1、发电机是电力系统中最主要的设备，发电机是电力系统中最主要的设备，发电机单机容量不断增大，可以降低发电机单机容量不断增大，可以降低单位造价和发电成本，提高劳动生产单位造价和发电成本，提高劳动生产力。但机组容量过大，发电机的事故力。但机组容量过大，发电机的事故停机率增高，可用率随之降低。停机率增高，可用率随之降低。600MW= 60600MW= 60万万KWKW平均可用率为平均可用率为77.5% 由于像由于像600MW这样的大机组越来越多地这样的大机组越来越多地在电力系统中应用，如何保障发电机在电力系在电力系统中应用，如何保障发电机在电力系统中的安全运行，就显得更加重要。统中的安全运行，就显得更加
2、重要。事故停机率为事故停机率为9.7%据统计：据统计：4060万万KW机组机组80万万KW以上机组以上机组平均可用率为平均可用率为72.5%事故停机率为事故停机率为16.2%一、发电机故障类型一、发电机故障类型、定子绕组相间短路、定子绕组相间短路、定子绕组一相的匝间短路、定子绕组一相的匝间短路、定子绕组单相接地、定子绕组单相接地定定子子绕绕组组转转子子绕绕组组、转子绕组一点接地或两点接地短路、转子绕组一点接地或两点接地短路、转子励磁回路励磁电流消失、转子励磁回路励磁电流消失 定子绕组故障定子绕组故障时，故障点出现的电时，故障点出现的电弧将烧损定子绕组的绝缘，严重时，电弧将烧损定子绕组的绝缘，严
3、重时，电弧使定子铁芯大量熔化或引起火灾。弧使定子铁芯大量熔化或引起火灾。 转子绕组转子绕组两点接地时，除可能使转两点接地时，除可能使转子绕组和铁芯损坏外，还因转子磁场不子绕组和铁芯损坏外，还因转子磁场不对称，使机组产生剧烈的机械振动。对称，使机组产生剧烈的机械振动。二、发电机的不正常运行状态二、发电机的不正常运行状态、由于、由于外部短路外部短路引起的定子绕组引起的定子绕组过电流过电流；、由于、由于负荷超过发电机额定容量负荷超过发电机额定容量而引起的三相而引起的三相对称过负荷对称过负荷；、由、由外部不对称短路或不对称负荷外部不对称短路或不对称负荷（如单相负（如单相负荷，非全相运行等）而引起的发电
4、机荷，非全相运行等）而引起的发电机负序过电流负序过电流和过负荷和过负荷；、由于突然、由于突然甩负荷甩负荷而引起的而引起的定子绕组过电压定子绕组过电压；、由于、由于励磁回路故障励磁回路故障或或强励时间过长强励时间过长而引起的而引起的转子绕组过负荷转子绕组过负荷；、由于汽轮机、由于汽轮机主汽门突然关闭主汽门突然关闭而引起的发电机而引起的发电机逆功率逆功率等。等。三、保护方式三、保护方式对以上发电机的定子绕组及其引出线对以上发电机的定子绕组及其引出线的的相间短路相间短路，应装设，应装设纵差保护纵差保护对直接联于母线的发电机定子绕组对直接联于母线的发电机定子绕组单相接地故单相接地故障，障，当发电机电压
5、网络的接地电容电流大于或等当发电机电压网络的接地电容电流大于或等于时（不考虑消弧线圈的补偿作用），应装于时（不考虑消弧线圈的补偿作用），应装设动作于跳闸的设动作于跳闸的零序电流保护，零序电流保护，小于时，则小于时，则装设作用于信号的装设作用于信号的接地保护接地保护对定子绕组的对定子绕组的匝间短路匝间短路，当绕组接成星形且每，当绕组接成星形且每相中有引出的并联支路时，应装设相中有引出的并联支路时，应装设单元件式横联单元件式横联差动保护差动保护对对发电机外部短路而引起的过电流发电机外部短路而引起的过电流，可采用下列，可采用下列保护：保护：负序过电流负序过电流及及单相式低电压起动过电流保护，单相式低
6、电压起动过电流保护，一一般用于般用于50MW50MW及以上的发电机；及以上的发电机；复合电压起动的过电流保护复合电压起动的过电流保护（负序电压及线电压）（负序电压及线电压）过电流保护，过电流保护，用于用于1MW1MW以下的小发电机以下的小发电机对对由不对称负荷或外部不对称短路而引起的负由不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流，序过电流，一般在一般在50MW50MW及以上的发电机上装设及以上的发电机上装设负负序电流保护序电流保护 ( (南钢、南化南钢、南化 5 5万万k kW W 金山桥热电厂金山桥热电厂13.513.5万万kWkW）对对由对称负荷引起的发电机定子绕组过电流，由对称负荷引起
