发电机差动保护原理

可编辑范本 5.1 发电机比率制动式差动保护 比率制动式差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护。 5.1.1保护原理 5.1.1.1比率差动原理。 差动动作方程如下： Iop  Iop.0 ( Ires  Ires.0 时) Iop  Iop.0 + S(Ires – Ires.0) ( Ires > Ires.0 时) 式中：Iop为差动电流，Iop.0为差动最小动作电流整定值，Ires为制动电流，Ires.0

为最小制动电流整定值，S为比率制动特性的斜率。各侧电流的方向都以指向发

电机为正方向，见图5.1.1。

差动电流： NTopIII

制动电流： 2NTresIII 式中：IT，IN分别为机端、中性点电流互感器(TA)二次侧的电流，TA的极性见图5.1.1。

图5.1.1 电流极性接线示意图 （根据工程需要，也可将TA极性端均定义为靠近发电机侧） 5.1.1.2 TA断线判别 当任一相差动电流大于0.15倍的额定电流时启动TA断线判别程序，满足下列条件认为TA断线： a. 本侧三相电流中至少一相电流为零； b. 本侧三相电流中至少一相电流不变； c. 最大相电流小于1.2倍的额定电流。 5.2发电机匝间保护 发电机匝间保护作为发电机内部匝间短路的主保护。根据电厂一次设备情况，可选择以下方案中的一种： 5.2.1故障分量负序方向(ΔP2) 匝间保护 该方案不需引入发电机纵向零序电压。 可编辑范本

故障分量负序方向(ΔP2)保护应装在发电机端，不仅可作为发电机内部匝间短路的主保护，还可作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护。 5.2.1.1保护原理 当发电机三相定子绕组发生相间短路、匝间短路及分支开焊等不对称故障

时，在故障点出现负序源。故障分量负序方向元件的2.U和2.I分别取自机端TV、TA，其TA极性图见图5.2.1.1，则故障分量负序功率P2为：



•2.2223senjeeIURP

式中2I为2•I的共轭相量，sen。2为故障分量负序方向继电器的最大灵敏角。一般取60~80(2.I滞后2.U的角度)。 故障分量负序方向保护的动作判据可表示为：

PeIUR•22'

2.22'senjeII

实际应用动作判据综合为：

uU•2

iI•2

 P2 =  U2r   I’2r +  U2i   I’2i > P

(u、i、P为动作门槛)

保护逻辑框图见图5.2.1.2。

图5.2.1.1 故障分量负序方向保护极性图 可编辑范本

图5.2.1.2 故障分量负序方向保护逻辑框图 5.2.2发电机纵向零序过电压及故障分量负序方向型匝间保护 本保护不仅作为发电机内部匝间短路的主保护，还可作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护。 5.2.2.1保护原理 发电机定子绕组发生内部短路，三相机端对中性点的电压不再平衡，因为机端电压互感器中性点与发电机中性点直接相连且不接地，所以互感器开口三角绕组输出纵向3U0，保护判据为： | 3U0 | > Uset 式中，Uset为保护的整定值。 发电机正常运行时，机端不平衡基波零序电压很小，但可能有较大的三次谐波电压，为降低保护定值和提高灵敏度，保护装置中增设三次谐波阻波功能。 为保证匝间保护的动作灵敏度，纵向零序电压的动作值一般整定较小，为防止外部短路时纵向零序不平衡电压增大造成保护误动，须增设故障分量负序方向元件为选择元件，用于判别是发电机内部短路还是外部短路。 故障分量负序方向元件采用图5.2.1.2所示的逻辑，方案二的综合框图见图5.2.2。 发电机并网后运行时，纵向零序电压元件及故障分量负序方向元件组成“与”门实现匝间保护；在并网前，因ΔI2=0，则故障分量负序方向元件失效，仅由纵向零序电压元件经短延时t1实现匝间保护。并网后不允许纵向零序电压元件单独出口，为此以过电流I>Iset闭锁该判据，固定Iset=0.06In。

&&&&

图5.2.2 匝间保护方案二逻辑框图5.2.3高灵敏零序电流型横差保护 可编辑范本

高灵敏零序电流型横差保护，作为发电机内部匝间、相间短路及定子绕组开焊的主保护。 5.2.3.1保护原理 本保护检测发电机定子多分支绕组的不同中性点连线电流(即零序电流)3I0

中的基波成分，保护判据为：

判据1（无制动特性）： Iop  Iset， Iset为动作电流的整定值，见后 判据2（有制动特性）： Iop  Iop.0 ( Ires  Ires.0 时)

0.0.0.0.)(opresresresopopIIIISII ( Ires > Ires.0 时)

