发电机组差动保护.doc
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高。
1．电机组微机保护装置的发展
因为发电机组微机保护技术含量较高，国外只有少数几家著名的电气设备公司有相应产品，如ABB公司的REGZl6型发电机一变压器组(发变组)保护装置，GE公司的GE’SDGP型发电机保护，GEC一阿尔斯通的LGPG型发电机保护装置，还有西门子公司的7UM／7UT等系列产品。与国内的机组保护产品相比，这些保护装置结构紧凑，工艺水平较高，‘调试软件的功能较完备，人机接口良好，调试方便，运行可靠。国内微机发电机组保护装置的研制经过20多年的发展历史，形成了比较成熟的技术理论体系。早期微机保护的研究工作主要是集中在高压输电线路的距离保护方面，上世纪90年代以来，开始进入到元件保护方面。国内几家主要的电气设备公司与东南大学、清华大学、华中科技大学、华北电力大学等高校合作研制，引用新原理和新的计算机技术发展成果，进一步改善发变组保护装置性能。随着微计算机技术的飞速发展，微控制芯片的速度和精度不断提升。同时，由于数字信号处理器、嵌入式微处理器以及各种功能强大的单片机的推出，开发手段也不断丰富起来，编程语言由原来单一的汇编语言发展到C，PL／M等高级语言。在保护理论方面，人们也提出了许多新的保护原理，如将模糊数学、小波分析、人工神经网络以及计算机网络技术和现场控制技术等应用于继电保护中。在这种背景下，微机发电机一变压器组保护装置开始升级换代。新一代的微机发电机一变压器组保护装置在硬件上都普遍采用了功能更为强大单片机或者嵌入式微处理器以及高性能的数字信号处理器。同时由于ASIC，FPGA，FPLA等技术的引入，电路设计变得更加简化合理和灵活科学。在软件开发上，普遍采用了高级语言，相应的开发平台和软件支持界面也更加友好方便。保护配置更加合理灵活，后备保护更加完善合理。经过多年的运行实践，国内的发变组微机继电保护装置积累了许多宝贵的经验，同时也暴露出一些不足，例如：保护应该以简单的设计结构来提高其可靠性，在我国由于电力系统比较薄弱，很多需要由系统解决的问题交由保护来解决，使得继电保护复杂而且脆弱；此外，由于机组容量级别多，电压等级多，主接线类型多更使主设备元件保护复杂化，而且对于同样的一次设备和一次系统，由于保护人员和设计人员对保护理解的差异，保护配置的内容相差也较大。
发电机组差动保护
发电机是电力系统中重要的组成部分，发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用，同时发电机本身也是十分贵重的电气设备，尤其是大型同步发电机组，对电力系统的影响可谓是举足轻重。随着电力系统的不断发展，发电机的单机容量也越来越大。在国内，单机600 MW以上的发电机组已不再少见。发电机的主要故障类型有定子绕组相间短路、定子绕组匝间短路、定子绕组单相接地、转子绕组一点或两点接地等，对发电机破坏性最大的就是定子绕组相间短路，发电机差动保护作为发电机定子绕组相间短路故障的主保护已广泛在电力系统中应用。发电机单机容量的提高，相应地对完成发电机定子短路主保护的差动保护也提出了更高的要求。自微机在继电保护上应用以后，由于微机保护的智能的特点及高速运算的能力，微机发电机差动保护的新原理大量涌现，给继电保护带来了一片生机。差动保护的性能也得到了前所未有的提高。
发电机的纵差动保护
发电机相间短路是发电机内部最严重的故障，因此要 定子绕组装设快速动作的保护装置，当发电机的中性点侧有分相引出线时，可装设纵差保护作为发电机相间短路的主保护。总差动保护是根据比较被保护元件始端及末端电流数值和相位的原理而构成，见图3，为了实现次保护在发电机中性点侧和靠近发电机出口断路器处装设同一变比的电流互感器1LH和2LH，两侧的电流互感器按环流法连接，即两侧电流互感器二次侧极相连，并在其差回路中接入电流继电器。
护不会误动作。
（3）、保护范围内短路时，如图4（3）中的D2 点短路时，则电流进电流互感器的电流为两侧电流互感器的二次电流之
和，即Ij=I1 +I2 ，这时Ij＞ Id ，保护动作。