7、的发电机定子绕组过电流，应装设应装设接于一相电流的过负荷保护接于一相电流的过负荷保护对对水轮发电机定子绕组过电压，水轮发电机定子绕组过电压，应装设应装设带延时的过电压保护带延时的过电压保护对于对于发电机励磁回路的接地故障发电机励磁回路的接地故障水轮发电机装设一点接地保护，小容量机组水轮发电机装设一点接地保护，小容量机组可采用定期检测装置可采用定期检测装置对汽轮机励磁回路的一点接地，一般采用定对汽轮机励磁回路的一点接地，一般采用定期检测装置，对大容量机组则可装设一点接地期检测装置，对大容量机组则可装设一点接地保护，对两点接地故障，应装设两点接地保护保护，对两点接地故障，应装设两点接地保护在励磁回
8、路发生一点接地后投入在励磁回路发生一点接地后投入对对发电机励磁消失的故障，发电机励磁消失的故障，在发电机不允许失磁在发电机不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关断开时连锁断开发电机运行时，应在自动灭磁开关断开时连锁断开发电机的断路器，对采用半导体励磁以及的断路器，对采用半导体励磁以及100MW100MW以上采用电以上采用电机励磁的发电机，应增设反应发电机失磁时电气参机励磁的发电机，应增设反应发电机失磁时电气参数变化的数变化的专用失磁保护专用失磁保护 励磁方式：半导体励磁（励磁方式：半导体励磁（ABBABB、GEGE）、电机励磁）、电机励磁对对转子回路过负荷转子回路过负荷，在，在100MW100MW
9、及以上并采用半导及以上并采用半导体励磁系统的发电机上应装设体励磁系统的发电机上应装设转子过负荷保护转子过负荷保护对对汽轮机主汽门突然关闭汽轮机主汽门突然关闭，为防止汽轮机遭到，为防止汽轮机遭到破坏，对大容量机组可考虑装设破坏，对大容量机组可考虑装设逆功率保护逆功率保护当电力系统振荡影响机组安全运行时，在当电力系统振荡影响机组安全运行时，在300MW300MW机组上，应装设机组上，应装设失步保护；失步保护；当汽轮机低频运行造成机械振动，叶片损伤当汽轮机低频运行造成机械振动，叶片损伤等可装设等可装设低频保护；低频保护；当水冷却发电机断水时，可装设当水冷却发电机断水时，可装设断水保护。断水保护。为了
10、快速消除发电机内部的故障，在为了快速消除发电机内部的故障，在保护动作于发电机断路器跳闸的同时，必保护动作于发电机断路器跳闸的同时，必须动作于自动灭磁开关，断开发电机励磁须动作于自动灭磁开关，断开发电机励磁回路，以使转子回路电流不会在定子绕组回路，以使转子回路电流不会在定子绕组中再感应电势，继续供给短路电流。中再感应电势，继续供给短路电流。7.2.1 7.2.1 发电机纵差保护的整定计算和原理接线发电机纵差保护的整定计算和原理接线纵差保护是发电机内部相间短路的主保护，纵差保护是发电机内部相间短路的主保护，因此它能快速而灵敏地切除内部所发生故障，同因此它能快速而灵敏地切除内部所发生故障，同时，在正
11、常运行及外部故障时，又应保证动作的时，在正常运行及外部故障时，又应保证动作的选择性和工作的可靠性。选择性和工作的可靠性。发电机纵差保护起动电流有两个不同发电机纵差保护起动电流有两个不同选取原则，与其对应的接线也有些差别。选取原则，与其对应的接线也有些差别。1）在正常情况下，电流互感器二次）在正常情况下，电流互感器二次回路断线时保护不应误动回路断线时保护不应误动12KIIII-I1I2I2I2I10I TA2TA1二次回路断线时的电流分布二次回路断线时的电流分布假定电流互感器假定电流互感器TATA2 2的二的二次引出线发生断线次引出线发生断线, ,则则 这时在差动继电器中将流过这时在差动继电器中
12、将流过电流电流 , ,当发电机在额定容当发电机在额定容量运行时量运行时, ,此电流即为发电机此电流即为发电机额定电流变换二次侧的数值额定电流变换二次侧的数值, ,可以可以I I gngn/n/nTATA表示，为防止差表示，为防止差动保护误动作，应整定保护动保护误动作，应整定保护装置的起动电流大于发电机装置的起动电流大于发电机的额定电流，引入可靠系数的额定电流，引入可靠系数K Krelrel( (一般取一般取1.3)1.3)10I 2I则保护装置和继电器的起动电流分别为：则保护装置和继电器的起动电流分别为：Iset=KrelI gnIset.K=KrelI gn/nTAKrel=1.3这样整定，
