继电保护装置——第三十八讲

可能出现的 TA 断线及其处理问题。
▪
为了克服上述存在的不足，在多分支结构的定子绕组
中选择部分绕组中性点侧装设电流互感器，构成不完全纵
差动保护。对有条件的发电机，可以采用横差保护。常规
的横差动保护为保证不误动作，不得不采用较高的整定值，
导致灵敏度不足。采用微机保护后，在保证三次谐波对基
波的主滤过比的基础上，可以降低整定值，从而可以较大
▪
为了保证可靠地进行相位比较，还要增加一个辅助判据，即
▪
上面公式的下标 R 和 I 分别表示实部、虚部。
§4 作业
▪
补充习题
▪
1、同步发电机微机保护的配置原则？
▪
2、简述同步发电机微机差动保护的工作原理？
利用故障分量这个特点来达到有效地提高纵差保护灵敏度
和简化现有的折线判据的目的。
▪
故障分量标积制动式纵差保护动作方程为
▪
式中
.
I0
——负荷分量电流，实际计算中采用故障
发生前的基波计算相量。
▪
在式（8-6）中，因的符号表达了内、外故障。当外
部故障时不等式右侧为正值，的符号表达了内、外故障。
当外部故障时不等式右侧为正值，对内部故障灵敏度产生
这个方案就能反映各种不对称故障。在实践中有一个问题必须考虑，
由于负荷的不对称等原因也会引起负序分量，在转子回路感应出 2
次谐波电流。解决这个问题的途径是采用故障分量原理。
▪
当仅考虑故障附加状态电路时，无论系统的最初状态如何，当
一个新的不对称出现，就可以设想为在等值负序电路的故障点上呈现
一个新的假想负序电动势。对所有内部不对称故障，这个假想负序电 动势位于发电机内部。反之，对于外部不对称故障，这个假想负序电 动势位于发电机外部。如果假定正方向为从发电机指向系统，那么内 部故障时与外部故障时，机端负序电压与负序电流故障分量的相位差， 就能正确确定发电机内、外部故障。同时流过发电机定子绕组的负序 电流故障分量，将在转子回路中产生二次谐波故障分量电流，它可以 被用来作为故障检测之用。故障分量方案能有效地克服不平衡负荷电
▪
数字式纵差保护就是采用瞬时电流值比较算法实现
的。设中性点侧和发电机端侧相电流假定正方向均为从发
电机中性点指向系统，不考虑 TA 传变误差时，电流采样
（瞬时）值在每一时刻满足基尔霍夫电流定律。采用绝对
值比较，即有动作方程
▪
式中 id (k) ——差动电流采样值，
其中，iN (k) 为中性点侧电流 采样值，iT (k) 为机端电流采
样值；ir (k) ——制动电流采样值，
▪
为防止短时干扰影响，扰动发生后，应运用式（8-1）
重复判断 M 次，再发出命令。分析和实践表明，当流过 TA 的电流很大且富含非周期分量时， TA 只在最初析和
实践表明，当流过 TA 的电流很大且富含非周期分量时，
TA 只在最初
1周~波1以前有良好的传变特性，因此要
▪
为使方向元件处于最灵敏状态，S2 的定义方法如下：
▪
当定义流过机端 TA 的电流方向是自发电机流向系统，即当发电
机内部发生故障时，故障分量电流将比故障分量电压落后外部故障时，
变为超前 90 ~。11因0此，可以用相位比较式正弦判据进行比较，即
在
▪
时动作或表示为
▪
具体计算时，用
.
I
2
、U.
2
的虚、实部计算，表示为
▪
1 、定子故障的保护
▪ （1）定子绕组故障的保护有相间短路保护；绕组匝间 短路的保护；多分支绕组中一分支开焊的保护；定子一点 接地保护。
▪ （2）可能危及定子绕组的保护有定子过电流保护；定 子过电压保护；定子铁芯过励磁、局部过热的保护等。
▪
2 、转子系统故障的保护
▪ （1）转子回路故障的保护有一点接地保护；二点接地 保护；匝间短路保护；转子表面过热保护；励磁系统故障 保护等。
性两方面的要求。
▪
三、纵差保护方案的改进
▪
多并联分支发电机发生带过渡电阻小匝数短路时，负
荷分量再不能忽视。它将影响灵敏度的提高。为排除负荷
分量的影响，可采用故障分量原理。根据叠加原理，故障
分量电流可以看作是由故障点上的假想电势产生的。按照
假定正向，机端和中性点的故障分量电流相量的相角能明
确作到当外部故障时小于 2内部故障时大于 2正是
地提高灵敏度。
▪
另一种方案是将同相的各分支分为两组，形成两条综
合支路，然后由此构成横差保护，称为“裂相横差动”。
其灵敏度在某些故障情况下，灵敏度较单元横差动保护还
要高一些，但结构则较为复杂一些。
▪
晶体管保护曾采用检测励磁回路 2 次谐波电流分量和负序功率
方向的方案来实现匝间短路保护。实际上只要定子电流取自机端 TA ，
▪ （2）可能危及转子系统的保护有转子回路过电流保护； 非全相运行保护；断路器断口闪络保护。
▪
3 、危及轴系统及电力系统的保护
▪
危及轴系统及电力系统的保护有发电机失磁保护；
逆功率保护；失步保护；轴系扭振保护；频率异常保护；
误合闸保护等。
▪
在常规保护中，对上述各种故障的保护都有一定的
技术基础。但随着机组容量的增大，对继电保护的要求不
流的影响，改善保护灵敏度。
▪
2 个基本判据：
▪ （1）发电机与系统并列运行时的判据为
▪
式中
.
