发电机差动保护介绍培训课件

四、发电机差动保护一般问题
1）比率差动保护原理
比率制动特性的差动保护接线图， 如图所示，Wr1 、Wr2为制动线圈， Ww 为工作线圈，当外部发生短路故 障时，两个制动线圈中电流大小相等， 方向相同，制动回路有电流输出，而 工作线圈中电流为零，差动回路无输 出，差动保护不动作。
图4-1 比率差动保护原理图
b) 速动性：因具有天然的选择性，所以不需与相邻元件的保护在定值和 时间上配合，动作快速。
c) 灵敏性：区外故障时，差动电流仅为不平衡电流，区内故障时差动电 流远大于制动电流。
d) 可靠性：采用比率制动特性，并采取必要的闭锁条件（如三次谐波、 五次谐波闭锁）。
二、发电机差动保护特点及分类
（二）发电机差动保护分类
应
应
电
ɑ电
势
势
大
小
图3-7 同相同分支匝间短路
三、发电机差动保护配置及原理
Ø 不同分支的匝间短路
• 两个不同绕组间发生匝间短路，当ɑ1≠ɑ2 时，由于两支路的电势差，将分别产生 两个环流，差流流过继电器，保护动作。
• 但是当ɑ1-ɑ2之差时很小时，保护将出 现保护死区。例如当ɑ1=ɑ2时，即表示 在电动势等电位上短路，此时没有环 流，保护不动作。
发电机差动保护介绍 培训课件
日期：2020.10.20
目录
一
差动保护概念
二 发电机差动保护特点及分类
三 发电机差动保护配置方案及原理
四 发电机差动保护的一般问题
差动保护概念
一、差动保护概念
（一）差动保护理论基础－基尔霍夫电流定律（KCL） 电路中任一个节点上，在任一时刻，流入节点的
电流之和等于流出该节点的电流之和。也就是在任一 瞬间，流经该节点的所有电流的代数和恒为零，即 ：
TA1 裂相横差I TA4
TA2
TA5
o1
TA0
零序电流型横差I
o2
TA3
TA6
图3-9 单元件横差保护原理图
正常运行：两中性点等电位，连接线上无电流。 匝间短路：故障相绕组两个分支的电势不等，出现环流通过中性点连 线，该电流大于保护的动作电流时，则保护动作。
三、发电机差动保护配置及原理
影响单元件横差保护正确动作的因素：
四、发电机差动保护一般问题
（三）CT断线判别
本侧三相电流中至少一相电流为零；本侧三相电流中至少一相电流 不变；最大相电流小于1.2倍的额定电流。
（四）高值比率差动保护原理
为防止区内严重故障时CT饱和等因素引起的比率差动延时动作， 装置设有高比例和高启动值的比率差动保护，在区内故障CT饱和时也 能可靠正确快速动作。
动作方程：Id>1.2Ie Id>Ir
四、发电机差动保护一般问题
（五）差动速断保护原理
防止在内部严重短路故障，短路水平高，短路电流很大的情况时， 而使CT饱和，产生很大的制动力矩使差动保护拒动。
当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口。
课件回顾（思考题）
1. 发电机差动保护有哪几种类型？
发电机差动保护配置及原理
（一）纵差保护
三、发电机差动保护配置及原理
比较发电机中性点和出口两侧电 流的大小和相位，反应发电机定子绕 组及其引出线的相间短路故障。由于 大型发电机的定子绕组通常由很多分 支组成，按照在中性点侧接入差动元 件分支数的不同分为完全纵差和不完
全纵差。
图3-1发电机纵差保护基本原理
TA5
TA6 TA7
TA8
TA9
O1 不完全裂相横差 O2
O3
O
图3-4 白鹤滩左岸发电机差动保护原理图
TA1 裂相横差I TA4
TA2
TA5
o1 TA0
零序电流型横差I
o2
TA3
TA6
图3-5 白鹤滩右岸发电机差动保护原理图
（二）横差保护
三、发电机差动保护配置及原理