13、在正常运行时任一相电流这样整定，在正常运行时任一相电流互感器二次侧断线时，保护均不会误动。互感器二次侧断线时，保护均不会误动。 若在断线后又发生了外部短路，则继电器若在断线后又发生了外部短路，则继电器回路中要流过短路电流，保护仍要误动，因此回路中要流过短路电流，保护仍要误动，因此一般在差动保护中装设断线监视装置，当断线一般在差动保护中装设断线监视装置，当断线后它动作于发出信号，运行人员接此信号后即后它动作于发出信号，运行人员接此信号后即应将差保退出工作。应将差保退出工作。断线监视继电器的起动电流按躲开正常断线监视继电器的起动电流按躲开正常运行时的不平衡电流整定，原则上越灵敏越运行时的不平衡电流
14、整定，原则上越灵敏越好，通常选择：好，通常选择：0.2setgnII为防止断线监视装置在外部故障时由为防止断线监视装置在外部故障时由于不平衡电流的影响而发信号，其动作时于不平衡电流的影响而发信号，其动作时限应大于发电机后备保护的时限。限应大于发电机后备保护的时限。2）保护装置的起动电流按躲开外部故障）保护装置的起动电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定时的最大不平衡电流整定这时，继电器的起动电流应为：这时，继电器的起动电流应为：maxsetrelunbIKI.max.max0.1unbnpatkIK K I当采用具有速饱和铁芯的差动继电器时当采用具有速饱和铁芯的差动继电器时K Knpnp=1
15、=1；当电流互感器型号相同时，当电流互感器型号相同时，K Katat=0.5=0.5；可靠系数一般取可靠系数一般取K Krelrel=1.3=1.3对水轮发电机对水轮发电机 则则max5kgnII0.30.4setgnII总结：方式总结：方式2 2） 灵敏性高（整定值小）；灵敏性高（整定值小）； 可靠性低，当可靠性低，当TATA二次侧断线时，可能误动。二次侧断线时，可能误动。0.50.6setgnIImax8kgnII对于汽轮发电机，对于汽轮发电机，其出口处发生三相短路最其出口处发生三相短路最大短路电流约为大短路电流约为则差动继电器的则差动继电器的起动电流为起动电流为: :7.2.2 7.2.
16、2 比率制动式纵差动保护比率制动式纵差动保护 按照传统的纵差动保护整定方法，按照传统的纵差动保护整定方法，为防止纵差动保护在外部短路时误动，为防止纵差动保护在外部短路时误动，其动作电流应躲开最大不平衡电流，因其动作电流应躲开最大不平衡电流，因此，纵差动保护的动作电流比较大，降此，纵差动保护的动作电流比较大，降低了保护的灵敏度，考虑到不平衡电流低了保护的灵敏度，考虑到不平衡电流随着流过随着流过TA电流（即穿越电流）的增加电流（即穿越电流）的增加而增加，从而采用具有比率制动的纵差而增加，从而采用具有比率制动的纵差动保护，使保护的动作值随着外部短路动保护，使保护的动作值随着外部短路电流的增大而自动增
17、大。电流的增大而自动增大。I-I1I2I12II2I1ITA2TA1设纵差动保护的动作电流为：.12dIII纵差动保护的制动电流为：.122resIII则比率制动式差动保护的动作方程为：.min.min.min(),dresresdresresIK IIIII.min.min,ddresresIIIIdI.mindI.minresIresIABCId 差动电流Ires 制动电流Ires.min拐点电流Id.min 启动电流K 制动线的斜率它在动作方程中引入了启动电流和拐点电流，制动部分曲线已不再经过原点，从而更加能够拟合TA的误差特性，进一步提高差动保护的灵敏度。 .min.min()resr
18、esdK III7.2.3 7.2.3 标积制动式纵差动保护标积制动式纵差动保护标积制动原理也是一种比率制动原理。只不过是制动量标积制动原理也是一种比率制动原理。只不过是制动量变成了两个量的内积，并且反应的是臂电流的大小，同变成了两个量的内积，并且反应的是臂电流的大小，同时避免了可能带来的复数运算。它同样具有二部分组成：时避免了可能带来的复数运算。它同样具有二部分组成：无制动部分和比率制动部分组成。无制动部分和比率制动部分组成。它具有比比率制动特性高的灵敏度，同时又具有和比率它具有比比率制动特性高的灵敏度，同时又具有和比率制动特性相同的躲区外故障不平衡电流和抗制动特性相同的躲区外故障不平衡电流
19、和抗TA稳态饱和稳态饱和的能力。的能力。 令：令：.12dIII.0012cos(180) ,cos(180)0I IresI00 ,cos(180)0则标积制动式纵差动保护的动作判据为：则标积制动式纵差动保护的动作判据为：.min()()dsresddIK IIIKs标积制动系数标积制动系数是是 与与 的夹角的夹角.1I.2I7.2.4 7.2.4 纵差动保护接线方式纵差动保护接线方式 1. 发电机纵差动保护的动作逻辑发电机纵差动保护的动作逻辑当发电机内部发生相间短路时，会有二相或三相差动同时动作。根据这一特点，在保护跳闸逻辑设计时可作相应考虑。当有二相或三相差动继电器动作时，可判断为发电机
