负序定时限过电流保护

7.4.2　负序定时限过电流保护

目前对表面冷却的汽轮发电机和水轮发电机，大都采用两段式负序定时限过电流保护，其原理接线如图7.14所示。在经过负序电流过滤器输出的回路中，接入两个电流元件3和4，其中继电器4具有较大的整定值，经时间继电器6的延时后动作于发电机跳闸，以作为防止转子过热或后备保护之用。另一个继电器3则具有较小的整定值，当负序电流超过发电机的长期允许值时，经时间继电器5的延时后，发出发电机的不对称过负荷信号。由接于相电流上的过电流继电器1和接于线电压上的低电压继电器2组成单相式的低电压启动过电流保护，以专门反应三相对称短路，单相式低电压启动过电流保护与负序过电流保护是并联工作的，也经过时间继电器6的延时后动作于跳闸。

负序过电流保护的整定值可按以下原则考虑：对过负荷的信号部分（继电器3），其整定值应按照躲开发电机长期允许的负序电流值和最大负荷下负序过滤器的不平衡电流（均应考虑继电器的返回系数）来确定。根据有关规定，汽轮发电机的长期允许负序电流为6%～8%的额定电流，水轮发电机的长期允许负序电流为12%的额定电流，因此，一般情况下可取为

I_2dz＝0.1I_ef　　　（7.17）

其动作时限则应保证在外部不对称短路时动作的选择性，一般采用5～10s。

对动作于跳闸的保护部分（继电器4），其整定值应按照发电机短时间允许的负序电流，参照式（7.15）确定。在选择动作电流时，应当给出一个计算时间t_js，在这个时间内，值班人员有可能采取措施来消除产生负序电流的运行方式，一般t_js＝120s，此时保护装置的动作电流的标么值应为

对表面冷却的发电机组，A＝30～40，代入上式后可得

I _2dz＝（0.5～0.6）I_ef　　　（7.19）

此外，保护装置的启动电流还应与相邻元件的后备保护在灵敏系数上相配合，满足第2章中式（2.28）的要求。例如，在图7.15所示的接线中，发电机和变压器上都有独立的负序电流后备保护，则当高压母线上d点发生不对称短路时，发电机负序过电流保护的灵敏系数应较变压器为低。引入一个配合系数K_ph，则发电机负序过电流保护的启动电流应为

I_2dz＝K_phI_2js　　　（7.20）

式中：K_ph——配合系数，取1.1；

　I_2js——在进行计算的运行方式下，发生外部故障且流过升压变压器的负序短路电流正好与其负序电流保护的启动电流相等时，流过被保护发电机的负序短路电流。

图7.15　对灵敏系数相互配合的说明

保护的动作时限仍按后备保护的原则逐级配合，一般取为3～5s。

保护的动作时限如果按照上述原则整定的两段式负序定时限过电流保护，例如其定值根据式（7.20）采用0.5I_ef、4s动作于跳闸和0.1I_ef、10s动作于信号，具体应用于导线直接冷却的大容量发电机上，例如A＝4的600mW机组，则保护动作时限特性与发电机允许的负序电流曲线的配合情况亦标示在图7.13中，由图可见：

（1）在曲线ab段内，保护装置的动作时限（4s）大于发电机允许的时间，因此，就可能出现发电机已被破坏而保护尚未动作的情况；

（2）在曲线bc段内，保护装置的动作时限短于发电机的允许时间，从发电机能继续安全运行的角度来看，在不该切除的时候就将它切除了，因此，没有充分利用发电机本身所具有的承受负序电流的能力；

（3）在曲线cd段内，是靠保护装置动作发出信号，然后由值班人员来处理的时间。但当出现的负序电流靠近c点附近时，发电机所允许的时间与保护装置动作的时间实际相差很小，因此，就有可能发生保护给出信号后，值班人员还未来得及处理，而发电机受害已超过了允许时间。由此可见，在cd段内只动作于发出信号也并不能达到安全的目的；

（4）在曲线的de段内，保护根本不反应。

由以上分析可以看出：两段式负序定时限过电流保护的动作特性与发电机允许的负序电流曲线不能很好地配合。此外，它也不能反应负序电流变化时发电机转子的热积累过程，例如当出现负序电流连续升降或在较大的负序电流下持续一段时间后、又降低到比较小的数值等情况时，都可能使转子遭受损坏，而保护时段内的时间继电器却来不及动作。

因此，为防止发电机转子遭受负序电流的损坏，在100mW以上、A＜10的发电机上应装设能够模拟发电机允许负序电流曲线的负序反时限过电流保护。