I 12
——转子回路 2 次谐波电流；
▪
12 ——门坎值；
▪
S2 ——故障分量负序功率正方向的量；
▪
2 ——门坎值。
▪ （2）发电机与系统解列运行时的判据
▪
式中
.
I
2
、.
U 2
——负序电流和负序电压的故障分量。
▪
由于结构上的原因，发电机定子绕组还会发生不对称
故障，主要包括相间短路、一分支匝间短路、同相异分支
间短路、绕组断线以及定子绕组接地故障等。
▪
有些发电机中性点每相只引出一个端子或采样“分
布中性点”结构。对于前者，横差保护难以应用。对于后
者，纵差与横差保护都难以应用。此时，可将 TA 按各分
支装于发电机外壳内，但必须处理好绝缘安全问题以及有
▪
.
I——
发电机机端基波电流；
▪
—
—
.
I
和
I.的相位差。
▪ 式（ 8 -2 ）具有传统的比率制动特性。 K 值要求小于 1 ， 以保证单侧电源内部短路时不拒动。式（8 - 3）称为标积 制动特性。这两个方程之间存在某种联系。根据式（8 -2） 和式（8 -3）可以导出系数K与S之间存在着下述关系
▪
例如 K = 0.15，则 S = 0.092 ；而 K = 0.5 ，则 S =
第38讲
▪ §0 复习回顾 ▪ §1 概述 ▪ §2 发电机差动保护 ▪ §3 定子绕组不对称故障保护 ▪ §4 作业布置
§0 复习回顾
§1 概述
▪
发电机是一种结构复杂的电力主设备，所以发电机
的故障类型很多，针对发电机各种类型故障的保护也因此
名目繁多。从故障类型区分有：定子故障的保护；转子系
统故障的保护；危及轴系统及电力系统的保护。
1.332 。
▪
基波相量纵差保护算法必须考虑良好的滤波性能。式
（8 -2）可直接按绝对值计算，也可转换为计算平方值。
若按计算平方值处理，式（8-2）以及式（8 -3）各量可
按下式计算
▪
式中下标R和I分别表示基波相量的实部和虚部，即
▪
对于式（8-2）所示的动作方程，实际应用时均采用
所谓折线比率制动特性，以便更合理地满足灵敏度与选择
42
求采样值纵差保护方案必须在半周波前作出判断，之后保
护闭锁，以避免误动，但为了保证制动特性，要求重复次 数覆盖 周期1 以上。
4
▪ 在高速动作的前提下,TA 误差很小，因此制动系数 K
可以取得较小。
▪
二、基波相量纵差保护方案
▪
基波相量纵差保护动作方程主要有以下两种
▪
式中
.
IN——
发电机中性点基波电流；
断提高。因此在采用微型计算机技术以后，会尽可能利用
计算机技术的优越条件，实现更先进的保护原理，使保护
性能、指标得到比较显著的提高。
§2 发电机差动保护
▪
微机发电机保护研究最早的是基于差动原理的内部相
间短路故障保护。由于发电机纵差保护与变压器纵差保护
有许多相似之处，有关内容见变压器保护。
▪
一、采样值纵差保护
不利影响。最简单情况可取 S-1，以简化计算。另一方面，
当发电机未与系统并列时，发生内部故障，式（8-6）右
侧为零，保护亦能高灵敏地动作。
▪
故障分量差动算法的实现可参考式（8 - 2） ，只需
用相应的故障分量电流取代原相应电流量，即
▪
▪ 式中 ―故障分量，即
▪
N―每周波采样数；
▪
m―半周波个数。
பைடு நூலகம் §3 定子绕组不对称故障保护