发电机横差动Βιβλιοθήκη Baidu护的原理和判据
发电机的横差动保护主要用来预防定子绕组匝间短路，定子绕组匝间开焊故障，也可兼顾定子绕组相间短路的故障。一般汽轮发电机大多为每相两并联分支绕组，当三相第一分支的中性点和三相第二分支的中性点可分别引出机外时，可用单元件横差动保护，原理接线如图6所示。在01和02连线上接入横差电流互感器TAO。横 差保护反映具有零序性质的中性点连线上的基频电流，因此可以称为零序横差保护。当发电机正常运行时，流过TAO的电流很小（仅为不平衡电流），而当定
（1）、正常运行时，在发电机的中性点侧与出口侧的电 流数值和相位均相同，即I1=I2，由图4（1）可见， 流进电流继电器的电流为两侧二次电流差， Ij=I1-I2 ,若两边电流互感器的特性完全相同，则Ij=0，继电器不会动。
(2)、 在保护范围外短路时，如图4（2）所示的D1 点发生 短路，情况和正常运行时相似，即Ij=I1-I2 ，当电流互感器的特性完全相同时，Ij=0。但实际上电流互感器的特性不完全相同，因此， Ij=I1-I2 ≠0 ，有电流流过继电器，这个电流叫做不平衡电流，用Ibp 表示，当继电器的动作电流Id＞Ibp 时，保
子绕组发生短路和匝间短路时，TAO上会流过较大的基频零序短路流过电流大于动作门槛电压时，横差保护出口， 即Id＞ Id.set(Id为横差电流的基波分量， Id.set为横差保护电流定值）。
2 比率制动式微机
为了防止差动保护在外部短路时，发电机有很大穿越电流使CT误差增大时误动作，采用比率差动原理。该保护采用机端电流If作为制动电流，而不采用中性点侧电流或两侧电流的综和电流作为制动电流。这样既能在外部短路时取得足够的制动电流，又能在内部短路时减少中性点电流的制动作用，特别是发电机尚未与系统并联运行而发生内部短路时，机端三相没有电流，中性点侧电流只作为动作电流，因此提高了内部短路的灵敏度。为防止因CT断线引起比率差动保护误动该保护带有CT断线闭锁功能。该保护采用分相式，即A、B、C任一相保护动作均出口，以下判据均以一相为例。
1．电机组微机保护装置的发展
因为发电机组微机保护技术含量较高，国外只有少数几家著名的电气设备公司有相应产品，如ABB公司的REGZl6型发电机一变压器组(发变组)保护装置，GE公司的GE’SDGP型发电机保护，GEC一阿尔斯通的LGPG型发电机保护装置，还有西门子公司的7UM／7UT等系列产品。与国内的机组保护产品相比，这些保护装置结构紧凑，工艺水平较高，‘调试软件的功能较完备，人机接口良好，调试方便，运行可靠。国内微机发电机组保护装置的研制经过20多年的发展历史，形成了比较成熟的技术理论体系。早期微机保护的研究工作主要是集中在高压输电线路的距离保护方面，上世纪90年代以来，开始进入到元件保护方面。国内几家主要的电气设备公司与东南大学、清华大学、华中科技大学、华北电力大学等高校合作研制，引用新原理和新的计算机技术发展成果，进一步改善发变组保护装置性能。随着微计算机技术的飞速发展，微控制芯片的速度和精度不断提升。同时，由于数字信号处理器、嵌入式微处理器以及各种功能强大的单片机的推出，开发手段也不断丰富起来，编程语言由原来单一的汇编语言发展到C，PL／M等高级语言。在保护理论方面，人们也提出了许多新的保护原理，如将模糊数学、小波分析、人工神经网络以及计算机网络技术和现场控制技术等应用于继电保护中。在这种背景下，微机发电机一变压器组保护装置开始升级换代。新一代的微机发电机一变压器组保护装置在硬件上都普遍采用了功能更为强大单片机或者嵌入式微处理器以及高性能的数字信号处理器。同时由于ASIC，FPGA，FPLA等技术的引入，电路设计变得更加简化合理和灵活科学。在软件开发上，普遍采用了高级语言，相应的开发平台和软件支持界面也更加友好方便。保护配置更加合理灵活，后备保护更加完善合理。经过多年的运行实践，国内的发变组微机继电保护装置积累了许多宝贵的经验，同时也暴露出一些不足，例如：保护应该以简单的设计结构来提高其可靠性，在我国由于电力系统比较薄弱，很多需要由系统解决的问题交由保护来解决，使得继电保护复杂而且脆弱；此外，由于机组容量级别多，电压等级多，主接线类型多更使主设备元件保护复杂化，而且对于同样的一次设备和一次系统，由于保护人员和设计人员对保护理解的差异，保护配置的内容相差也较大。