大容量发电机的定子绕组每个支路的匝间和支路与支路之间的短 路称之为匝间短路故障。由于纵差保护不能完全反应同一相的匝间短 路故障，当出现同一相匝间短路故障后，如不及时处理，有可能发展 成相间故障，造成发电机严重损坏，因此大型发电机上还应装设横差 保护。用来反应发电机定子绕组匝间短路（同相同分支匝间/同相不同 分支/线棒开焊）故障。
Ø 转子接地故障的影响。 当转子回路两点接地时，横差保护可能误动作这是因为当转子两
点接地后，转子磁极的磁通平衡遭到破坏，而定子同一相的两个绕组 并不是完全位于相同的定子槽中，其感应电动势就不相等，这样就会 产生环流，使差动保护误动作。
三、发电机差动保护配置及原理
2）裂相横差（三元件横差/分相横差）
该保护一开始就带制动特性且差动保护 动作特性较好地与差流的不平衡电流曲线相 配合，降低了起始动作电流定值。提高了内 部轻微故障时保护的灵敏度。
图4-2 差动保护变斜率比率制动 特性图
正常运行：Id为零，Ir 很大，保护不动作。 区外故障：Id很小，Ir 很大，保护不动作。 区内故障：IN方向与正常时相反， Id很大， Ir很小，保护可靠动作。
kN
ik 0
k 0
就参考方向而言，流出节点的电流在式中取正号， 流入节点的电流在式中取负号。
基尔霍夫电流定律是电荷守恒定律在电路中的体 现。
（一）差动保护原理
差动保护把被保护的电气 设备看成是一个节点，那么正 常时流进被保护设备的电流和 流出的电流相等，差动电流等 于零。当设备出现故障时，流 进被保护设备的电流和流出的 电流不相等，差动电流大于零。 当差动电流大于差动保护装置 的整定值时，保护装置出口动 作，将被保护设备的各侧断路 器跳开，使故障设备断开电源。
三、发电机差动保护配置及原理
Ø 同一分支的匝间短路
• 发生匝间短路时，由于故障支路和非故障 支路的电势不相等，故有一个环流产生， 这时在差动回路中将流有电流流过。
• 当此电流大于继电器的起动电流时，保护 即可动作于跳闸。短路匝数ɑ越多，环流越 大；当ɑ较小时，保护不能动作，故保护是 有死区的。
感
感
根据接入中性点CT的位置不同，可分为单元件横差保护和裂相横 差保护；裂பைடு நூலகம்横差还可分为完全裂相横差和不完全裂相横差。
（1）横差保护基本原理
三、发电机差动保护配置及原理
正常运行：各相并联的分支绕 组中流过相等的负荷电流，差 动继电器不动作。
匝间短路：各绕组的电位势不 相等，而在各绕组间产生环流。
图3-6 发电机横差保护基本原理
将每相定子绕组的一部分分支回路 电流之和与另一部分分支电流之和进行 比较。如果所有的分支都包括在内，称 为完全裂相横差保护，否则称为不完全 裂相横差保护。
A
TA7 1234 5678
TA1 裂相横差I TA4
B
TA8
1234 5678
TA2
TA5
o1
TA0
零序电流型横差I
o2
C
TA9
1234 5678
Ø 三次谐波的影响。
发电机正常运行时，单元件横差保护中的不平衡电流主要是基波 分量。然而发生外部短路故障时，发电机的三次谐波电动势相位相同， 因此，任一支路的三次谐波电动势与其他支路的三次谐波电动势不相 等时，都会在两组星形接线的中性点连线上出现三次谐波环流，并通 过互感器反应到保护中去。所以，横差保护应装设专用的三次谐波滤 波器，从而降低不平衡电流，提高单元件保护的灵敏度。
完 全 纵 差
TA3
TA6
反应故障： • 同相同分支匝间短路 • 同相不同分支匝间短路 • 不同相两分支相间短路 • 一分支开焊
发电机差动保护一般问题
（一）比率差动保护
四、发电机差动保护一般问题
当外部故障时有不平衡电流可能穿越差动继电器，造成差动 保护误动作。若外部短路电流的增大，电流互感器可能饱和， 误差随之增大，不平衡电流也就不断增大。为防止差动保护误 动作，采用比率差动保护。
