發電機縱差（或發電機變壓器組縱差）保護在發電機中性點側的電流互感器ta1僅在每相的部分分支中，電流互感器ta1減小為機端電流互感器ta2的一半，在正常執行或外部短路時，仍有不平衡電流（理論上為零）。在內部相間短路或匝間短路時，不管短路發生在電流互感器所在分支或沒有電流互感器的分支，不完全縱差保護均能動作，這主要依靠定子繞組之間的互感作用。ta3與ta4將組成發電機變壓器組不完全縱差。
不完全縱差保護對定子繞組相間短路和匝間短路有保護作用，並能兼顧分支開焊故障。
發電機縱差保護是根據差流法的原理來裝設的。其原理接線圖如下：
在發電機中性點側與靠近發電機出口斷路器qf處，裝設效能、型號相同的兩組電流互感器ta1、ta2，來比較定子繞組首尾端的電流值和相位，兩組電流互感器，按環流法連線，差流迴路接入電流繼電器ⅰ-ⅰ.
在正常時，中性點與出口側的電流數值和相位都相同，差流迴路沒有電流，繼電器ⅰ-ⅰ不會動作。
在保護範圍外發生短路故障，與正常執行時相似，差流迴路也沒有電流，保護也不會動。在保護範圍內發生故障，流經電流繼電器ⅰ-ⅰ的電流，為ta1、ta2電流互感器二次電流之差，繼電器ⅰ-ⅰ啟動，保護裝置將動作。這就是發電機縱差保護的基本工作原理。
對於發電機可能發生的故障和不正常工作狀態，應根據發電機的容量有選擇地裝設以下保護。
1、縱聯差動保護。為定子繞組及其引出線的相間短路保護。
2、橫聯差動保護。為定子繞組一相匝間短路保護。只有當一相定子繞組有兩個及以上併聯分支而構成兩個或三個中性點引出端時，才裝設該種保護。
3、單相接地保護。為發電機定子繞組的單相接地保護。
4、勵磁迴路接地保護。為勵磁迴路的接地故障保護，分為一點接地保護和兩點接地保護兩種。中小型汽輪發電機，當檢查出勵磁迴路一點接地後再投入兩點接地保護，大型汽輪機發電機應裝設一點接地保護。
5、低勵、失磁保護。為防止大型發電機低勵（勵磁電流低於靜穩極限所對應的勵磁電流）或失去勵磁（勵磁電流為零）後，從系統中吸收大量無功功率而對系統產生不利影響，100mw及以上容量的發電機都裝設這種保護。
6、過負荷保護。發電機長時間超過額定負荷電流執行時作用於訊號的保護。中小型發電機只裝設定子過負荷保護；大型發電機應分別裝設定子過負荷和勵磁繞組過負荷保護。
7、定子繞組過電流保護。當發電機縱差範圍外發生短路，而短路元件的保護或斷路器拒動時，為了可靠切除故障，則應裝設反應外部短路的過電流保護。這種保護兼作縱差保護的後備保護。
8、定子繞組過電壓保護。中小型汽輪發電機通常不裝設過電壓保護。水輪發電機和大型汽輪發電機都裝設過電壓保護，以切除突然甩去全部負荷後引起定子繞組過電壓。
9、負序過電流保護。電力系統發生不對稱短路或者三相負荷不對稱（如電氣機車、電弧爐等單相負荷的比重太大）時，發電機定子繞組中就有負序電流。該負序電流產生反向旋轉磁場，相對於轉子為兩倍同步轉速，因此在轉子中出現100hz的倍頻電流，它會使轉子端部、護環內表面等電流密度很大的部位過熱，造成轉子的區域性灼傷，因此應裝設負序過流保護。
中小型發電機多裝設負序定時限電流保護；大型發電機多裝設負序反時限電流保護，其動作時限完全由發電機轉子承受負序發熱的能力決定，不考慮與系統保護配合。
10、失步保護。大型發電機應裝設反應系統振盪過程的失步保護。中小型發電機都不裝設失步保護，當系統發生振盪時由執行人員判斷，根據情況用人工增加勵磁電流、增加或減少原動機出力、區域性解列等方法處理。
11、逆功率保護。當汽輪機主汽門誤關閉，或機爐保護動作關閉主汽門而發電機出口斷路器未跳閘時，發電機失去原動力變成電動機執行，從電力系統吸收有功功率。這種工況對發電機並無危險，但由於鼓風損失，汽輪機尾部葉片有可能過熱而造成汽輪機事故，故大型機組要裝設用逆功率繼電器構成的逆功率保護，用於保護汽輪機
發電機相間短路的後備保護在下述情況下應動作：
（1）發電機內部故障，而縱聯差動保護或其他主要保護拒動時。
（2）發電機、發電機－變壓器組的母線故障，而該母線沒有母線差動保護或保護拒動時。
（3）當連線在母線上的電氣元件（如變壓器、線路）故障而相應的保護或斷路器拒動時。發電機的後備保護方式有：低電壓啟動的過電流保護、復合電壓啟動的過電流保護、負序電流以及單元件低壓過電流保護和阻抗保護。
1）低電壓啟動的過電流保護。發電機低壓啟動的過流保護的電流繼電器，接在發電機中性點側三相星形連線的電流互感器上，電壓繼電器接在發電機出口端電壓互感器的相間電壓上，在發電機投入前發生故障時，保護也能動作。低電壓元件的作用在於區別是過負荷還是由於故障引起的過電流。
2）復合電壓啟動的過電流保護。復合電壓啟動是指負序電壓和單元件相間電壓共同啟動過電流保護。在變壓器高壓側母線不對稱短路時，電壓元件的靈敏度與變壓器繞組的接線方式無關，有較高的靈敏度。
3）負序電流和單元件低壓過流保護。發電機負序電流保護採用兩段式定時限負序電流保護，由於不能反應三相對稱短路，故加設單元件低壓過流保護作為三相短路的保護；對於發電機－變壓器組，宜在變壓器兩側均設低壓元件。兩段式定時限負序保護的靈敏段作為發電機不對稱過負荷保護，經延時作用於訊號。
定時限負序電流保護作為發電機不對稱短路的後備保護，它和單元件電壓過流共用時間元件。
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