负序过电流保护的作用

7.4.1　负序过电流保护的作用

当电力系统中发生不对称短路或正常运行情况下三相负荷不平衡时，在发电机定子绕组中将出现负序电流，此电流在发电机空气隙中建立的负序旋转磁场相对于转子为两倍的同步转速，因此将在转子绕组、阻尼绕组以及转子铁心等部件上感应于100Hz的倍频电流，该电流使得转子上电流密度很大的某些部位（如转子端部、护环内表面等），可能出现局部灼伤，甚至可能使护环受热松脱，从而导致发电机的重大事故。此外，负序气隙旋转磁场与转子电流之间以及正序气隙旋转磁场与定子负序电流之间所产生的100Hz交变电磁转矩，将同时作用在转子大轴和定子机座上，从而引起100Hz的振动。

负序电流在转子中所引起的发热量，正比于负序电流的平方及所持续的时间的乘积。在最严重的情况下，假设发电机转子为绝热体（即不向周围散热），则不使转子过热所允许的负序电流和时间的关系，可用下式表示：

式中：i₂——流经发电机的负序电流值；

　t——所持续的时间；

　——在时间t内的平均值，应采用以发电机额定电流为基准的标么值；

　A——与发电机型式和冷却方式有关的常数。

关于A的数值，应采用制造厂所提供的数据。其参考值为：对于凸极式发电机或调相机可取A＝40；对于空气或氢气表面冷却的隐极式发电机可取A＝30；对于导线直接冷却的100～300mW汽轮发电机可取A＝6～15等。

随着发电机组容量的不断增大，它所允许的承受负序过负荷的能力也随之下降（A值减小）。例如取600mW汽轮发电机A的设计值为4，其允许负序电流与持续时间的关系如图7.13中的曲线（abcde）所示。这就对负序电流保护的性能提出了更高的要求。

针对上述情况而装设的发电机负序过电流保护实际上是对定子绕组电流不平衡而引起转子过热的一种保护，因此应作为发电机的主保护方式之一。

图7.13　两段负序定时限过电流保护动作特性与发电机允许负序电流曲线的配合情况

此外，由于大容量机组的额定电流很大，而在相邻元件末端发生两相短路时的短路电流可能较小，此时采用复合电压启动的过电流保护往往不能满足作为相邻元件后备保护时对灵敏系数的要求。在这种情况下，采用负序电流作为后备保护，就可以提高不对称短路时的灵敏性。由于负序过电流保护不能反应于三相短路，因此，当用它作为后备保护时，还需要附加装设一个单相式的低电压启动过电流保护，以专门反应三相短路（参见图7.14）。

图7.14　发电机的负序电流及单相式低电压启动的过电流保护的原理接线图