式中：Iop为横差电流，Iop.0为横差最小动作电流整定值，Ires为制动电流（取机端三相电流最大值），Ires.0为最小制动电流整定值，S为比率制动特性的斜率。 判据1、2均可单独构成横差保护，用户可通过控制字进行选择。 发电机正常运行时，接于两中性点之间的横差保护，不平衡电流主要是基波，在外部短路时，不平衡电流主要是三次谐波成分，为降低保护定值和提高灵敏度，保护中还增加有三次谐波阻波功能。横差保护瞬时动作于出口，当转子发生一点接地时，横差保护经延时t动作于出口，t一般整定为0.5s。该方案的综合逻辑框图如图5.2.3。

&&&t

5.3 变压器（发-变组、高厂变、励磁变）差动保护 比率制动式差动保护是变压器（发-变组、高厂变、励磁变）的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障；保护能正确区分励磁涌流、过励磁故障。 保护采取自适应提高定值的方式，防止外部故障时由于TA饱和引起差动误动，当差流中的三次谐波与基波的比值大于某一定值时，自动提高比率制动差动的动作值、改变比率制动系数和最小制动电流，进一步提高保护的可靠性。 发-变组保护装置最多可实现6侧差动，动作特性图如下： 可编辑范本

2 n n制动电流( res)

动作电流( op)

res.0 图5.3.1 比率差动动作特性图 图中阴影部分要经过励磁涌流判别、TA断线判别和TA饱和判别后才出口，双阴影部分只要经过励磁涌流判别就出口。 5.3.1比率差动原理 差动动作方程如下 Iop > Iop.0 ( Ires  Ires.0) Iop  Iop.0 + S(Ires – Ires.0) ( Ires > Ires.0 ) (5-3-1)

Ires >1.2 In

Iop  1.2In + 0.8(Ires –1.2 In) ( Ires >1.2 In ) (5-3-2)

Iop为差动电流，Iop.0为差动最小动作电流整定值，Ires为制动电流，Ires.0为最小制动电流整定值，S为比率制动特性斜率，In为基准侧电流互感器的额定二次电流，各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。 对于两侧差动：

Iop = | •I1 + •I2 | (5-3-3) Ires = |•I1 - •I2| / 2 (5-3-4) 对于三侧及以上差动：

Iop = | •I1 +•I2 +…+ •In | (5-3-5) Ires = max{ |•I1|，|•I2|，…，|•In| } (5-3-6) 式中：3≤n≤6，•I1，•I2，。。。•In分别为变压器各侧电流互感器二次侧的电流。 判据(5-3-1)为低定值的比率制动差动，判据(5-3-2)为高定值比率制动差动。 5.3.2 励磁涌流判别 装置提供两种励磁涌流识别判据，用户可根据需要由控制字进行选用，该控可编辑范本

制字设为“1”时，励磁涌流判据为波形畸变判据；该控制字设为“0”时，励磁涌流判据为二次谐波判据。 5.3.2.1二次谐波判据 保护利用三相差动电流中的二次谐波分量作为励磁涌流闭锁判据。 判别方程如下：

1.22.opopIKI (5-3-7)

式中：Iop.2为A，B，C三相差动电流中最大二次谐波电流，K2为二次谐波制动系数，Iop.1为三相差动电流中最大基波电流。 该判据闭锁方式为“或”闭锁，即涌流满足(5-3-7)式，同时闭锁三相保护。

5.3.2.2波形畸变判据 保护利用每相差流波形的畸变作为励磁涌流闭锁判据。 判别方程如下： Ssum+ > K * Ssum— (5-3-8) 式中：Ssum+为差动电流采样点的不对称度值， Ssum-为对应差动电流的对称度值，K为某一固定系数。 该判据闭锁方式为“或”闭锁，即任一相涌流满足(5-3-8)式，同时闭锁三相保护。 5.3.3 TA饱和判别 保护利用每相差流中的三次谐波分量作为TA饱和闭锁判据。 判别方程如下： I3 > K3 * I1 (5-3-9) 式中：I3为每相差流中三次谐波电流，K3为三次谐波比例系数（装置内部固定，不需整定），I1为对应基波电流。 任一相差流满足(5-3-9)式，比率制动差动自动改变该相的最小动作电流和比率制动斜率，保证差动保护正确、可靠动作。 5.3.4 TA断线判据 当任一相差动电流大于0.15倍的额定电流时启动TA断线判别程序，满足下列条件认为TA断线:  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；  本侧三相电流中至少有一相电流为零。 5.3.5 差流速断保护 当任一相差动电流大于差流速断整定值时瞬时动作于跳各侧断路器。 5.3.6 差流越限 当差动电流超过一定值时，发告警信号。差流越限定值可整定。 5.4 励磁机比率制动式差动保护 比率制动式差动保护是励磁机内部相间短路故障的主保护，保护原理同发电机比率制动式差动保护。 5.5定子接地保护 作为发电机定子回路单相接地故障保护，当发电机定子绕组任一点发生单相接地时，该保护按要求的时限动作于跳闸或信号。 5.5.1 保护原理