20、内部发生短路故障；而仅有一相差动继电器动作时，则可判为TA断线；为了防止一点在区内接地另外一点在区外接地的两点接地故障的发生，当有一相差动继电器动作且同时有负序电压时也出口跳闸。 这样就可使单相这样就可使单相TA断线时保护不会误动，省去专用的断线时保护不会误动，省去专用的TA断线闭断线闭锁环节，且保护安全可靠。锁环节，且保护安全可靠。 U U2 2 &t/0+TATA断线断线TVTV断线断线跳闸出口跳闸出口A A相差动相差动B B相差动相差动C C相差动相差动A A相差动相差动B B相差动相差动C C相差动相差动一相差动动作一相差动动作至少两相差动动作至少两相差动动作仅一相差动动作而无负序电压
21、时即认为仅一相差动动作而无负序电压时即认为TA断线。断线。负序电压长时间存在而同时无差电流时，为负序电压长时间存在而同时无差电流时，为TV断线。断线。当负序电压达到定值，允许一相差动动作出口跳闸。当负序电压达到定值，允许一相差动动作出口跳闸。 2. 发电机不完全纵差动保护发电机不完全纵差动保护不完全差动保护是一种新的保护连接方式。它使用的保不完全差动保护是一种新的保护连接方式。它使用的保护原理仍然是比率制动差动保护和标积制动差动保护原护原理仍然是比率制动差动保护和标积制动差动保护原理，不完全差动保护是相对于传统的差动保护连接方式理，不完全差动保护是相对于传统的差动保护连接方式而言的。将传统的差
22、动保护连接方式称之为完全差动保而言的。将传统的差动保护连接方式称之为完全差动保护。护。不完全差动保护和完全差动保护的差别在于引入到保护不完全差动保护和完全差动保护的差别在于引入到保护装置的电流量不一样。装置的电流量不一样。完全差动保护，发电机中性点电流的引入量为相电流。完全差动保护，发电机中性点电流的引入量为相电流。不完全差动保护，发电机中性点电流的引入量为单个分不完全差动保护，发电机中性点电流的引入量为单个分支或其组合的电流量。支或其组合的电流量。不完全差动保护需要不完全差动保护需要根据根据TA变比变比自动调整差流平衡。自动调整差流平衡。该原理也适用于发变组不完全纵差保护（该原理也适用于发变
23、组不完全纵差保护（变压器变压器）C CB BA A.1I.2I.dI由于在发电机中性点不再引入全电流，那由于在发电机中性点不再引入全电流，那么究竟应该引入什么样的电流，即各分支么究竟应该引入什么样的电流，即各分支的电流如何组合成了运用不完全纵差的最的电流如何组合成了运用不完全纵差的最大障碍。显然组合的方式不同，得到的故大障碍。显然组合的方式不同，得到的故障电流也不同。同时由于发电机定子绕组障电流也不同。同时由于发电机定子绕组的分布性，不同的的分布性，不同的TA安装方式，差动保护安装方式，差动保护的灵敏度也不完全一样，有时还相差较大。的灵敏度也不完全一样，有时还相差较大。因此，选择正确合理的因此
24、，选择正确合理的TA安装位置，显得安装位置，显得非常重要。非常重要。 通常可按下列原则选择中通常可按下列原则选择中性点性点TA的个数：的个数：a/2 N a/2+1 N:N:中性点侧每相接入的分支数中性点侧每相接入的分支数a a：发电机每相的并联的分支总数：发电机每相的并联的分支总数 上式是简单地取分支总数的一半，上式是简单地取分支总数的一半，如果分支总数是奇数，则取一半如果分支总数是奇数，则取一半多多1。当当N选多时，反应相间短路的灵选多时，反应相间短路的灵敏性高，但反应匝间短路的灵敏敏性高，但反应匝间短路的灵敏度下降。度下降。当当N选少时，反应匝间短路的灵选少时，反应匝间短路的灵敏性提高而
25、反应相间短路的灵敏敏性提高而反应相间短路的灵敏度下降。度下降。由于不完全差动保护只引入了中性点的部分电流，因此，由于不完全差动保护只引入了中性点的部分电流，因此，在整定不完全差动保护时，可参考整定发电机差动或变在整定不完全差动保护时，可参考整定发电机差动或变压器差动的整定原则进行，且要注意更多的问题。压器差动的整定原则进行，且要注意更多的问题。1 TA1 TA的误差的误差由于发电机机端和中性点由于发电机机端和中性点TATA的变比不再相等，不可能的变比不再相等，不可能再使用同一型号的再使用同一型号的TATA，因此，因此TATA的误差增加了。的误差增加了。2 2 误差源增加误差源增加除了常规的误差
