髓 发电机纵差动保护的原理及应用分析 司虎成 朴东浩 包头东华热电有限公司 内蒙古包头０１４０４０ 【摘要】发电机内部短路故障主要是指定子绕组的相间和匝问短路 ｊ ，在定子绕组同相相闻短路时两相电流仍然相等，保护将不能动作。 故障，短路故障发生时将会形成很大的冲击电流，所产生的的强大电弧将 而通常大型发电机每相定子绕组均为两个或多个并联分支，若仅引入发 会烧毁定子绕组绝缘，还有可能引发大型火灾甚至使发电机报废，后果非 常严重。故要求安装发电机纵差动保护作为发电机定子绕组相间、匝间短路 故障的主保护，动作于解列发电机。 电机中性点侧部分分支电流 来构成纵差动保护选择合适的ＴＡ变比， 就能保证正常运行及区外故障时没有差流，而发生发电机相间与匝间短 路时都会形成差流，当大于整定值时，可切除故障。这种纵差动保护被 【关键词】发电机；纵差动保护；定值整定 称为不完全纵差动保护。 不完全纵差动保护可按下列原则选择配置中性点ＴＡ的个数 一、比率制动式纵差保护工作原理 ａ／２≤Ｎ≤（ａ／２）＋１ 比率制动式纵差保护的动作电流是在变化的，它随短路电流的变 式中Ｎ－－－中性点侧每相接入纵差动保护的分支数； 化而自动变化，保证外部短路故障不误动的同时又对内部短路故障有很 ａ－－一发电机每相的并联的分支总数。 高的灵敏度。 由于发电机不完全纵差动保护仅引入了中性点的部分分支电流，因 以发电机一相为例，规定一次电流流入发电机为正方向。当正常 此在应用时要注意以下问题： 运行以及发生保护区外的故障时，流入差动继电器的差动电流为零，差 （１）ＴＡ的误差。发电机机端和中性点ＴＡ的变比不再相等，不可能 动继电器将不动作。当发生发电机内部故障时，流入差动继电器的差动 使用同一型号的ＴＡ，因此ＴＡ引起的不平衡电流将会增加。 电流将会出现较大的数值，当差动电流超过整定值时，差动继电器判为 （２）误差源增加。除了通常的误差以外，不完全纵差动保护还会存 发生了发电机内部故障而动作于解列发电机。 在一些特别的误差源，如各分支参数的一些微小差异（气隙不对称、电 ｌ、比较发电机机端与中性点电流的相位和幅值来判断故障点。 机振动等）引起的不平衡。 （１）当正常运行或外部故障时，Ｉｉ和Ｉ，方向相同，大小相等，差动电 （３）整定值。相对发电机完全纵差动保护而言，由于不完全纵差动 流Ｉ ：Ｉ 一Ｉ，＝０；制动电流Ｉ，＝（Ｉ ＋Ｉ，）／２－Ｉ。 保护的误差增加，在整定时应该考虑适当提高纵差动保护的动作门槛 （２）当区内故障时，Ｉ．和Ｉ，反方向，差动电流Ｉ ＝Ｉ －Ｉ，＝Ｏ故障电流， 和比率制动系数。 与Ｉ 和Ｉ，的绝对值的和成正比；制动电流Ｉ 与Ｉ 和Ｉ，的绝对值的差成正 （４）灵敏度。不完全纵差动保护的灵敏度与发电机中性点分支上 比。 ＴＡ的布置位置及ＴＡ的个数有密切关系。在应用不完全纵差动前应考虑 ２、为了保证外部故障时装置不误动，故采用比率制动式差动元件， 进行必要的发电机内部短路故障灵敏度分析与计算。 使动作电流跟着制动电流而变，外部短路电流越大，继电器的动作电流 兰．发电机纵差动保护定值整定与实际中应注意的问匝 也越大，确保外部故障时，继电器能够可靠制动。 ｌ、纵差动启动电流按躲过最大负荷工况下的不平衡电流整定。最 整定恰当的制动系数能保证区外故障可不误动，区内故障可靠动 小动作电流应大于发电机额定负荷运行时的不平衡电流，即 作。如图ｌ中，采用双斜率的动作特性曲线，斜率１小些，是考虑到内部短 ｏ＝Ｋ ｘ２ｘ０．０３１，＝１．５ｘ２ｘ０．０３‘＝０．０９Ｉ 式（３．１） 路时有良好的灵敏度，斜率２大些，考虑到区外故障形成的巨大穿越电 式中： ＿－＿一可靠系数，取１．５Ｉ 流会使两侧ＴＡ饱和程度不同，同时产生很大差流，提高斜率来提升制 Ｉ－－一一发电机额定电流ｔ 动能力，防止外部短路误动。 工程实际一般整定在０．卜０．２Ｉ ，但若两侧ＴＡ型号不同，通常取高 值，若实测差动保护中的不平衡电流大于此值，则需对定值进行重新整 定。 ２、斜率ｌ应大于最大正常负荷电流下ＴＡ误差产生的不平衡电流， 通常取２０％。 ３、拐点１是斜率１的终结点，应大于发电机最大正常运行电流。为使 区内故障有高的灵敏度，希望制动电流在２．０倍的发电机额定电流以内 时，动作特性斜率不要过大。 ４、拐点２是过渡区的终点和斜率２的起点，应设置为使任一保护用 ＴＡ开始饱和时的电流值。若保护用ＴＡ选为５Ｐ２０，其饱和电流值很大， 而发电机最大外部短路电流在６倍额定电流之内，一般取拐点６倍发电 机额定电流。 Ｉ ５、实际应用中的注意事项 图１差动保护双斜率的动作特性曲线 （１）针对发电机出口带断路器的系统，发电机纵差动保护机端ＴＡ 二 发电机纵差动保护原理 与主变纵差动保护ＴＡ的选择要保证无死区，二者要有有交叉。当发电 １．发电机纵差动保护动作逻辑关系 机检修且主变带厂用电运行时，禁止在主变纵差动保护的发电机机端 由于发电机中性点为非直接接地，当发电机内部发生相间短路故 侧ＴＡ通电，否则主变纵差动保护将会因试验电流而误动。 障时，会有两相或三相的差动继电器同时动作。根据这一特点，在保护 （２）按规定应定期检测发电机纵差动保护的不平衡电流，一旦其 逻辑设计时可作相应的考虑。当两相或三相差动继电器动作时，可判断 有增大趋势，应马上检查，分析原因，并做相应处理。 为发电机内部发生短路故障；而仅有一相差动继电器动作时，则判断为 ＴＡ断线。为了对付发生一点在区内接地而另外一点在区外接地引起的 短路故障，当有一相差动继电器动作且同时有负序电压时也判定为发电 参考文献 机内部短路故障。这种动作逻辑的特点是单相ＴＡ断线不会动作，因此 ［１】天津大学．电力系统继电保护原理．北京：电力工业出版 可省去专用的ＴＡ断线闭锁环节，且保护安全可靠。 社．１ ９８０． ２、发电机不完全纵差动保护原理 【２］刘学军．继电保护原理．北京：中国电力出版社，２００７． 常规纵差动保护引入发电机定子机端和中性点的全部相电流ｉ 和 【５】王爱琴．大型发变组保护的研究与应用．浙江大学硕士论 文．２００９．