纵联差动保护原理

一、发电机相间短路的纵联差动保护

将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器二次侧图示极性端纵向连接起来，差动继电器KD接于其差回路中，当正常运行或外部故障时，I1与I2反向流入，KD的电流

为1

1

TA

I

n

-2

2

TA

I

n

=

1

I'-

2

I'≈0 ，故KD不会动作。当在保护

区K2点故障时，I1与I2 同向流入，KD的电流为：

1

1

TA

I

n

+2

2

TA

I

n

=

1

I'+

2

I'=2k

TA

I

n

当2k

TA

I

n

大于KD的整定值时，即

1

I'-(3)

max max

/

unb st unp i k TA

I K K f I n

=≠

0 ,KD动作。这里需要指出的是：上面的讨论是在理想情况下进行的，实际上两侧的电流互感器的特性（励磁特性、饱和特性）不可能完全一致，误差也不一样，即nTA1≠nTA2，正常运行及外部故障时，2k

TA

I

n

≥I set

，总有一定量值的电流流入KD, 此电流称为不平衡电流，用Iunb表示。通常，在发电机正常运行时，此电流很小，当外部故障时，由于短路电流的作用，TA的误差增大，再加上短路电流中非周期分量的影响，Iunb增大，一般外部短路电流越大，Iunb就可能越大，其最大值可达：

.min

.min.min

()

brk brk

op ork brk op

I I

I K I I I

>

≥≤+

式中：Kst——同型系数，取0.5；

Kunp——非周期性分量影响系数，取为1～1.5；

fi ——TA的最大数值误差，取0.1。

为使KD在发电机正常运行及外部故障时不发生误动作，KD的动作值必须大于最大平衡电流Iunb.max，即Iop=KrelIunb.max

(Krel为可靠系数，取1.3）。Iunb.max越大，动作值Iop就越大，这样就会使保护在发电机部故障的灵敏度降低。此时，若出现较轻微的部故障，或部经比较大的过渡电阻Rg短路时，

保护不能动作。对于大、中型发电机，即使轻微故障也会造成严重后果。为了提高保护的灵敏系数，有必要将差动保护的动作电流减小，要求最小动作电流Iop.min=(0.1-0.3)IN（IN为发电机额定电流），而在任何外部故障时不误动作。显然，图7.1所示的差动保护整定的动作电流已大于额定电流，无法满足这种要求。

具有比率制动特性的差动保护

保护的动作电流Iop随着外部故障的短路电流而产生的Iunb的增大而按比例的线性增大，且比Iunb增大的更快，使在任何情况下的外部故障时，保护不会误动作。这是把外部故障的短路电流作为制动电流Ibrk,而把流入差动回路的电流作为动作电流Iop。比较这两个量的大小，只要IOP≥Ibrk ，保护动作；反之，保护不动作。其比率制动特性折线如图7.2 所示。

动作条件：分两段

.min

op op

I I

>

.min

ork brk

I I

≤

.min.min

()

op ork brk op

I K I I I

≥≤+

.min

brk brk

I I

>

式中，K 为制动特性曲线的斜率（也称为制动系数）。

在图7.3(a）中，选取W1=W2=0.5W3,DKB1、DKB2二次绕组匝数相同a。

制动电流：

12

1

()

2

brk

I I I

''

=+

差动回路电流：12

op

I I I

''

=-

当外部短路时，

12

K

TA

I

I I

n

''

==

，制动电流为12

1

()

2

brk

I I I

''

=+K

TA

I

n

动作电流为12

D

I I I

''

=-

，，保护不动作。

当正常运行时，则

12

N

TA

I

I I

n

''

==

12

1

()

2

brk

I I I

''

=+.min

N

brk

TA

I

I

n

==

当Ibrk≤Ibrk.min，可以认为无制动作用，在此围有最小动作电流为Iop.min，而此时12

op

I I I

''

=-≈

，保护不动作。

当部故障时，2

I'

反向且12

I I

''

≠

，则12

1

()

2

brk

I I I

''

=+

为

两侧短路电流之差，数值小，而

121

1

op k

TA

I I I I

n

''

=-=

大，保护能动作。

特别是当12

I I

''

=

时，Ibrk=0，此时，只需Iop.min(Iop.min取0.2～0.3）保护就能动作，保护灵敏度大大提高了。

当211

1

0,,

2

brk op

I I I I I

'''

===

，，保护也能动作。

二、发电机定子绕组的横联差动电流保护

当发生任何一种定子绕组的匝间短路时，有一短路电流流进两中性点连线00′上，这是由于A、B、C三相对中性点之间的电势平衡被破坏，则两中性点的电位不等之缘故。

利用流入两中性点连线的零序电流，构成单继电器式横联差动保护。即在两分支绕组的中性点的连线上装一只电流互感器，保护就装在此电流互感器的二次侧。