发电机纵差动保护的整定计算和原理接线

7.2.1　发电机纵差动保护的整定计算和原理接线

纵差动保护是发电机内部相间短路的主保护。因此，它应能快速而灵敏地切除内部所发生的故障。同时，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。满足这些要求是确定纵差动保护整定值的原则。

发电机纵差动保护启动电流，有两个不同的选取原则，与其相对应的接线也有一些差别，现分别说明如下。

（1）在正常运行情况下，电流互感器二次回路断线时保护不应误动。如图7.1所示，假定电流互感器LH2的二次引出线发生了断线，则电流I′₂被迫变为零，此时，在差动继电器中将流过电流I″₂，当发电机在额定容量运行时，此电流即为发电机额定电流变换到二次侧的数值，可以用I_ef／n_l表示。在这种情况下，为防止差动保护误动作，应整定保护装置的启动电流大于发电机的额定电流，引入可靠系数K_k（一般取K_k＝1.3），则保护装置和继电器的启动电流分别为

图7.1　电流互感器二次回路断线时的电流分布

这样整定之后，在正常运行情况下任一相电流互感器二次侧断线时，保护将不会误动作。但如果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。为防止这种情况的发生，在差动保护中一般装设断线监视装置，当断线后，它动作发出信号，运行人员接此信号后即应将差动保护退出工作。

断线监视继电器的启动电流按躲开正常运行时的不平衡电流整定，原则上越灵敏越好。根据经验，其值通常选择为

为了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误发信号，它的动作时间应大于发电机后备保护的时限。

具有断线监视装置的发电机纵差动保护的原理接线如图7.2所示。保护装置采用三相式接线（1～3为差动继电器），在差动回路的中线上接有断线监视的电流继电器4，当任何一相电流互感器回路断线时，它都能动作，经时间继电器5延时发出信号。

图7.2　具有电流互感器二次回路断线监视装置的发电机纵差动保护的原理接线图

为使差动保护的范围能包括发电机引出线（或电缆）在内，因此，其所使用的电流互感器应装在靠近断路器的地方。

（2）保护装置的启动电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定，此时，继电器的启动电流应为

I_dzJ＝K_kI_bpmax　　　（7.3）

在纵差动保护中，不平衡电流的稳态值可按下式计算

I_bp＝0.1K_txI_dmax／n_l　　　（7.4）

将式（7.4）代入式（7.3），则

I_dzJ＝0.1K_kk_fzqk_txI_dmax／n_l　　　（7.5）

当采用具有速饱和铁心的差动继电器时，K_fzq＝1；当电流互感器型号相同时K_tx＝0.5；可靠系数一般取为K_k＝1.3。

对于汽轮发电机，其出口处发生三相短路的最大短路电流约为I_dmax≈8I_ef，代入上式，则差动继电器的启动电流为

I_dzJ＝（0.5～0.6）I_ef／n_l

对于水轮发电机，由于电抗x″_d的数值比汽轮发电机大，其出口处发生三相短路的最大短路电流约为I_dmax≈5I_ef，则差动继电器的启动电流为

I_dzJ＝（0.3～0.4）I_ef／n_l

对于水内冷的大容量发电机组，其电抗数值也较上述汽轮发电机大，因此，差动继电器的启动电流将较汽轮发电机的小。

综上可见，按躲开不平衡电流条件整定的差动保护，其启动值都远较按躲开电流互感器二次回路断线的条件为小，因此，保护灵敏性就高。但是这样整定之后，在正常运行情况下发生电流互感器二次回路断线时，在负荷电流的作用下，差动保护就有可能误动作，就这一点来看可靠性是较差的。因此，是否需要考虑断线，在目前还是具有争议的问题。

当差动保护的整定值小于额定电流时，可不装设电流互感器回路断线的监视装置。当保护装置采用带有速饱和变流器的差动继电器时，亦可利用差动线圈和平衡线圈的适当组合和连接，构成高灵敏度的纵差动保护接线。

运行经验表明，只要重视对差动回路的维护和检查，例如采取防震措施，以防接线端子松脱，检修时测量差动回路的阻抗，并与以前的情况进行比较等，在实际运行中发生电流回路断线的情况还是很少的。

（3）对100mW及以上大容量发电机，推荐采用具有比率制动特性的差动继电器，即利用外部故障时的穿越电流实现制动，其原理接线如图7.3所示。

图7.3　比率制动式差动继电器

该继电器的制动系数通常取为0.2～0.4，其最小启动电流I_dzJ0一般取（0.1～0.3）I_ef／n_l，因此它既能保证区外故障时可靠躲开最大不平衡电流的影响，又能提高区内故障时的灵敏性。

发电机纵差动保护的灵敏性仍以灵敏系数来衡量，其值为

式中，I_dmin为发电机内部故障时流过保护装置的最小短路电流，实际上应考虑下面两种情况。

（1）发电机与系统并列运行以前，在其出线端发生两相短路，此时，差动回路中只有由发电机供给的短路电流I″₁，而I′₁＝0；

（2）发电机采用自同期并列时（此时发电机先不加励磁，因此，发电机的电势E≈0），在系统最小运行方式下，发电机出线端发生两相短路，此时，差动回路中只有由系统供给的短路电流I′₁，而I″₁＝0。

对灵敏系数的要求一般不应低于2。

应该指出，上述灵敏系数的校验，都是以发电机出口处发生两相短路为依据的，此时短路电流较大，一般都能够满足灵敏系数的要求。但当内部发生轻微的故障，例如经绝缘材料的过渡电阻短路时，短路电流的数值往往较小，差动保护不能启动，此时只有等故障进一步发展以后，保护方能动作，而这时可能已对发电机造成更大的危害。因此，尽量减小保护装置的启动电流，以提高差动保护对内部故障的反应能力，还是很有意义的。

发电机的纵差动保护可以无延时地切除保护范围内的各种故障，同时又不反应发电机的过负荷和系统振荡，且灵敏系数一般较高。因此，纵差动保护毫无例外地用作容量在1mW以上发电机的主保护。