发电机保护
一、选择题
1.发电机解列的含义是(B)。
A：断开发电机断路器、灭磁、甩负荷
B:断开发电机断路器、甩负荷
C:断开发电机断路器、灭磁
2．*汽轮发电机解列灭磁的含义是(A、B、C)。
A：断开发电机断路器
B：灭磁
C：汽轮机甩负荷
D：发声光信号
3．发电机出口发生三相短路时的输出功率为(C)。
A：额定功率
B：功率极限
C：零
4．发电机装设纵联差动保护，它作为(C)保护。
A：定子绕组的匝间短路
B：定子绕组的相间短路
C：定子绕组及其引出线的相间短路
5.发电机比率制动的差动继电器，设置比率制动原因是(B)。
A：提高内部故障时保护动作的可靠性
B：使继电器动作电流随外部不平衡电流增加而提高
C：使继电器动作电流不随外部不平衡电流增加而提高
D：提高保护动作速度
6．单元件横差保护是利用装在双Y型定子绕组的两个中性点联线的一个电流互感器向一个横差电流继电器供电而构成。其作用是(B)。
A：定子绕组引出线上发生两相短路其动作
B：当定子绕组相间和匝间发生短路时其动作
C：在机端出口发生三相短路时其动作
7．对于定子绕组采用双星型接线的发电机，如能测量到双星形中性点之间的电流，便可采用单元件横差保护，该保护(C)。
A：既能反应发电机定子绕组的相间短路，又能反应定子绕组的匝间短路
B：既能反应发电机定子绕组的匝间短路，又能反应定子绕组的开焊故障
C：上述几种故障均能反应
8、利用纵向零序电压构成的发电机匝间保护，为了提高其动作的可靠性，则应在保护的交流输入回路上（C）
A：加装2次谐波滤过器
B：加装5次谐波滤过器
C：加装3次谐波滤过器
D：加装高次谐波滤过器
9．机端电压为18000V的30万KW汽轮发电机的允许接地电流最大为(A)。
A：
1A
B：3A
C：4A
10．定子绕组中性点不接地的发电机，当发电机出口侧A相接地时，发电机中性点的电压为(A)。
A：相电压
B：相电压
C：相电压
D：零
11．发电机正常运行时，其(B)。
A：机端三次谐波电压大于中性点三次谐波电压
B：机端三次谐波电压小于中性点三次谐波电压
C：机端三次谐波电压与中性点三次谐波电压相同
12．由反应基波零序电压和利用三次谐波电压构成的100％定子接地保护，其基波零序电压元件的保护范围是(B)。
A：由中性点向机端的定子绕组的85％～90％
B：由机端向中性点的定子绕组的85％～90％
C：100％的定子绕组
D：由中性点向机端的定子绕组的50%线匝
13．利用基波零序电压的发电机定子单相接地保护(C)。
A：不灵敏
B：无死区
C：有死区
D：灵敏
14．当在距离发电机中性点70%处发生定子单相接地时，发电机端电压互感器开口三角形侧的零序电压为（B）。
A.100伏
B.70伏
C.30伏
15．发电机定子绕组过电流保护的作用是：(C)。
A：反应发电机内部故障
B：反应发电机外部故障
C：反应发电机外部故障，并作为发电机纵差保护的后备
16．发电机复合电压起动的过电流保护在(A)低电压起动过电流保护。
A：反应对称短路及不对称短路时灵敏度均高于过电流保护
B：反应对称短路灵敏度相同但反应不对称短路时灵敏度高于过电流保护
C：反应对称短路及不对称短路时灵敏度相同只是接线简单
D：反应不对称短路灵敏度相同但反应对称短路时灵敏度均高于过电流保护
17．发电机、变压器的阻抗保护，(A)有电压回路断线闭锁。
A：应
B：可
C：宜
D：不能
18．发电机在电力系统发生不对称短路时，在转子中就会感应出(B)电流。
A．50Hz
B：100Hz
C：150Hz
19．发电机反时限负序电流保护的动作时限是(C)。
A：无论负序电流大或小，以较长的时限跳闸
B：无论负序电流大或小，以较短的时限跳闸
C：当负序电流大时以较短的时限跳闸；当负序电流小时以较长的时限跳闸
20．发电机的负序过流保护主要是为了防止(B)。
A：损坏发电机的定子线圈
B：损坏发电机的转子
C：损坏发电机的励磁系统
21．定子绕组中出现负序电流对发电机的主要危害是(A)。
