优化电力系统中的发电机纵联差动保护方案

发电机纵联差动保护是发电机定子绕组及其引出线相间短路的主保护。发电机纵联差动保护的原理与短距离输电线路及变压器纵联差动保护的原理相同，这里不再重复叙述。

发电机纵联差动保护的接线（1）

发电机纵联差动保护的接线（2）

1.发电机纵联差动保护的接线

根据接线方式和位置的不同，纵联差动保护可被分为完全纵联差动保护和不完全纵联差动保护，两者的区别是接入发电机中性点的电流不同。

1）完全纵联差动保护

发电机完全纵联差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护。保护接入发电机中性点的全部电流，其逻辑如图5−2−2所示，I M 和 IN分别为发电机机端、中性点侧一次电流的正方向。发电机机端、中性点侧的电流互感器的接线方式均为Y 型接线。

图5−2−2　发电机完全纵联差动保护逻辑

2）不完全纵联差动保护

不完全纵联差动保护也是发电机内部故障的主保护，既能反映发电机或发电机−变压器组（发变组）内部各种相间短路，也能反映匝间短路，并在一定程度上反映分支绕组的开断故障。

由于完全纵联差动保护引入发电机定子机端和中性点两侧全部的相电流，故在定子绕组发生匝间短路时两侧电流仍然相等，保护不能动作。通常大型发电机定子绕组每相均有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与机端电流来构成纵联差动保护，适当选择两侧电流互感器的变比，也可以保证正常运行及区外故障时没有差流，而在发电机相间或匝间短路时均会产生差流，使保护动作切除故障。这种纵联差动保护称为不完全纵联差动保护，其原理接线如图5−2−3所示。

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图5−2−3　发电机不完全纵联差动保护原理接线

（a）中性点侧引出6 个端子；（b）中性点侧引出4 个端子

2.发电机纵联差动保护的整定计算

发电机纵联差动保护定值整定

发电机纵联差动保护一般采用两折线的比率制动特性，因此纵联差动保护的整定计算实质上就是 Id.min、 I res1及K 的整定计算。

1）起动电流 Id.min的整定

起动电流 Id.min的整定原则是躲过发电机额定运行时差动回路中的最大不平衡电流。在发电机额定工况下，在差动回路中产生的不平衡电流主要由纵联差动保护两侧的电流互感器TA 变比误差、二次回路参数及测量误差引起。通常发电机纵联差动保护，可取 Id.min = （0.1～0.3）I N.G，发变组纵联差动保护取（0.3～0.5）I N.G。不完全纵联差动保护尚需考虑发电机每相各分支电流的差异，应适当提高 Id.min的整定值。

2）拐点电流 I res1的整定

拐点电流 I res1的大小，决定保护开始产生制动作用的电流的大小。显然，在起动电流 Id.min及动作特性曲线的斜率K 保持不变的情况下， I res1越小，差动保护的动作区域越小，而制动区越大；反之亦然。因此，拐点电流的大小直接影响差动保护的动作灵敏度。通常拐点电流被整定为Ires.min= （0.5～1.0）I N.G。

3）制动线斜率K 的整定

发电机纵联差动保护特性的校验

发电机纵联差动保护的制动线斜率K 一般可取0.3～0.4。根据规程规定，发电机纵联差动保护的灵敏度是在发电机机端发生两相金属性短路的情况下差动电流和动作电流的比值，要求K sen≥1.5。随着对发电机内部短路分析的进一步深入，对发电机内部发生轻微故障的分析成为可能，可以更多地分析内部发生故障时的保护动作行为，从而更好地选择保护原理和方案。