介绍
发电机保护在电厂运行中非常重要。发电机的保护涉及比任何其他系统元件的保护更多地考虑异常运行状况。在无人值守的电站中，应提供针对所有有害异常情况的自动保护。
问题
过度兴奋
当给定发电机的电压与频率之比（伏特/赫兹）超过设定值时，由于发电机磁芯的饱和以及随后在未设计成承载磁通量的组件中引起杂散磁通，可能会导致严重的过热这种过度励磁最经常发生在机组以降低的频率运行时的启动或关闭期间，或者在完全甩负荷的过程中，这会使传输线连接到发电站。
具有反时限特性的伏特/ Hz继电器可与受保护设备的能力相匹配，并具有确定的时间设定点，用于保护发电机免受过励磁。
失步保护
当电力系统的两个区域或两个互连系统失去同步时，整个系统中的电压和电流将有很大的变化。当系统同相时，电压最大，电流最小。当系统为180度时，电压异相最小，电流最大。
负相序或不平衡电流
不平衡的故障和其他系统状况可能会导致发电机中的三相电流不平衡。这些电流的负序分量会在转子中引起双频电流，从而导致过热和损坏。
过电压
在甩负荷或励磁控制故障期间可能会发生发电机过电压。对于水力发电机或燃气轮机驱动的发电机，在甩负荷时，发电机可能会加速并且电压可以达到高水平，而不必超过发电机’s V/Hz limit.
调压设备通常提供这种保护。如果不是，则应由交流过电压继电器提供。该继电器应具有一个延时单元，其拾取器的额定电压约为额定电压的110％。它还应具有一个瞬时单元，其拾取器的额定电压约为额定电压的130％至150％。蒸汽轮机驱动的发电机通常不需要。
欠电压
欠压状态是指交流电源的均方根电压在超过1分钟的持续时间内在电源频率下降至不到90％。术语“电力不足”通常用于描述由公用事业公司发起的持续的欠压时段，以减少电力需求。欠电压是由事件引起的，与引起过电压的事件相反。
动力反转
对于与另一台发电机一起运行的发电机，必须监控功率方向。如果原动机发生故障，则交流发电机将作为电动机运行并驱动原动机。继电器检测电源方向的反转并关闭交流发电机。避免了动力损失和原动机损坏。
发电机死电保护
如果死机意外通电，则在转动齿轮时，它将启动并起感应电动机的作用。在发电机加速期间，转子中会感应出非常大的电流，并且可能会很快损坏它。
过频
系统故障可能导致系统分裂为孤岛，从而在可用发电量和负载之间造成不平衡。这导致所连接负载的功率过大。功率过大会导致频率过高，而负载需求减少可能会导致过电压。
完全或部分甩负荷可能导致发电机超速运行，因此会导致超频运行。通常，除非超过额定功率和大约105％的电压，否则超频操作不会引起任何严重的过热问题。可以采取控制措施将发电机速度和频率降低到正常水平，而不会使发电机跳闸。
欠频
当所连接的负载产生的功率不足时，频率不足会导致负载需求增加。电压下降会导致稳压器增加励磁，从而导致定子和转子过热。同时，由于发电机无法以降低的频率提供功率，因此需要更多的功率。
发电机在降低的频率下长时间运行会给燃气轮机或蒸汽轮发电机带来特殊问题，这些问题很容易因超出其正常频段的运行而损坏。由于在涡轮的许多级中可能发生机械共振，因此在降低的频率下，涡轮比发电机更具限制性。如果发电机转速接近任何一个叶片的固有频率，则振动会增加，这会导致叶片结构破裂。
甩负荷是防止发电机过载的主要保护措施，但应提供低频继电器以提供额外的保护。
定子接地故障
尽管单个接地故障不会影响发电机的运行或不会立即产生任何破坏性影响，但第一个接地故障会建立接地参考，从而使第二个接地故障更有可能发生。这将增加田间其他点对地面的压力。第二个接地故障将通过以下方式造成广泛的损坏：
- 短路部分励磁绕组
- 引起高单位振动
- 由于不平衡电流导致转子发热
- 故障点的电弧损坏
保护
接地故障保护