A：由负序电流产生的负序磁场以2倍的同步转速切割转子，在转子上感应出流经转子本体、槽楔和阻尼条的100Hz电流，使转子端部、护环内表面等部位过热而烧伤
B：由负序电流产生的负序磁场以2倍的同步转速切割定子铁芯，产生涡流烧坏定子铁芯
C：负序电流的存在使定子绕组过电流，长期作用烧坏定子线棒
22．发电机转子绕组两点接地对发电机的主要危害之一是(A)
A：破坏了发电机气隙磁场的对称性，将引起发电机剧烈振动，同时无功功率降低
B：无功功率出力增加
C：转子电流被地分流，使流过转子绕组的电流减少
D：转子电流增加，致使转子绕组过电流
23．汽轮发电机励磁回路一点接地保护动作后，作用于(C)。
A：全停
B：解列、灭磁
C：发信号
24．发电机失磁会对电力系统产生下列影响：(A、C)。
A：造成系统电压下降
B：在系统中产生很大的负序电流
C：可能造成系统中其他发电机过电流
25．汽轮发电机完全失磁后，将出现(A)。
A：发电机有功功率基本不变，吸收无功功率，定子电流增大
B：发电机无功功率基本不变，有功功率减少，定子电流减小
C：发电机有功功率基本不变，定子电压升高，但定子电流减小
26．发电机失磁后，需从系统中吸取(C)功率，将造成系统电压下降。
A：有功和无功
B：有功
C：无功
27．大型汽轮发电机要配置逆功率保护，目的是（B）
A：防止主汽门关闭后，汽轮机反转；
B：防止主汽门关闭后，长期电动机运行造成汽轮机尾部叶片过热；
C：防止主汽门关闭后，发电机失步；
D：防止主汽门关闭后，发电机转子过热。
28．发电机逆功率保护的主要作用是(C)。
A：防止发电机在逆功率状态下损坏
B：防止系统发电机在逆功率状态下产生振荡
C：防止汽轮机在逆功率状态下损坏
D：防止汽轮机及发电机在逆功率状态下损坏
29．*大型汽轮发电机要配置逆功率保护，目的是(B，D)。
A：防止系统在发电机逆功率状态下产生振荡
B：防止主汽门关闭后，长期电动机运行造成汽轮机尾部叶片过热
C：防止主汽门关闭后，发电机失步
D：防止汽轮机在逆功率状态下损坏
30．形成发电机过励磁的原因可能是(C)。
A：发电机出口短路，强行励磁动作，励磁电流增加
B：汽轮发电机在启动低速预热过程中，由于转速过低产生过励磁
C：发电机甩负荷，但因自动励磁调节器退出或失灵，或在发电机启动低速预热转子时，误加励磁等
31．发电机变压器的非电量保护，应该(C)。
A：设置独立的电源回路(包括直流空气小开关及直流电源监视回路)，出口回路与电气量保护公用
B：设置独立的电源回路及出口跳闸回路，可与电气量保护安装在同一机箱内
C：设置独立的电源回路和出口跳闸回路，且在保护柜上的安装位置也应相对独立
二、判断题
1．发电机定子绕组的故障主要是指定子绕组的相间短路、匝间短路和接地短路。
（√）
2．发电机装设纵联差动保护，它是作为定子绕组及其引出线的相间短路保护。
(√)
3．发电机的比率制动式纵差保护对发电机匝间短路无保护作用。(√)
4．发电机不完全差动保护只对定子绕组相间短路有保护作用，而对绕组匝间短路不起作用。（×）
5．反应发电机定子匝间短路的零序电压保护装置，其零序电压可从机端电压互感器原边中性点与发电机中性直接连接TV的付边开口三角形绕组获得
。（√）
6．发电机匝间保护零序电压的接入，应用两根线，不得利用两端接地的方法代替其中一根线，以免两接地点之间存在着电位差，致使零序电压继电器误动。(√)
7．利用纵向零电压构成的发电机匝间保护，要求在保护的交流输入回路上加装3次谐波滤过器。(√)
8．发电机机端定子绕组接地，对发电机的危害比其他位置接地危害要大，这是因为机端定子绕组接地流过接地点的故障电流及非故障相对地电压的升高，比其他位置接地时均大。(√)
9．100MW及以上发电机定子绕组单相接地后，只要接地电流不超过5A，可以继续运行。（×）
10．发电机中性点处发生单相接地时，机端零序电压为
(相电动势)；机端发生单相接地时，零序电压为零。（×）
11．发电机中性点处发生单相接地时，机端的零序电压为0V。(√)
12．发电机定子单相绕组在中性点附近接地时，机端3次谐波电压大于中性点的3次谐波电压。(√)
