发电机差动保护原理

5.1发电机比率制动式差动保护 比率制动式差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护。

5.1.1保护原理

5.1.1.1比率差动原理。

差动动作方程如下：

I op ?I op.0(I res ?I res.0时)

I op ?I op.0+S(I res –I res.0)(I res >I res.0时)

式中：I op 为差动电流，I op.0为差动最小动作电流整定值，I res 为制动电流，I res.0为最小制动电流整定值，S 为比率制动特性的斜率。各侧电流的方向都以指向发电机为正方向，见图5.1.1。 差动电流：N T op I I I ⋅

⋅+= 制动电流：2

N T res I I I ⋅⋅-= 式中：I T ，I N 分别为机端、中性点电流互感器(TA)二次侧的电流，TA 的极性见图5.1.1。

图5.1.1电流极性接线示意图

（根据工程需要，也可将TA 极性端均定义为靠近发电机侧）

5.1.1.2TA 断线判别

当任一相差动电流大于0.15倍的额定电流时启动TA 断线判别程序，满足下列条件认为TA 断线：

a. 本侧三相电流中至少一相电流为零；

b. 本侧三相电流中至少一相电流不变；

c. 最大相电流小于1.2倍的额定电流。

5.2发电机匝间保护

发电机匝间保护作为发电机内部匝间短路的主保护。根据电厂一次设备情况，可选择以下方案中的一种：

5.2.1故障分量负序方向(ΔP 2)匝间保护

该方案不需引入发电机纵向零序电压。

故障分量负序方向(ΔP 2)保护应装在发电机端，不仅可作为发电机内部匝间短路的主保护，还可作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护。

5.2.1.1保护原理

当发电机三相定子绕组发生相间短路、匝间短路及分支开焊等不对称故障时，在故障点出现负序源。故障分量负序方向元件的2.U ∆和2.

I ∆分别取自机端TV 、TA ，其TA 极性图见图5.2.1.1，则故障分量负序功率?P 2为：

式中2Λ∆I 为2∙∆I 的共轭相量，?sen 。2为故障分量负序方向继电器的最大灵敏角。

一般取60?~80?(2.I ∆滞后2.

U ∆的角度)。

故障分量负序方向保护的动作判据可表示为：

实际应用动作判据综合为：

?P 2=?U 2r ??I ’2r +?U 2i ??I ’2i >?P

(?u 、?i 、?P 为动作门槛)

保护逻辑框图见图5.2.1.2。

图5.2.1.1故障分量负序方向保护极性图

图5.2.1.2故障分量负序方向保护逻辑框图 5.2.2发电机纵向零序过电压及故障分量负序方向型匝间保护

本保护不仅作为发电机内部匝间短路的主保护，还可作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护。

5.2.2.1保护原理

发电机定子绕组发生内部短路，三相机端对中性点的电压不再平衡，因为机端电压互感器中性点与发电机中性点直接相连且不接地，所以互感器开口三角绕组输出纵向3U 0，保护判据为：

|3U 0|>U set

式中，U set 为保护的整定值。

发电机正常运行时，机端不平衡基波零序电压很小，但可能有较大的三次谐波电压，为降低保护定值和提高灵敏度，保护装置中增设三次谐波阻波功能。

为保证匝间保护的动作灵敏度，纵向零序电压的动作值一般整定较小，为防止外部短路时纵向零序不平衡电压增大造成保护误动，须增设故障分量负序方向元件为选择元件，用于判别是发电机内部短路还是外部短路。

故障分量负序方向元件采用图 5.2.1.2所示的逻辑，方案二的综合框图见图

5.2.2。

发电机并网后运行时，纵向零序电压元件及故障分量负序方向元件组成“与”门实现匝间保护；在并网前，因ΔI 2=0，则故障分量负序方向元件失效，仅由纵向零序电压元件经短延时t1实现匝间保护。并网后不允许纵向零序电压元件单独出口，为此以过电流I >I set 闭锁该判据，固定I set =0.06I n 。

图5.2.2匝间保护方案二逻辑框图5.2.3高灵敏零序电流型横差保护

高灵敏零序电流型横差保护，作为发电机内部匝间、相间短路及定子绕组开焊的主保护。

5.2.3.1保护原理

本保护检测发电机定子多分支绕组的不同中性点连线电流(即零序电流)3I 0中的基波成分，保护判据为：

判据1（无制动特性）：

I op ?I set ，I set 为动作电流的整定值，见后

判据2（有制动特性）：

I op ?I op.0(I res ?I res.0时)

0.0

.0.0.)(op res res res op op I I I I S I I ⨯-+≥(I res >I res.0时)

式中：I op为横差电流，I op.0为横差最小动作电流整定值，I res为制动电流（取机端三相电流最大值），I res.0为最小制动电流整定值，S为比率制动特性的斜率。

判据1、2均可单独构成横差保护，用户可通过控制字进行选择。

发电机正常运行时，接于两中性点之间的横差保护，不平衡电流主要是基波，在外部短路时，不平衡电流主要是三次谐波成分，为降低保护定值和提高灵敏度，保护中还增加有三次谐波阻波功能。横差保护瞬时动作于出口，当转子发生一点接地时，横差保护经延时t动作于出口，t一般整定为0.5s。该方案的综合逻辑框图如图5.2.3。

5.3变压器（发-变组、高厂变、励磁变）差动保护

比率制动式差动保护是变压器（发-变组、高厂变、励磁变）的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障；保护能正确区分励磁涌流、过励磁故障。

保护采取自适应提高定值的方式，防止外部故障时由于TA饱和引起差动误动，当差流中的三次谐波与基波的比值大于某一定值时，自动提高比率制动差动的动作值、改变比率制动系数和最小制动电流，进一步提高保护的可靠性。

发-变组保护装置最多可实现6侧差动，动作特性图如下：

图5.3.1比率差动动作特性图

图中阴影部分要经过励磁涌流判别、TA断线判别和TA饱和判别后才出口，双阴影部分只要经过励磁涌流判别就出口。

5.3.1比率差动原理

差动动作方程如下

I op>I op.0(I res?I res.0)

I op?I op.0+S(I res–I res.0)(I res>I res.0)(5-3-1)

I res>1.2 I n

I op?1.2I n+0.8(I res–1.2 I n)(I res>1.2 I n)(5-3-2)

I op为差动电流，I op.0为差动最小动作电流整定值，I res为制动电流，I res.0为最小制动电流整定值，S为比率制动特性斜率，I n为基准侧电流互感器的额定二次电流，各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。

对于两侧差动：

I op=|∙

I1+

∙

I2|(5-3-3)

I res=|∙

I1-

∙

I2|/2(5-3-4)

对于三侧及以上差动：

I op=|∙

I1+

∙

I2+…+

∙

I n|(5-3-5)

I res=max{|∙

I1|，|∙I2|，…，|∙I n|}(5-3-6)

式中：3≤n≤6，∙

I1，

∙

I2，。。。

∙

I n分别为变压器各侧电流互感器二次侧的电

流。

判据(5-3-1)为低定值的比率制动差动，判据(5-3-2)为高定值比率制动差动。

5.3.2励磁涌流判别