配了，发电机定子接地保护只上了一段基波零序，投运后靠近中性点的那 15% 绕组等于没有保护。后来做绝缘试验，靠近中性点的一相绕组对地击穿，发电机保护没有任何反应，靠运行人员闻到焦味才停机。

发电机保护的配置逻辑，是按故障位置和保护对象分组的，不是按设备数量堆。定子绕组、定子铁芯与机端引线、转子励磁回路、异常运行工况，四组对象的故障机理不同，判据和出口方式也不同。这篇把十类发电机保护按四组讲清楚，每类给保护范围、动作判据和一个典型定值区间，再给两份能直接照着开的发电机保护配置清单。

一、十类发电机保护先按保护对象分组

十类发电机保护分成四组。定子侧管绕组相间短路、匝间短路和定子接地，是发电机保护里动作最快、要求最严的一档，纵差保护和横差保护属于瞬动，动作时间要求几十毫秒级。转子侧管励磁回路的接地和磁场异常，发电机转子接地保护的一点接地多数只发信号，两点接地才跳闸。异常运行组管的是设备没坏但已经越限的工况，负序过流、复压过流、逆功率、过电压、过负荷都在这一组，这类发电机保护带延时，靠反时限特性跟设备热容量配合。非电量组是瓦斯、温度、冷却器全停这些，属于机械与热工量。

这张表是发电机保护配置的骨架，现场对图纸时先对号。表里没有列瓦斯、温度、冷却器全停，那几项归非电量，出口走独立的重动回路，不经过保护装置的 CPU，这一条在反措里是被反复强调的。

二、定子侧：纵差、横差与定子接地

发电机纵差保护是定子相间短路的主保护，保护范围是机端 CT 到中性点 CT 之间的全部绕组。它和变压器纵差最大的差别在于两侧 CT 变比与相位处理方式：发电机两侧是同一电压等级、同一接线组别，不需要做相位转角，也不需要考虑励磁涌流，因此发电机纵差保护不配二次谐波制动，只配比率制动。我公司的TYG8693 发电机差动保护测控装置就是按这个逻辑做的，差流启动与比率制动两段，不带涌流闭锁。

整定发电机纵差保护，先算不平衡电流。发电机纵差保护的不平衡电流主要来自两侧 CT 的传变误差、CT 变比不完全匹配、以及区外故障时两侧 CT 饱和程度不同。启动值取 0.3～0.6 倍额定电流，容量大、CT 等级高的机组取小值，老机组 CT 是 5P 级、饱和特性差，取 0.5 以上更稳。制动系数取 0.3～0.5，区外故障穿越性电流大时靠制动躲过。这里有个反措要求容易被忽略：发电机纵差保护的 CT 二次回路必须独立，不能与测量、计量回路共用，共用之后一旦测量侧开路，纵差保护就会误动。

横差保护只对双星形接线的机组有效。两个中性点之间的连线电流，正常时是两分支不平衡电流，匝间短路时会明显增大。现场常见的问题是这套保护被长期退出，理由是"老是跳"。查下来多数是不平衡电流整定得比实测值还低，正确做法是实测带负荷工况下的不平衡电流，取其 2～3 倍作为定值，同时把 CT 变比和极性核对一遍。

发电机定子接地保护是这十类里最容易配残的一类。只上基波零序电压，保护范围到不了中性点附近，一般只能覆盖机端起 85%～95% 的绕组，剩下的一段是死区。发电机定子接地保护要做到 100%，必须加三次谐波电压判据，用中性点三次谐波与机端三次谐波的比值来判断，两部分判据在整定时要错开，避免在同一个区段重复动作。我公司的TYG8691 发电机综合保护测控装置把基波零序与三次谐波做在同一套装置里，发电机定子接地保护的两段出口可以分别整定。

三次谐波的整定不能照抄。汽轮机和水轮机、不同容量的机组，中性点三次谐波电压差别很大，发电机定子接地保护的这一段的定值必须实测。实测方法是在不同负荷点记录中性点和机端的三次谐波幅值，画出比值随负荷变化的曲线，取偏离正常区最明显的那一段作为动作区。现场图省事按厂家默认值投上去，投运后出现"轻负荷误动、重负荷拒动"的，多半是这个原因。

三、转子侧：转子接地、失磁与失步

发电机转子接地保护分一点接地和两点接地。转子绕组和励磁回路对地是绝缘的，一点接地时没有电流通路，机组还能继续运行，所以发电机转子接地保护的一段只发信号；两点接地会形成短路匝，励磁磁通不对称，机组振动加剧、转子发热，必须跳闸。一点接地定值一般取 5～20kΩ，数值越大越灵敏，但太灵敏会在潮湿、碳粉污染时频繁报警。我公司的TYG8694 发电机转子接地保护测控装置单独组一套，带接地故障点定位，能直接给出接地点占励磁电压的百分比。