13．发电机正常运行时，其机端3次谐波电压大于中性点的3次谐波电压。（×）
14．阻抗保护可作为变压器或发电机内部短路时有足够灵敏度的后备保护。（×）
15．发电机负序电流保护的作用是为了提高不对称短路时电流元件的灵敏度。
（√）
16．发电机负序反时限保护是发电机转子负序烧伤的唯一主保护，所以该保护电流动作值和时限与系统后备保护无关。(√)
17．发电机励磁回路一点接地保护动作后，一般作用于全停。（×）
18.对于汽轮发电机当发电机失磁后如失磁保护的动作立即切机。（×）
19．发电机—变压器组的过励磁保护应装在机端，当发电机与变压器的过励磁特性相近时，该保护的整定值应按额定电压较低的设备(发电机或变压器)的磁密来整定，这样对两者均有保护作用。(√)
20．现代大型发电机变压器组均设有非全相运行保护，是因为发电机负序电流反限保护动作时间长，当发—变组非全相运行时，可能导致相邻线路对侧的保护抢先动作，扩大事故范围。(√)
21．发电机逆功率保护主要保护汽轮机。(√)
22．发电机逆功率保护是用来保护发电机的保护类型之一。（×）
三、填空题
1．发电机—变压器组应装设双重快速保护，即装设发电机纵联差动保护，变压器纵联差动保护和发电机—变压器组共用纵联差动保护这只适应于容量在(300MW)及以上的汽轮发电机—变压器组。
2．发电机定子完全差动保护不能反应定子（内部匝间短路）和（分支开焊）故障。
3．发电机纵差保护是(相间短路)的主保护，其保护范围是(发电机中性点电流互感器与发电机出口电流互感器之间)。
4．发电机或发电机—变压器组纵差保护的动作电流整定值大于发电机的额定电流，应装设(电流回路断线监视)装置，(断线)后动作于信号。
5．发电机不完全纵差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。容量不大于50MW，额定电压为6.3kV的发电机接地电流允许值为(4A)；容量125～200MW，额定电压为13.8～15.75kV的非氢冷发电机接地电流允许值为(2A)。
6．发电机横差保护是定子绕组(匝间短路)的主保护，兼做定子绕组(开焊)保护。它动作与否取决于(定子双星形绕组中性点连线)电流的大小。
7．利用纵向零序电压构成的发电机匝间保护，为了提高其动作的可靠性，在保护的交流输入回路上加装(3)次谐波滤波器。
8．发电机在（定子绕组机端）发生单相接地时，机端零序电压为相电压，在（定子绕组中性点处）发生单相接地时，机端零序电压为零。
9．利用基波零序电压的发电机定子单相接地保护不能作为(100％定子接地)保护，有死区。
10．由反应基波零序电压和利用3次谐波电压构成的100％定子接地保护，其基波零序电压元件的保护范围是由机端到中性点的定子绕组的(85％～95％)。
11．双频式100%发电机定子接地保护是由（基波零序）电压和（三次谐波）电压共同构成的。
12．发电机励磁回路接地保护，分为(一点接地)保护和(两点接地)保护。
13．发电机短路故障后备保护，主要作为(发电机外部(相间)短路和发电机主保护)的后备保护。
14．当发电机带有不对称负荷或系统中发生不对称故障时，在定子绕组中将有（负序电流)，在发电机中产生(反向)的旋转磁场，于是在转子中产生倍频电流，引起附加损耗，导致转子过热。
15．发电机定子绕组中的负序电流对发电机的危害主要是引起(在转子回路中感应出倍频电流或转子发热)和(引起100Hz的转子振动)。
16．发电机在电力系统发生不对称短路时，在(转子)中就会感应出(100Hz)电流。
17．为防止发电机转子遭负序电流灼伤，需装设完善的(负序电流)保护。
18．大型发电机要配置逆功率保护，目的是(为了防止汽轮机断汽后，由于鼓风损失，汽轮机尾部叶片有可能过热使汽轮机遭到损坏)。
19．发电机解列灭磁的含义是(断开发电机断路器)、灭磁、(汽轮机甩负荷)。
四、简答题
1．在<继电保护和安全自动装置技术规程)中关于“停机”的含义是什么?
答：停机一断开发电机断路器、灭磁。对汽轮发电机还要关闭主汽门；对水轮发电机还要关闭导水翼。
2．发电机故障的类型有哪几种?