26、以外，不完全差动会增加一些误差源：除了常规的误差以外，不完全差动会增加一些误差源：例如，如果各分支之间的参数有一些微小差异，那么例如，如果各分支之间的参数有一些微小差异，那么在区外发生短路时，就会引起额外的不平衡。在区外发生短路时，就会引起额外的不平衡。3 3 整定值整定值由于误差的增加，不完全差动保护的启动电流由于误差的增加，不完全差动保护的启动电流应该比完全差动保护的启动电流要大。应该比完全差动保护的启动电流要大。 4 4 灵敏度灵敏度不完全差动保护的灵敏度和发电机中性点分支不完全差动保护的灵敏度和发电机中性点分支上上TATA的布置位置和的布置位置和TATA的多少有密切的关系。最的多少有密
27、切的关系。最好应经过两套以上不同原理的发电机内部故障好应经过两套以上不同原理的发电机内部故障分析软件分别进行计算。分析软件分别进行计算。7.2.5 7.2.5 纵差动保护整定与灵敏度纵差动保护整定与灵敏度1. 纵差动保护灵敏度系数的定义与校验纵差动保护灵敏度系数的定义与校验发电机纵差动保护的灵敏度是在发电机纵差动保护的灵敏度是在发电机机端发生发电机机端发生两相金属性短路情况下两相金属性短路情况下差动电流与动作电流的比差动电流与动作电流的比值，要求值，要求Ksen1.5。随着对发电机内部短路分析的深入，对发电机内随着对发电机内部短路分析的深入，对发电机内部发生轻微故障的分析成为可能，可以更多的分
28、部发生轻微故障的分析成为可能，可以更多的分析内部发生故障时的保护动作行为，从而选择更析内部发生故障时的保护动作行为，从而选择更好的保护原理及保护方案。好的保护原理及保护方案。2. 纵差动保护的整定纵差动保护的整定dI.mindI.minresIresIABC具有比率制动特性的差动保护具有比率制动特性的差动保护的动作特性，可由的动作特性，可由A、B、C三三点决定。点决定。A点或点或B点的纵坐标电点的纵坐标电流流Id.min为差动保护的启动电流。为差动保护的启动电流。B点的横坐标电流点的横坐标电流Ires.min称之为称之为拐点电流，它等于差动保护开拐点电流，它等于差动保护开始出现制动作用的最小电
29、流。始出现制动作用的最小电流。直线直线BC与横坐标夹角与横坐标夹角的正切的正切（即（即tg）称之为动作特性曲）称之为动作特性曲线的斜率，近似称之为比率制线的斜率，近似称之为比率制动系数动系数K。 Id.min、Ires.min及及K为具有比率制动特性差动保护的三要素。为具有比率制动特性差动保护的三要素。对该型差动保护的整定计算，实质上就是对对该型差动保护的整定计算，实质上就是对Id.min、Ires.min及及K的的整定计算。整定计算。 启动电流启动电流拐点电流拐点电流K tg比率制动系数比率制动系数 启动电流启动电流Id.min的整定的整定启动电流Id.min的整定原则是躲过发电机额定工况下
30、差动回路中的最大不平衡电流。在发电机额定工况下，在差动回路中产生不平衡电流的原因，主要由差动保护两侧TA的变比误差、两侧二次回路的参数及测量误差等组成。因此启动电流为：.min12drelererIKIIK Krelrel可靠系数，取可靠系数，取1.51.52 2；I I er1er1两侧两侧TATA变比不同产生的差流，取变比不同产生的差流，取0.06I0.06Igngn；I I er2er2保护两侧的二次误差产生的差流，取保护两侧的二次误差产生的差流，取0.1I0.1Igngn。代入上式得：代入上式得：I Id.mind.min（0.240.240.320.32）I Igngn 通常取通常取
31、0.3I0.3Igngn。对于不完全纵差保护，尚需考虑发电机每相各分支电流的差异，对于不完全纵差保护，尚需考虑发电机每相各分支电流的差异，应适当提高应适当提高I Id.mind.min的整定值。的整定值。 拐点电流拐点电流Ires.min拐点电流拐点电流Ires.min的大小，决定保护开始产生制动作用的电流的的大小，决定保护开始产生制动作用的电流的大小。在初始动作电流大小。在初始动作电流Id.min及动作特性曲线的斜率及动作特性曲线的斜率K相同的情相同的情况下，况下，Ires.min越小，差动保护的动作区越小，而制动区增大；越小，差动保护的动作区越小，而制动区增大；反之亦然。因此，拐点电流的大