接地故障的主要原因之一是绝缘故障。发电机的零序阻抗通常低于正序或负序阻抗，因此，对于牢固接地的发电机，单相接地故障电流大于三相故障电流。发电机通常通过阻抗接地，以限制接地故障电流。
与相间故障相比，在阻抗接地的发电机上可用于检测相间接地故障的故障电流可能很小。根据故障位置和发电机接地方法，通常会提供单独的接地故障保护。
定子过热保护
此问题是由过载或冷却系统故障引起的。由于叠片短路导致的过热非常局部化，在严重损坏之前是否能够检测到过热只是一个偶然的问题。
实践是将电阻温度检测器线圈（RTD）或热电偶嵌入槽中，发电机的定子绕组大于500至1000 kVA。图9示出了与RTD一起使用的桥接电路。这些检测器中的足够多的位于绕组中的不同位置，因此可以获得整个定子的温度条件的指示。
选择了几个提供最高温度指示的检测器与温度指示器或记录器一起使用，通常带有警报触点。给出最高指示的检测器可以被布置为操作温度继电器以发出警报。
超速
建议对所有原动机驱动的发电机进行超速保护。超速元件应通过机械或等效的电气连接对机器速度作出响应。如果是电动的，则超速元件不应受到发电机电压的不利影响。
超速元件可以作为原动机，其限速器或发电机的一部分来提供。它应该操作限速器，或者提供其他任何关闭装置来关闭原动机。它还应使发电机断路器跳闸。这是为了防止发电机本身通过交流系统超频运行。
应将超速元件调整为在满载抑制速度之上约3％至5％的速度运行。
缺相保护
发电机定子绕组中的相故障会导致绝缘，绕组和铁心的热损坏，并导致轴和联轴器受到机械冲击。发电机跳闸且磁场断开后，机器内部被困的通量可能导致故障电流流过许多秒钟。
发电机相间故障的初级保护最好由差分继电器提供。差动继电器将检测相相故障，三相故障和双相接地故障。通过发电机的低阻抗接地，还可以检测到某些单相接地故障。
自动总线切换
图10所示的一种自动总线切换单元以以下方式操作。
普通市电模式
在正常情况下，当市电可用时，市电通过转换开关控制接触器运行，电源先连接到配电盘，然后再连接到电气负载。公用事业公司为安装在转换开关控件中的电池充电器供电，以使发电机组中的启动电池保持充电状态。
发生断电
当市电电压低于正常值的85％或完全失效时，备用电源系统将自动执行启动顺序。转换开关控制电路不断监控公用电源和发电机组的电能质量。当转换开关控制电路检测到不可接受的市电时，控制将等待3秒钟，然后发送信号以启动发电机组发动机。如果市电在3秒钟之前恢复，发电机组将不会发出启动信号。
当接收到启动信号并将手动/自动开关设置为自动时，发动机将启动，达到适当的运行速度，并且发电机组可提供交流电源。转换开关控制电路会感测到这一点，等待3秒钟，然后将发电机组的电源传输到转换开关接触器。从停电发生到连接发电机组电源的时间通常少于10秒。
转换开关包括一个手动手柄。如果传输电路未导致自动转换为发电，则可以将手动/自动开关移至手动位置，然后使用手柄将其从市电转换为应急电源，反之亦然。
市电回电
当市电恢复供电时，转换开关控制电路会感测到这一点，并会在5分钟的时间内监视可接受的电压水平。在这之后
5分钟内且电压水平稳定后，控制器将向转换开关接触器发出信号，以将负载重新传输回市电，然后断开发电机组电源。此时，发电机组为“off-line”并会自动再运行5分钟，以使其正常冷却。在此冷却周期之后，发电机组将自动关闭并重置为待机模式。
接地系统
接地定义为零电压电位的参考点，通常是到地面的实际连接。接地的需求非常重要，因为开阔的地面状况可能会给操作发电设备的任何人带来严重的安全问题。接地可确保任何人触摸任何金属部件都不会受到高压电击。用于此目的的导体是裸线或绿色绝缘线。
避雷针
避雷器用于使由雷击或其他系统问题引起的过高电压接地。遭到雷击时，电源线和相关设备可能无法使用。它们被设计为在必要时可快速重复运行。避雷器连接到变压器或开关柜的内部。