答：1)定子绕组相间短路；2)定子绕组一相的匝间短路；
3)定子绕组单相接地；
4)转子励磁电流消失等。
3.图1所示系统中，若发电机、变压器各装有图示的保护，若k点发生两相短路时，发电机和变压器各有哪些保护会起动？应由哪个保护最先动作？跳开哪些断路器？
答：k点发生两相短路时，发电机的过电流保护与过负荷保护会起动；变压器的纵差保护、过电流保护、过负荷保护会起动。应由变压器的主保护纵差动保护先动作，跳开2QF与3QF。如果变压器的纵差动保护未动作，则由变压器的后备保护过电流保护动作，跳开2QF与3QF。如果变压器的过电流保护也未动作，将由发电机的过电流保护作为远后备而动作，跳开1QF。两者的过负荷保护过了9秒后再动作于信号。
4．画图比较发电机完全纵差和不完全纵差有什么异同。
答：如下图所示。(1)电流互感器安装位置不同。发电机不完全纵差(或发—变组纵差)保护在发电机中性点侧的电流互感器(TAl)仅接在每相的部分分支中，互感器TAl的变比减小为机端互感器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)。
(a)不完全差动
(b)完全差动
完全纵差电流互感器变比相等，在正常运行或外部短路肘不平衡电流很小。
(2)保护范围不同。在内部相间短路、匝间短路时，不管短路发生在互感器所在分支或没有互感器的分支，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-变组不完全纵差。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，并能兼管分支开焊故障。
完全纵差对匝间和分支开焊故障不能动作。
5．为什么发电机纵差保护不能反应匝间短路?
答：发电机纵差保护在原理上只反映绕组中性点与机端电流之差，而匝间短路主要发生在发电机的同一相绕组上，从该相绕组中性点与机端电流互感器上测得的电流幅值相等，相位相差180°，故纵差保护不反应匝间短路。
6．什么是发电机的不完全纵差保护?它有哪些保护功能?一次不平衡电流怎样解决?
答：利用发电机中性点侧的电流互感器仅接在每相的部分分支中与发电机机端每相电流互感器构成的纵差保护称之为不完全纵差保护。
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，并能兼管分支开
焊故障。
发电机出线端电流为I，中性点分支只有1/n(n为分支数)，可采用不同变比的电流互感器解决不平衡电流问题，也可以在整定继电器基准电流Ib中解决，等等。
7．试分析发电机纵差保护和横差保护的性能，两者的保护范围如何?能否相互代替?
答：发电机纵差保护是相间短路的主保护，它反映发电机中性点至出口同一相电流的差值，保护范围即中性点电流互感器与出口电流互感器之间部分。因为反应同一相电流差值，故不能反应同相绕组匝间短路，所以不能替代匝间保护。
发电机横差保护，是定子绕组匝间短路的保护，兼做定子绕组开焊保护。它反应定子双星形绕组中性点连线电流的大小。当某一绕组发生匝间短路时，在同一相并联支路中产生环流使保护动作。对于相间短路故障，横差保护虽可能动作，但死区可达绕组的15％～20％，且不能切除引出线上的相间短路，所以它不能代替纵差保护。
8．简述发电机单元件横差保护的工作原理
答：对于大型发电机的双星形绕组中性点正常运行时两电位均为零，即相等。中性点连线上无电流流过，单元件横差保护不动作。
当同一相某一绕组发生匝间短路、同一相不同绕组发生匝间短路、定子绕组开焊、定子绕组相间短路、转子回路两点接地时，两中性点电位发生改变不再相等，中性点连线上有电流流过，单元件横差保护动作。
但此保护有死区。
9．发电机常用的内部短路的主保护有哪些?并说明哪些判据可反映定子匝间短路故障。
答：(1)发电机常用的内部短路主保护有：
1)纵联差动保护(完全纵差、不完全纵差)；
2)故障分量负序方向保护；
3)横差保护；
4)纵向零序过电压保护；
5)转子二次谐波电流保护。
(2)反映定子匝间短路故障的判据有：
1)故障分量负序方向保护：发电机内部不对称故障时必有负序功率输出。而外部故障时负序功率由外部系统流入发电机。所以用负序功率的流向作为判据。
2)不完全纵差保护：由机端电流与中性点部分分支电流构成差动保护。装设电流互感器的发电机分支发生匝间短路时会产生差流，不完全纵差可动作。而未装设电流互感器的发电机分支发生匝间短路时，可通过互感磁通使装设电流互感器的非故障分支绕组感受到故障的发生。
3)横差保护：将定子绕组分为几个部分，比较不同部分绕组的电流。所以可以反映匝间短路。应用较多的是单元件横差保护。
4)纵向零序过电压保护：电压取自专用电压互感器开口三角，专用电压互感器一次中性点与发电机中性点直接相连。在发电机发生匝间短路时，三相对中性点电压不平衡，会出现纵向零序电压。由于外部不对称故障也会产生纵向零序电压，该保护需负序功率方向闭锁及电压互感器断线闭锁。
5)转子二次谐波电流保护：利用发电机内部故障时产生负序电流，气隙中有反向旋转磁场，会在转子中感应出二次谐波电流。该保护需负序功率方向闭锁。
10．大型发电机定子接地保护应满足哪几个基本要求?