32、小，直接影响差动保护的动作反之亦然。因此，拐点电流的大小，直接影响差动保护的动作灵敏度。灵敏度。 在大型发电机变压器保护整定计算导则中，建议在大型发电机变压器保护整定计算导则中，建议I Ires.min取取（0.80.81.01.0）I Igngn，其理由是：当发电机的电流小于或等于额，其理由是：当发电机的电流小于或等于额定电流时，差动保护不必具有制动特性。定电流时，差动保护不必具有制动特性。 当故障点距离发电机较远时，发电机提供的短路电流可能小当故障点距离发电机较远时，发电机提供的短路电流可能小于或等于额定电流。但在远处故障或故障切除的暂态过程中，于或等于额定电流。但在远处故障或故障切除的暂
33、态过程中，由于差动保护两侧由于差动保护两侧TATA及回路的暂态特性差异，可能在差动保及回路的暂态特性差异，可能在差动保护中短时出现较大的差流，致使差动保护误动。对于不完全护中短时出现较大的差流，致使差动保护误动。对于不完全差动保护，由于两侧差动保护，由于两侧TATA变比、型号的不同，由上述原因产生变比、型号的不同，由上述原因产生的不平衡电流将增大。的不平衡电流将增大。 因此建议减小拐点电流，整定为：因此建议减小拐点电流，整定为：I Ires.min（0.50.50.70.7）I Igngn 比率制动系数比率制动系数Kres与制动线斜率与制动线斜率K发电机差动保护的比率制动系数，决定于夹角。可以
34、看出，当拐点电流确定后，夹角决定于C点。而特性曲线上的C点近似决定于发电机外部故障时最大短路电流Ik.max与差动回路中的最大不平衡电流Iunb.max的比值。即 .max.maxunbreskIKI而制动线斜率K则可表示为：.max.min.max.minunbdkresIIKII差动回路中的最大不平衡电流，除与差动两侧TA的10误差及调整误差有关外，尚与差动两侧TA暂态特性有关。考虑到上述情况，外部故障时，为躲过差动回路中的最大不平衡电流，C点的纵坐标电流应为：.max.max0.10.1drelfkIKKIK Krelrel 可靠系数，取可靠系数，取1.31.31.51.5；K Kf f
35、 暂态特性系数，当两侧暂态特性系数，当两侧TATA变比、型号完全相同且二次变比、型号完全相同且二次回路参数相同时，回路参数相同时，K Kf f00。而当两侧而当两侧TATA变比、型号不相同时，变比、型号不相同时，K Kf f可取可取0.050.050.10.1；I Id.maxd.max最大动作电流。最大动作电流。 TATA的的1010误差误差 调整误差调整误差TATA暂态特性暂态特性将以上数据代入公式得：将以上数据代入公式得：Id.max （0.260.45）Ik.max 将将Id.max代入制动斜率计算公式，可得：代入制动斜率计算公式，可得：Kres（0.260.45）因此因此:对于发电机
36、完全纵差保护，对于发电机完全纵差保护，Kres可取可取0.3；对于不完全纵差保护，对于不完全纵差保护，Kres可取可取0.30.4。A） 匝间短路问题匝间短路问题完全差动保护从原理上来看，不能反映匝间短路。这是传统差动保护的不足之处。而不完全的差动保护能够反应匝间短路故障。B）简化匝间短路保护）简化匝间短路保护如果能保证在匝间短路时，不完全差动保护能具有了足够的灵敏度，那么传统的匝间短路保护就可以简化或取消，使发电机的运行更趋安全。7.2.6 7.2.6 发电机横差动保护发电机横差动保护1. 1. 基本原理基本原理在大容量发电机中，由于额定电流很在大容量发电机中，由于额定电流很大，其每相都是由
37、两个或两个以上并联的大，其每相都是由两个或两个以上并联的分支绕组组成的，在正常情况下，各个绕分支绕组组成的，在正常情况下，各个绕组中的电势相等，流过相等的负荷电流，组中的电势相等，流过相等的负荷电流，而当任一个绕组中发生匝间短路时，各个而当任一个绕组中发生匝间短路时，各个绕组中的电势就不再相等，因而会由于出绕组中的电势就不再相等，因而会由于出现电势差而产生一个均衡电流，在各个绕现电势差而产生一个均衡电流，在各个绕组中环流。因此，利用反应各个支路电流组中环流。因此，利用反应各个支路电流之差的原理，即可实现对发电机定子绕组之差的原理，即可实现对发电机定子绕组匝间短路的保护，即横差保护。匝间短路的保