失磁保护的判据有机端阻抗和励磁电压两条路。阻抗判据是把机端测量阻抗与异步边界圆、静稳边界圆比较，励磁消失后阻抗轨迹落进圆内即判失磁。失磁保护的阻抗圆参数必须按机组参数算，包括同步电抗、暂态电抗、机端电压和系统联系阻抗，照别的机组抄参数，圆画偏了就会出现该动的不动、不该动的乱动。励磁电压判据更直接，取励磁电压低于空载励磁电压的一定比例，作为失磁保护的辅助判据和闭锁条件。

失磁保护的出口要分两段。一段减出力，把有功降到允许值，给运行人员一个处理窗口；二段延时跳闸，时间按机组允许的异步运行时间定，汽轮机组通常允许几分钟，水轮机组更短。两段时间如果设成一样，等于取消了减出力这一段，现场调试失磁保护时要专门确认这一点。

失步保护看的是阻抗轨迹和功角。系统振荡时阻抗轨迹会周期性穿越阻抗平面，失步保护靠数穿越次数、看穿越方向来区分短路和振荡。整定失步保护要给出滑极次数，1～3 次之间取值，次数取少了在系统正常摆动时容易误动，取多了会延误解列。失步保护和失磁保护在阻抗平面上有交叠区，两者的延时必须错开，否则同一个工况两套保护抢着动。

四、异常运行与后备：负序、复压过流、逆功率

负序过流保护针对的是不对称故障和三相不平衡。负序电流在定子绕组里产生反向旋转磁场，以两倍工频在转子表层感应涡流，转子的散热条件远差于定子，所以负序能力是限制机组出力的关键指标。长期允许负序电流一般取额定电流的 8%～10%，短时能力按 I²t 常数控制，这个常数由制造厂给出，不同机组差别很大，不能统一按一个数整定。反时限特性要和转子的热容量曲线贴合，定时限特性在这类工况下保护效果很差。

复压过流是发电机后备保护，管的是主保护拒动和相邻元件故障。判据由过流元件加低电压闭锁组成，低电压元件的作用是区分故障电流和正常过负荷，避免电动机自启动时误动。整定时过流元件取 1.3～1.5 倍额定电流，低电压元件取 0.6～0.7 倍额定电压，延时按级差与相邻元件配合，一般 1.5～3s。这套后备保护在新机组上容易被判"多余"，实际项目中遇到过主变高压侧故障、纵差拒动，靠复压过流切除的案例，后备保护不是备而不用，是备而必须能用。

逆功率保护分两种。普通逆功率看的是有功方向反转，定值取 1%～3% 额定功率，延时几秒到几十秒，用于机炉保护动作后防止机组继续从系统吸收有功。程序逆功率是配合汽轮机主汽门关闭信号使用的，主汽门一关，程序逆功率立即启动计时，延时很短就解列，两者的定值和延时完全不同，不能合成一套。现场调试时把程序逆功率的延时设成和普通逆功率一样长，汽轮机已经断汽，发电机还在进相运行，这段时间对末级叶片是实打实的鼓风摩擦。

五、配置清单与定值单核对：按容量分三档

发电机保护的配置清单按容量分三档，这个分档只是工程习惯，具体到项目还要看机组型式、并网方式和所在电网的继电保护规定。小容量机组（小水电、余热、沼气、柴油）用一套综合保护装置兼顾主保护与后备保护，中容量机组把发电机纵差保护独立出来，后备保护单独一套，大容量机组按双重化配置，两套发电机保护的直流电源、CT 回路、跳闸回路全部分开。

定值单核对有四个位置必须逐条对。第一是 CT 变比，发电机保护装置里填的变比和现场铭牌、试验报告要一致，变比填错，所有带电流的发电机保护定值全部失准。第二是出口矩阵，每一类发电机保护对应跳哪些开关、要不要启动失灵、要不要联跳灭磁，矩阵错一行，动作行为就完全不同。第三是软压板，检修压板、信号压板、跳闸压板的初始状态要写成清单。第四是定值区，多套定值切换的机组，要确认当前运行区号和定值单编号对得上。

还有一条是验收时的实测项。发电机纵差保护要做一次带负荷测差流，两侧电流的幅值和相位差在整定范围内；发电机定子接地保护要做一次机端人为接地，看零序电压动作值和信号是否正确；发电机转子接地保护要在停机状态下用试验电阻模拟，从高阻往低阻扫，记录报警和跳闸的实际阻值。这三项做完，发电机保护的定值单才算真正落地，纸面上的定值和装置里的定值是两回事。

发电机保护这块内容比较多，发电机转子接地保护的一点与两点区别、选型时按容量怎么分，在发电机转子接地保护怎么选型里有更细的对照。配置清单先按上表定档，再按项目技术协议调整，不要反过来。

常见问题解答

把十类发电机保护按对象分组，配置就不会漏项：定子侧管短路和接地，转子侧管绝缘和磁场，异常运行组管越限工况，非电量组管机械与热工量。组屏前先定档，按容量选单套、主备分开还是双重化；定值单核对时抓住变比、出口矩阵、软压板、定值区四个位置；验收时把差流、人为接地、模拟接地电阻三项做实。这三步走顺，发电机保护就不会出现"装了但没起作用"的情况。