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发电机纵差动保护的原理及应用分析
发布时间:发电机纵差动保护的原理及应用分析

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  发电机纵差动保护的原理及应用分析 【摘要】 发电机内部短路故障主要是指定子绕组的相间和匝间短路故障,短 路故障发生时将会形成很大的冲击电流, 所产生的的强大电弧将会烧毁定子绕组 绝缘,还有可能引发大型火灾甚至使发电机报废,后果非常严重。故要求安装发 电机纵差动保护作为发电机定子绕组相间、匝间短路故障的主保护,动作于解列 发电机。 【关键词】发电机;纵差动保护;定值整定 一、比率制动式纵差保护工作原理 比率制动式纵差保护的动作电流是在变化的, 它随短路电流的变化而自动变 化,保证外部短路故障不误动的同时又对内部短路故障有很高的灵敏度。 以发电机一相为例, 规定一次电流流入发电机为正方向。当正常运行以及发 生保护区外的故障时,流入差动继电器的差动电流为零,差动继电器将不动作。 当发生发电机内部故障时, 流入差动继电器的差动电流将会出现较大的数值,当 差动电流超过整定值时, 差动继电器判为发生了发电机内部故障而动作于解列发 电机。 1、比较发电机机端与中性点电流的相位和幅值来判断故障点。 (1)当正常运行或外部故障时,I1 和 I2 方向相同,大小相等,差动电流 Id=I1-I2=0;制动电流 Iz=(I1+I2) /2-I。 (2)当区内故障时,I1 和 I2 反方向,差动电流 Id=I1-I2=0 故障电流,与 I1 和 I2 的绝对值的和成正比;制动电流 Iz 与 I1 和 I2 的绝对值的差成正比。 2、为了保证外部故障时装置不误动,故采用比率制动式差动元件,使动作 电流跟着制动电流而变,外部短路电流越大,继电器的动作电流也越大,确保外 部故障时,继电器能够可靠制动。 整定恰当的制动系数能保证区外故障可不误动,区内故障可靠动作。如图 1 中,采用双斜率的动作特性曲线 小些,是考虑到内部短路时有良好的灵 敏度,斜率 2 大些,考虑到区外故障形成的巨大穿越电流会使两侧 TA 饱和程度 不同,同时产生很大差流,提高斜率来提升制动能力,防止外部短路误动。 二、发电机纵差动保护原理 1、发电机纵差动保护动作逻辑关系 由于发电机中性点为非直接接地,当发电机内部发生相间短路故障时,会有 两相或三相的差动继电器同时动作。根据这一特点,在保护逻辑设计时可作相应 的考虑。当两相或三相差动继电器动作时,可判断为发电机内部发生短路故障; 而仅有一相差动继电器动作时,则判断为 TA 断线。为了对付发生一点在区内接 地而另外一点在区外接地引起的短路故障, 当有一相差动继电器动作且同时有负 序电压时也判定为发电机内部短路故障。这种动作逻辑的特点是单相 TA 断线不 会动作,因此可省去专用的 TA 断线闭锁环节,且保护安全可靠。 2、发电机不完全纵差动保护原理 常规纵差动保护引入发电机定子机端和中性点的全部相电流和 ,在定子绕 组同相相间短路时两相电流仍然相等,保护将不能动作。而通常大型发电机每相 定子绕组均为两个或多个并联分支, 若仅引入发电机中性点侧部分分支电流来构 成纵差动保护选择合适的 TA 变比,就能保证正常运行及区外故障时没有差流, 而发生发电机相间与匝间短路时都会形成差流,当大于整定值时,可切除故障。 这种纵差动保护被称为不完全纵差动保护。 不完全纵差动保护可按下列原则选择配置中性点 TA 的个数 a/2≤N≤(a/2)+1 式中 N---中性点侧每相接入纵差动保护的分支数; a---发电机每相的并联的分支总数。 由于发电机不完全纵差动保护仅引入了中性点的部分分支电流, 因此在应用 时要注意以下问题: (1)TA 的误差。发电机机端和中性点 TA 的变比不再相等,不可能使用同 一型号的 TA,因此 TA 引起的不平衡电流将会增加。 (2)误差源增加。除了通常的误差以外,不完全纵差动保护还会存在一些 特别的误差源,如各分支参数的一些微小差异(气隙不对称、电机振动等)引起 的不平衡。 (3)整定值。相对发电机完全纵差动保护而言,由于不完全纵差动保护的 误差增加,在整定时应该考虑适当提高纵差动保护的动作门槛和比率制动系数。 (4)灵敏度。不完全纵差动保护的灵敏度与发电机中性点分支上 TA 的布 置位置及 TA 的个数有密切关系。在应用不完全纵差动前应考虑进行必要的发电 机内部短路故障灵敏度分析与计算。 三、发电机纵差动保护定值整定与实际中应注意的问题 1、纵差动启动电流按躲过最大负荷工况下的不平衡电流整定。最小动作电 流应大于发电机额定负荷运行时的不平衡电流,即 式(3.1) 式中: ----可靠系数,取 1.5; Ie----发电机额定电流; 工程实际一般整定在 0.1-0.2Ie,但若两侧 TA 型号不同,通常取高值,若实 测差动保护中的不平衡电流大于此值,则需对定值进行重新整定。 2、斜率 1 应大于最大正常负荷电流下 TA 误差产生的不平衡电流,通常取 20%。 3、拐点 1 是斜率 1 的终结点,应大于发电机最大正常运行电流。为使区内 故障有高的灵敏度,希望制动电流在 2.0 倍的发电机额定电流以内时,动作特性 斜率不要过大。 4、拐点 2 是过渡区的终点和斜率 2 的起点,应设置为使任一保护用 TA 开 始饱和时的电流值。若保护用 TA 选为 5P20,其饱和电流值很大,而发电机最大 外部短路电流在 6 倍额定电流之内,一般取拐点 6 倍发电机额定电流。 5、实际应用中的注意事项 (1)针对发电机出口带断路器的系统,发电机纵差动保护机端 TA 与主变 纵差动保护 TA 的选择要保证无死区,二者要有有交叉。当发电机检修且主变带 厂用电运行时,禁止在主变纵差动保护的发电机机端侧 TA 通电,否则主变纵差 动保护将会因试验电流而误动。 (2)按规定应定期检测发电机纵差动保护的不平衡电流,一旦其有增大趋 势,应马上检查,分析原因,并做相应处理。 参考文献 [1]天津大学.电力系统继电保护原理.北京:电力工业出版社,1980. [2]刘学军.继电保护原理.北京:中国电力出版社,2007. [3]王爱琴.大型发