38、护，即横差保护。C B A双星形结构双星形结构.2ddrT AIIndI 1 1） 在某一个绕组内部在某一个绕组内部发生匝间短路，由于故发生匝间短路，由于故障支路和非故障支路的障支路和非故障支路的电势不相等，故有一个电势不相等，故有一个环流环流 产生。这时在差产生。这时在差动回路中将流有电流动回路中将流有电流当此电流大于继电器的起动电流时，保护即可动当此电流大于继电器的起动电流时，保护即可动作于跳闸，短路匝数作于跳闸，短路匝数越多时，则环流越大，而当越多时，则环流越大，而当较小时，保护就不能动作，故保护是有死区的。较小时，保护就不能动作，故保护是有死区的。IdIdI某一绕组内部匝间短路某一绕组
39、内部匝间短路感应电势大感应电势大感应电势小感应电势小2)2)在同一相的两个在同一相的两个不同绕组间发生不同绕组间发生匝间短路，当匝间短路，当1 12 2时，由时，由于两个支路的电于两个支路的电势差，将分别产势差，将分别产生两个环流：生两个环流： 此时流过继电器的电流为此时流过继电器的电流为: : ， 当当1 12 2之差很小之差很小时，也将出现保护的死区，时，也将出现保护的死区，例如当例如当1 12 2时，时，.2dd rTAIIn0dI IdIdI12dIdIdI感应电势大感应电势大感应电势大感应电势大dIdI和和 这种横差保护的接线方式需要这种横差保护的接线方式需要在每相装设两个电流互感器
40、和一个在每相装设两个电流互感器和一个电流继电器做成单独的保护，三相电流继电器做成单独的保护，三相共需个互感器和三个共需个互感器和三个电流电流继电器，继电器，由于接线复杂，且保护中的不平衡由于接线复杂，且保护中的不平衡电流也大，故很少采用。电流也大，故很少采用。单元件横差动保护原理接线图单元件横差动保护原理接线图跳闸跳闸跳跳MK（灭磁（灭磁开关）开关）ILPt中中性性点点有有并并联联支支路路1TA23465至信号至信号三三次次谐谐波波过过滤滤器器只用一个电流互感器装于只用一个电流互感器装于发电机两组星形中性点的发电机两组星形中性点的联线上，把一半绕组中三联线上，把一半绕组中三相电流之和与另一半绕
41、组相电流之和与另一半绕组中三相电流之和进行比较，中三相电流之和进行比较，当发生各种匝间短路时，当发生各种匝间短路时，此中性点联线上就有环流，此中性点联线上就有环流，故继电器动作。故继电器动作。2. 2. 单元件横差动保护单元件横差动保护理想发电机正常运行时中性点连线上不会有电流产生，理想发电机正常运行时中性点连线上不会有电流产生，实际上发电机不同中性点之间存在不平衡电流，主要实际上发电机不同中性点之间存在不平衡电流，主要原因是：原因是：（I I） 定子绕组同相而不同分支绕组的参数不完全相同，致使定子绕组同相而不同分支绕组的参数不完全相同，致使两端的电势及支路电流有差异；两端的电势及支路电流有差
42、异； （IIII）发电机定子气隙磁场不完全均匀，在不同定子绕组中）发电机定子气隙磁场不完全均匀，在不同定子绕组中产生的感应电势不同；产生的感应电势不同； （IIIIII）系统发生不对称故障或发电机异常运行时（例如失磁失）系统发生不对称故障或发电机异常运行时（例如失磁失步运行）造成转子偏心，在不同的定子绕组中产生不同电势。步运行）造成转子偏心，在不同的定子绕组中产生不同电势。 （）存在三次谐波电势。）存在三次谐波电势。 单元件横差保护动作电流的整定单元件横差保护动作电流的整定 单元件横差保护的动作电流应按下式计算：单元件横差保护的动作电流应按下式计算： 123setrelunbunbunbIKI
43、III Iunb1unb1额定工况下，同相不同分支绕组由于绕组之间参数的额定工况下，同相不同分支绕组由于绕组之间参数的差异产生的不平衡电流。由于是三相之和，取差异产生的不平衡电流。由于是三相之和，取3 32 2I Igngn；I Iunb2unb2磁场气隙不平衡产生的不平衡电流，取磁场气隙不平衡产生的不平衡电流，取5 5I Igngn；I Iunb3unb3异常工况下转子偏心产生的不平衡电流，取异常工况下转子偏心产生的不平衡电流，取1010I Igngn；K Krelrel可靠系数，取可靠系数，取1.21.21.51.5。 将各参数代入上式中，得：将各参数代入上式中，得：I Isetset =
44、 =（0.250.250.310.31）I Igngn。一般可选取经验数据一般可选取经验数据 （0.2-0.30.2-0.3）I Igngn 微机型单元件横差保护均具有性能良好的三次谐波滤过器。因此，微机型单元件横差保护均具有性能良好的三次谐波滤过器。因此，在对微机型单元件横差保护进行整定计算时，可不考虑三次谐波在对微机型单元件横差保护进行整定计算时，可不考虑三次谐波电流的影响。电流的影响。单元件横差保护单元件横差保护适用于具有多分支的定子绕组适用于具有多分支的定子绕组且有两个以上中性点引出端子的发电机。该保护能且有两个以上中性点引出端子的发电机。该保护能反应定子绕组匝间短路、分支线棒开焊及机
