发电机不完全差动保护原理及应用

在大容量汽轮发电机中，由于额定电流很大，其每相都是由两个并联绕组组成的，如图72所示。水轮发电机则更多，三峡电站发电机均为每相5分支，美国大古力第三电站615MVA水轮机组每相有10个并联分支。目前，大中型发电机的内部短路主保护，世界各国无一例外地均采用纵差保护，由于该保护动作判据对大多数被保护设备具有明确的选择性和较高的灵敏度，近百年来始终是主设备内部短路的无可争议的保护方案。然而随着发电机单机容量的增大，它对继电保护的技术要求越来越高。传统纵差保护只对发电机及其引线的相间短路有效。将传统纵差保护的中性点侧互感器改接在每相的部分并联分支绕组中所构成的不完全纵差保护，不仅反映相间短路（灵敏度有时比传统纵差稍低），还能反映匝间短路和分支绕组开焊故障，是大型发电机内部故障的另一种主保护方案，并使发电机孤立运行时机端引线的相间短路有了快速可靠的保护。不完全纵差保护的复杂性在于如何选择装设CT的并联分支，这要通过详细的内部故障计算才能确定。若分支数为n，则差动保护的接线方式共有2n-1种（包括完全纵差），当分支数超过5时，工作量将会很大。因此，在计算并比较各种接线方式的灵敏度时，可以利用存在的一些普遍规律，只对那些重要的接线方式进行比较，这种分析方式不会影响评价结果的可靠性，其原理接线如图73所示，其中的发电机为每相两分支，对A相来说即A1、A2分支。

图72　大型发电机内部接线

图73　不完全差动保护接线

其原理与变压器比率制动纵联差动保护类似，差动动作方程如下

式中　Id——差动电流；

　　　Id.min——差动最小动作电流整定值；

　　　Ir——制动电流；

　　　Ir.min——最小制动电流整定值；

　　　k——比率制动系数。(www.xing528.com)

满足上述两个方程时差动元件动作。电流参考方向如图73所示，中性点侧电流的方向以指向发电机为正方向，发电机出口端以流出发电机为正方向，不完全差动保护的动作电流和制动电流分别定义为

动作电流

制动电流

将它们代入式（76），有

式中　I 1，I 2——机端、中性点电流或中性点侧分支绕组电流；

　　　Kb——分支平衡系数，。

当Kb＝1时，则式（77）即为完全纵联差动的动作方程。图74为某5分支发电机内部短路主保护的示意图，其中不完全差动保护电流由机端电流和1、2、3分支构成，其他保护详见下文介绍。

图74　某5分支发电机内部短路主保护