差动保护整定计算方法详解

自比率制动差动保护问世以来，各国均采用最小动作电流I_op.min小于额定电流的定值。

1）整定计算应明确差动保护采用何种类型的比率制动差动保护。

2）应明确要求差动保护电流互感器是“电流和”接线还是“电流差”接线。

3）了解电流互感器的型号和特性（最大区外短路电流的稳态和暂态误差情况，区内短路时的饱和情况等）。

1.发电机比率制动差动保护

目前多数发电机还是采用此类差动保护，根据比率制动差动保护的动作特性和动作判据，计算并确定以下定值。

（1）最小动作电流I_op.min的计算

1）按躲过正常最大负荷时的不平衡电流计算：

I_op.min≥K_relI_unb.loa=K_relK_erI_gn=0.09I_gn （5-10）

式中，I_op.min为差动保护的最小动作电流；K_rel为可靠系数，取1.5；I_unb.loa为发电机额定二次电流；K_er为发电机额定负荷电流时TA的误差，取0.06（10P）或0.02（5P）；I_gn为二次额定电流。

2）按躲过区外远处短路电流I_k接近I_gn时的不平衡电流计算。即I_k≈I_gn时暂态不平衡电流为

I_op.min≥K_relI_unb.k=K_relK_apK_ccK_erI_gn=1.5×1.5×1×0.06I_gn=0.135I_gn （5-11）

式中，I_unb.k为远区外最大不平衡电流，I_unb.k=K_apK_ccK_erI_gn；K_ap为非周期分量系数，取1.5～2（因I_k较小，但仍有非周期分量，取1.5）；K_cc为电流互感器同型系数；K_er为电流互感器幅值误差（正常负荷时取6%）。

以上两式可合并为

I_op.min≈（0.1～0.2）I_gn （5-12）

3）按经验公式计算。式（5-12）是发电机差动保护最小动作电流理论的计算值，当两侧用P级TA在远区外短路或电流突变增量时，两侧P级TA的暂态特性不一致，使两侧TA二次电流的幅值、波形、相位差出现较大不一致的畸变，会产生较大附加差动电流，此电流难以用数学公式准确计算，根据运行经验取

I_op.min≈（0.2～0.4）I_gn （5-13）

一般取I_op.min=0.3I_gn。

（2）最小制动电流或拐点电流的计算 最小制动电流为

I_res.min=（0.8～1）I_gn （5-14）

一般取I_res.min=0.8Ign。

（3）最大动作电流I_d.in的计算 按躲过区外短路最大不平衡电流计算，即

I_d.in≥K_relK_apK_ccK_erI_k.max=1.5×2×（0.5～1）×0.1I_k.max=（0.15～0.3）I_gn （5-15）

式中，I_k.max为区外短路时差动回路的最大二次不平衡电流；K_ap为非周期分量系数（因I_k较大，取2）；K_er为电流互感器幅值误差，取10％。

（4）比率制动特性斜率S的计算 即

式中，I_op.max为对应I_d.in时的制动电流。

若发电机次暂态电抗按X″_d=0.16计算，发电机出口区外短路最大短路电流为，则制动系数斜率的计算值。

由以上计算S的结果可知，由于式（5-15）计算外部暂态短路的TA误差太小，故按以上计算值也偏小。在整定计算时为可靠起见，一般采用经验公式，即

S=0.3～0.5 （5-17）

（5）差动保护灵敏系数K_sen的计算 即

式中，I^（2）_k.min为发电机在未并列时出口两相短路时的二次电流（并不表示定子绕组短路的最小电流）；I_d.op为制动电流为0.5I^（2）_k.min时的动作电流。I_d.op用下式计算：

I_d.op=I_op.min+S（I_res-I_res.min） （5-18）

（6）差动电流速断保护动作电流I_d.in的计算。差动速断保护是比率制动差动保护的补充部分，其整定值按主变压器合闸励磁涌流和最大外部短路电流不误动整定，对于大型发电机，根据经验公式一般取

I_d.in=（3～4）I_gn （5-19）

2.发电机第一类变制动系数比率差动保护

由于差动回路内的差电流和短路电流（制动电流）并不成线性关系，采用变制动系数比率制动差动保护更合理，其整定计算原则亦按躲过正常最大负荷电流时的不平衡电流和躲过区外短路时的最大不平衡电流计算。在制动电流较小时，制动系数斜率较小一些；在制动电流较大时，制动系数斜率较大一些，其计算按与比率差动保护类似的经验公式计算。(www.xing528.com)

1）最小动作电流为

I_op.min=（0.2～0.4）I_gn （5-20）

一般取I_op.min=0.3I_gn。

2）第一制动特性斜率S₁为

S₁=0.25～0.3 （5-21）

3）第一拐点电流I_res.min取等于或略小于发电机的额定电流，即

I_res.min=（0.8～1）I_gn （5-22）

4）第二制动特性斜率S₂为

S₂=0.3～0.6 （5-23）

5）第二拐点电流I_res.2应小于区外最大短路电流，取3～4I_gn。

6）差动电流速断动作电流及灵敏度计算与发电机比率制动差动保护相同。

3.发电机第二类变制动系数比率差动保护

第二类变制动系数比率差动保护动作特性的第一段制动特性实际为二次抛物线（其形状接近实际的差电流曲线），在达到躲过区外短路不平衡电流有相同效果的前提下，最小动作电流整定值取的比变斜率制动特性差动保护稍小一些计算。

1）最小动作电流：

I_op.min=（0.2～0.3）I_gn （5-24）

2）最小制动系数K_res1和最大制动系数I_res.2一般分别取：

3）最大制动系数对应的最小制动电流倍数n的计算。厂家设定发电机差动保护的n=4。

4）制动系数斜率增量ΔK_res的计算。由装置自动计算。

5）校核I_gn和发电机区外最大短路电流时能躲过最大不平衡电流。即

当I_res*=1＜n=4时：I_op*=K_resI_res*+I_op.min*=（K_res.1+ΔK_resI_res*）I_res*+I_op.min*≥0.3～0.4

当I_res*=I⁽³⁾_k.max*＞n时：I_op*=K_res2（I_res*-n）+n（K_res1+nΔK_res）+I_op.min*≥（0.3～0.4）I⁽³⁾_k.max* （5-26）

式中，I_res*为发电机区外有最大短路电流时的制动电流相对值。

将选择的I_op.min*、K_res1代入式（5-26），计算值过大或过小时，可适当调整I_op.min*、K_res1的整定值，使其恰好满足式（5-26）的要求，则所选择的I_op.min*、K_res1为合理范围。

6）动作时间、差动速断动作电流及灵敏系数的计算同前。

4.发电机标积制动式比率差动保护

由于标积制动差动保护区外短路具有强制动作用，而区内短路故障无制动或为弱制动，所以可取较小的最小动作电流I_op.min和较小的拐点电流I_res.min及较大的制动特性斜率S。

1）最小制动电流I_op.min的计算。根据经验公式，有

I_op.min=（0.2～0.4）I_gn （5-27）

若制动特性延长线通过原点，一般取I_op.min=（0.15～0.2）I_gn；若制动特性延长线不通过原点，一般取I_op.min=0.3I_gn。

2）最小制动电流或拐点电流I_res.min的计算。一般取

I_res.min=（0.8～1）I_gn （5-28）

3）制动特性斜率S的计算。由于标积制动式比率差动保护在发电机区外短路时有最大的强制作用，在区内故障时，差动保护为弱制动或无制动作用，具有很高的灵敏度，因而可取

S=0.3～0.5（一般取0.45） （5-29）

4）其他参数的整定计算公式与上述1相同。