当内部发生短路故障时，两个制 动线圈中电流大小相等，方向相反， 则两侧制动线圈的作用相互抵消；而 流入工作线圈的电流为两侧电流之和， 差动回路有电流输出，差动保护动作。
制动电流：Ir=IN2+IT2 差动电流：Id=IN2-IT2
四、发电机差动保护一般问题
在实际应用中，由于电流互感器铁心饱和， 以及非周期暂态电流的影响，实际的不平衡电 流与短路电流的关系，如图曲线所示。为便于 整定，一般采用二折线变斜率制动特性，如图 所示，此折线表示保护的动作电流随制动电流 的变化曲线。
A
B
C
O
图3-2 完全纵差保护接线原理图
A
B
C
O
图3-3 不完全纵差保护接线原理图
三、发电机差动保护配置及原理
a
TA10 123456789
b
TA11
不 完 全 纵 差
c TA12
A
B
C
TA7
TA8
TA9
1234 5678
1234 5678
1234 5678
完
全
完
纵
全
差
纵
差
TA1
TA2
TA3 TA4
感 应 电 势 大
ɑ2
感 应
ɑ1 电
势 大
图3-8 同相不同分支匝间短路
三、发电机差动保护配置及原理
（2）横差保护分类
A
1）单元件横差（零序电流型横差） TA7
1234 5678
通过检测发电机两个中性点
连线上的TA电流来实现。
B
TA8
1234 5678
C
TA9
1234 5678
完 全 纵 差
单元件横差适用于每相定子 绕组多分支，且有两个及以上中 性点引出线的发电机。
一、差动保护概念
图1-1 差动保护原理图
正常时 内部故障时
一、差动保护概念
发电机差动保护特点及分类
（一）发电机差动保护特点
二、发电机差动保护特点及分类
a) 选择性：同时测量并比较被保护设备各端电流的幅值及相位关系，能 正确反应正常运行、区外故障与区内故障的不同；而后备保护仅测量 某一端的电流与（或）电压，为不越级跳闸，其动作值与动作时限必 须与相邻元件配合，或加装方向元件。
纵差保护
完全纵差 反应发电机定子绕组相间(包括机端相间)短路故障 不完全纵差 反应发电机定子绕组相间故障及内部故障
横差保护
完全裂相横差 反应发电机内部匝间短路、相间短路及分支断线故障 不完全裂相横差 反应发电机定子相间短路、匝间短路及分支断线故障
单元件横差 反应发电机内部匝间短路、相间短路及分支断线故障
三、发电机差动保护配置及原理
（1）完全纵差
接入发电机中性点每相的全部电流。 只能反应相间短路故障，不受同一相不 同分支之间的不平衡电流影响。
（2）不完全纵差：
接入中性点每相定子绕组部分支路 电流。能反应相间短路故障，匝间短路 故障，随着中性点接入分支数的增多， 对于匝间短路保护的灵敏性下降，对于 相间短路的灵敏提高。
四、发电机差动保护一般问题
（二）高性能 CT 饱和闭锁原理
铁芯的铁磁材料有饱和特性，当一次值增加到一定程度后，由于磁通 饱和，电流互感器不再工作于线性区，此时一次电流增大很大，磁通增量 变化很小，饱和后二次电流不在反应一次电流值，可能引起保护误动。
为防止在区外故障时CT饱和可能引起的保护误动作，装置采用差电流 的波形判别作为 CT饱和的判据。故障发生时，保护装置先判出是区内故 障还是区外故障，如区外故障，投入 CT 饱和闭锁判据，闭锁比率差动保 护。
答：完全纵差、不完全纵差、完全裂相横差、不完全裂相横差、 零序电流横差。
2. 差动保护的理论基础是什么？
答：基尔霍夫电流定律，及电路中任一个节点上，在任一时刻， 流入节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。
3. 发电机横差保护能反应哪些故障？
答：同相同分支匝间短路、同相不同分支匝间短路、不同相两分 支短路、定子线棒开焊。