转子二次谐波电流匝间短路保护中的负序功率方向闭锁

当发电机定子绕组匝间短路时，定子绕组产生负序电流。负序电流将产生的负序旋转磁场相对于转子以两倍同步速度旋转，此旋转磁场将在转子绕组感应出二次谐波电流（倍频电流），保护即可反应于此电流而动作。但当发电机外部故障时，也会在转子绕组感应出二次谐波电流，保护也可能动作。

为了防止这种情况的发生，可利用发电机外部故障所产生的负序功率的方向与定子绕组匝间短路所产生负序功率方向的不同来区分这些故障。

（1）故障时的负序功率方向

下面以单“Y”接线发电机为例来进行分析，系统接线如图6.6（a）所示，这里以判断与的夹角来确定负序功率的方向。

①发电机外部横向不对称短路时（如发电机出口处），负序网络如图6.6（b）所示，发电机外部K1点发生两相短路，与的夹角大于0°而小于90°，这时负序功率方向为正。

②发电机内部两相短路时，图6.6（c）中表示发电机内部K2点发生两相短路，因为，φG2≤90°，则与间夹角必大于180°，所以这时的负序功率方向为负。

图6.6　电流互感器在机端时的负序功率方向分析

③发电机定子绕组一相匝间短路时，图6.6（d）表示K3～K4点发生匝间短路，在纵向负序电势作用下，超前的夹角大于180°，所以，这时的负序功率亦为负。

由以上可以看出，发电机匝间短路时和发电机内部两相短路时的负序功率方向是相同的，此时则无法区分这两种故障，但都是动作于跳闸，这是允许的，而外部不对称故障时，负序功率方向则相反。(www.xing528.com)

（2）保护的构成和工作原理

保护的构成如图6.7所示。当发电机定子绕组匝间短路时，短路电流中出现负序电流分量，它所产生的反向旋转磁场在转子回路中感应出以二次谐波为主的高次谐波电流，经二次谐波滤过器3，再经二次谐波电流元件I2n，同时，负序功率方向元件2不动作，即不送出闭锁信号，从而保护无延时地出口送出跳闸脉冲。

当发电机外部不对称短路时，发电机转子回路虽然也出现二次谐波电流，I2n动作，但此时2因短路功率方向与定子绕组匝间短路时负序功率方向相反而动作，即2送出闭锁信号，保护不跳闸。

二次谐波电流启动元件只需按正常工作最大不对称度考虑，一般不对称度取8%，因此，保护的灵敏度很高。由于2从发电机出口侧电流互感器取负序电流，则从前面的分析可知它还能反映发电机内部两相短路故障。

图6.7　负序功率闭锁转子二次谐波匝间短路保护原理方框图

1—负序电流滤过器；2—负序功率方向继电器；3—二次谐波滤过器；I2n—二次谐波电流元件

图6.8　发电机零序电压匝间保护专用电压互感器的接入方式