45、内绕组反应定子绕组匝间短路、分支线棒开焊及机内绕组相间短路相间短路。 对于容量为对于容量为200MW200MW及以上发电机，由于其及以上发电机，由于其结构紧凑，中性点侧只能引出三个端子，结构紧凑，中性点侧只能引出三个端子，无法装设单元件横差保护。无法装设单元件横差保护。优点：优点：v只用一个互感器，没有由于互感器误差所产生只用一个互感器，没有由于互感器误差所产生的不平衡电流，因而起动电流较少，灵敏度较高的不平衡电流，因而起动电流较少，灵敏度较高v接线简单接线简单7.37.3发电机定子绕组单相接地保护发电机定子绕组单相接地保护 发电机是电力系统中非常贵重和重要的发电机是电力系统中非常贵重和重要的
46、电气设备，定子绕组中性点一般不直接接地，电气设备，定子绕组中性点一般不直接接地，而是通过高阻接地、消弧接地、或不接地，而是通过高阻接地、消弧接地、或不接地，发电机的定子绕组都设计为全绝缘。尽管如发电机的定子绕组都设计为全绝缘。尽管如此，发电机定子绕组仍可能由于老化绝缘降此，发电机定子绕组仍可能由于老化绝缘降低、或者过电压冲击、或者机械震动等原因低、或者过电压冲击、或者机械震动等原因发生单相接地和短路故障。由于发电机定子发生单相接地和短路故障。由于发电机定子单相接地并不会引起大的短路电流，不属于单相接地并不会引起大的短路电流，不属于短路性故障。短路性故障。 发电机的外壳都是接地的，因此，发电机的
47、外壳都是接地的，因此，定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比较普遍，当接地电流比较大时，故障比较普遍，当接地电流比较大时，能在故障点燃起电弧时，将使绕组的绝能在故障点燃起电弧时，将使绕组的绝缘和定子铁芯烧坏，并且也容易发展成缘和定子铁芯烧坏，并且也容易发展成相间短路，造成更大危害。相间短路，造成更大危害。我国规定：我国规定：当接地电容电流等于或大于时，当接地电容电流等于或大于时，就装设动作于跳闸的接地保护，当接地电流小就装设动作于跳闸的接地保护，当接地电流小于时，就装设作用于信号的接地保护。于时，就装设作用于信号的接地保护。7.3.1 7.3.1 定子绕组单
48、相接地特点定子绕组单相接地特点发电机其中性点都是不接地或经消发电机其中性点都是不接地或经消弧线圈接地的，故当发电机内部单相接弧线圈接地的，故当发电机内部单相接地时，流经接地点的电流仍为发电机所地时，流经接地点的电流仍为发电机所在电压网络对地电容电流之总和；不同在电压网络对地电容电流之总和；不同之处在于故障点的零序电压将随发电机之处在于故障点的零序电压将随发电机内部接地点的位置而改变。内部接地点的位置而改变。假设相接地发生在定子绕组距中心点假设相接地发生在定子绕组距中心点处，处， 表表示由中性点到故障点的绕组占全部绕组匝数的百分数，则示由中性点到故障点的绕组占全部绕组匝数的百分数，则故障点处各相
49、电势为故障点处各相电势为EEA A， EEB B， EEC C，故障点处各相，故障点处各相对地电压分别为对地电压分别为：C B ATA0发电机机端发电机机端电流互感器电流互感器EBECEAk（a a）三相网络接线）三相网络接线 0 ADU ABBDEEU ACCDEEU 故障点故障点各相对各相对地电压地电压C B ATA0发电机机端发电机机端电流互感器电流互感器EBECEA（a a）三相网络接线）三相网络接线因此，故障点处的零序电压为：因此，故障点处的零序电压为：0131(0)3kADBDCDBACAAUUUUEEEEE 上式说明故障点的零序电压将随着故障上式说明故障点的零序电压将随着故障点位
50、置的不同而不同。点位置的不同而不同。当当=1时，即机端接地，故障点的零序电压时，即机端接地，故障点的零序电压为最大，就等于额定相电压。为最大，就等于额定相电压。 f f发电机每相的对地电容，发电机每相的对地电容，w w为发电机以外电压为发电机以外电压网络每相的对地电容，即可求出发电机的零序电容电网络每相的对地电容，即可求出发电机的零序电容电流和网络的零序电容电流分别为：流和网络的零序电容电流分别为： 00333fffAkIj wC Uj wCE 00333wwwAkIj wC Uj wCE 则故障点总的接地电流即为：则故障点总的接地电流即为：3wfAkIj w CCE CwCfTA0Ud0(b