答：应满足三个基本要求：
(1)故障点电流不应超过安全电流。
(2)有100%的保护区。
(3)保护区内任一点发生接地故障时，保护应有足够高的灵敏度。
11．发电机为什么要装设定子单相接地保护?
答：发电机装设定子接地保护的原因主要有两点：
1)定子绕组发生单相接地后接地电流可能会烧伤定子铁芯。
2)定子绕组发生单相接地后，另外两个健全相对地电压上升。另外故障点将产生间歇性弧光过电压，极有可能引发多点绝缘损坏，从而使单相接地故障扩展为灾难性的相间或匝间短路。
12．由反应基波零序电压和3次谐波电压构成的发电机定子100％接地保护，其3次谐波元件的保护范围是为发电机的哪一部分?
答：由中性点向机端的定子绕组的50％以内。
13．请问下列叙述是否正确。如果是错误，请问为什么?
“发电机定子绕组过电流保护的作用是反应发电机外部短路，并作为发电机纵差保护的后备”
答：正确。
14．怎样利用基波零序电压和3次谐波电压构成发电机100％定子接地保护?
答；(1)第一部分是基波零序电压元件，其保护范围不少于定子绕组韵85％(从发电机端开始)；
(2)第二部分是利用3次谐波电压构成定子接地保护，用以消除基波零序电压元件保护不到的死区，其保护范围不小于定子绕组的20％(从发电机中性点开始)。
15．发电机定子接地保护和匝间短路保护所用电压互感器有什么不同?当机端发生A相金属性接地故障时，定子接地保护和匝简短路保护受到的电压分别为多少?这两种保护动作情况如何?
答：发电机定子接地保护所用电压互感器的一次绕组的中性点直接接地。发电机匝间保护所用电压互感器的一次绕组的中性点接变压器中性点。
机端A相接地时，定子接地保护感受到的电压为100V，保护动作。匝间保护感受到的电压为0V，保护不动作。
16．定子单相接地保护和定子匝间短路保护均采用电流用基波零序电压，这两种电压有什么不同?采用的定子匝间短路保护在发电机发生单相接地故障时会误动吗?
答：(1)定子单相接地保护的电压是机端三相对地零序电压，定子匝间短路保护的电压是机端三相对中性点的零序电压。如下图所示。
(2)由于定子单相接地故障时，不改变机端三相对中性点的电压，所以匝间短路保护不会误动。
(a)定子接地保护；
(b)匝间保护
17．试述纵向零序电压发电机内部短路保护的适用范围及其基本原理，并画出其原理接线图。
答：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6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原理接线图，如下图所示。
零序电压匝间短路保护原理接线图
发电机定子绕组发生内部短路时，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，因此TV0有输出。发电机正常运行和外部相间短路时，=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，发电机中性点电位升高，因TV0一次侧中性点是接在发电机中性点上，因此开口三角形绕组输出的仍为零。
18、发电机励磁回路为什么要装设一点接地和两点接地保护7
答：发电机励磁回路一点接地，虽不会形成故障电流通路，从而不会给发电机造成直接危害，但要考虑第二点接地的可能性，所以由一点接地保护发出信号，以便加强检查、监视。
当发电机励磁回路发生两点接地故障时：①由于故障点流过相当大的故障电流而烧伤发电机转子本体；②破坏发电机气隙外伤的对称性，引起发电机的剧烈振动；⑧使转子发生缓慢变形而形成偏心，进一步加剧振动。所在在一点接地后要投入两点接地保护，以便发生两点接地时经延时动作停机。
19．大型汽轮发电机装设逆功率保护的目的是什么?
答：主要用于保护汽轮机。因为在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。此时，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。
20．逆功率对发电机本身无害，为何大型汽轮发电机还需装设逆功率保护?
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3min，需装设逆功率保护。
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