发电机组差动保护
发电机是电力系统中重要的组成部分，发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用，同时发电机本身也是十分贵重的电气设备，尤其是大型同步发电机组，对电力系统的影响可谓是举足轻重。随着电力系统的不断发展，发电机的单机容量也越来越大。在国内，单机600 MW以上的发电机组已不再少见。发电机的主要故障类型有定子绕组相间短路、定子绕组匝间短路、定子绕组单相接地、转子绕组一点或两点接地等，对发电机破坏性最大的就是定子绕组相间短路，发电机差动保护作为发电机定子绕组相间短路故障的主保护已广泛在电力系统中应用。发电机单机容量的提高，相应地对完成发电机定子短路主保护的差动保护也提出了更高的要求。自微机在继电保护上应用以后，由于微机保护的智能的特点及高速运算的能力，微机发电机差动保护的新原理大量涌现，给继电保护带来了一片生机。差动保护的性能也得到了前所未有的提高。
发电机的纵差动保护
发电机相间短路是发电机内部最严重的故障，因此要 定子绕组装设快速动作的保护装置，当发电机的中性点侧有分相引出线时，可装设纵差保护作为发电机相间短路的主保护。总差动保护是根据比较被保护元件始端及末端电流数值和相位的原理而构成，见图3，为了实现次保护在发电机中性点侧和靠近发电机出口断路器处装设同一变比的电流互感器1LH和2LH，两侧的电流互感器按环流法连接，即两侧电流互感器二次侧极相连，并在其差回路中接入电流继电器。
护不会误动作。
（3）、保护范围内短路时，如图4（3）中的D2 点短路时，则电流进电流互感器的电流为两侧电流互感器的二次电流之
和，即Ij=I1 +I2 ，这时Ij＞ Id ，保护动作。
发电机横差动Βιβλιοθήκη Baidu护的原理和判据
发电机的横差动保护主要用来预防定子绕组匝间短路，定子绕组匝间开焊故障，也可兼顾定子绕组相间短路的故障。一般汽轮发电机大多为每相两并联分支绕组，当三相第一分支的中性点和三相第二分支的中性点可分别引出机外时，可用单元件横差动保护，原理接线如图6所示。在01和02连线上接入横差电流互感器TAO。横 差保护反映具有零序性质的中性点连线上的基频电流，因此可以称为零序横差保护。当发电机正常运行时，流过TAO的电流很小（仅为不平衡电流），而当定
（1）、正常运行时，在发电机的中性点侧与出口侧的电 流数值和相位均相同，即I1=I2，由图4（1）可见， 流进电流继电器的电流为两侧二次电流差， Ij=I1-I2 ,若两边电流互感器的特性完全相同，则Ij=0，继电器不会动。
(2)、 在保护范围外短路时，如图4（2）所示的D1 点发生 短路，情况和正常运行时相似，即Ij=I1-I2 ，当电流互感器的特性完全相同时，Ij=0。但实际上电流互感器的特性不完全相同，因此， Ij=I1-I2 ≠0 ，有电流流过继电器，这个电流叫做不平衡电流，用Ibp 表示，当继电器的动作电流Id＞Ibp 时，保
子绕组发生短路和匝间短路时，TAO上会流过较大的基频零序短路流过电流大于动作门槛电压时，横差保护出口， 即Id＞ Id.set(Id为横差电流的基波分量， Id.set为横差保护电流定值）。
2 比率制动式微机
为了防止差动保护在外部短路时，发电机有很大穿越电流使CT误差增大时误动作，采用比率差动原理。该保护采用机端电流If作为制动电流，而不采用中性点侧电流或两侧电流的综和电流作为制动电流。这样既能在外部短路时取得足够的制动电流，又能在内部短路时减少中性点电流的制动作用，特别是发电机尚未与系统并联运行而发生内部短路时，机端三相没有电流，中性点侧电流只作为动作电流，因此提高了内部短路的灵敏度。为防止因CT断线引起比率差动保护误动该保护带有CT断线闭锁功能。该保护采用分相式，即A、B、C任一相保护动作均出口，以下判据均以一相为例。