摘要：本文主要结合由葛洲坝集团机电公司安装和调试及试运行的贵州牛栏江象鼻岭水电站的现场实际，对发电机差动保护的实际动作情况，进行相应的计算和验证，总结试验调试中发电机差动保护的相关知识。
发电机纵差动保护反应发电机定子绕组的两相或三相短路，它是发电机内部相间短路故障的主保护之一，它具有灵明度高，动作时间短，可靠性强的特点，能及时地切除发电机内部绝大部分短路性故障，是发变组保护首选的保护之一。但发电机完全纵差动保护不能反应匝间短路故障，目前象鼻岭水电站采用比率制动式纵差动保护。
一：比率制动式纵差动保护原理
发电机纵差动保护原理与其他差动保护相同，其原理见图1来说明。
图中以某一相为例，规定一次电流I1，I2以流入发电机为正方向。当正常运行以及发电机保护区外发生短路故障时，i1，i2方向相反，即有i1+i2=0，流入差动元件的差动电流id=Ii1+i2I=0（实际约为0，存在不平衡电流）差动元件不动作。当发生发电机内部短路故障时，i1和i2相位相同，即有Ii1+i2I=id，当该差流id超过整定值时，差动元件判为发电机内部发生故障而作用于跳闸。
上述原理中，为防止差动保护在区外时误动作，差动动作电流id，应躲过区外短路时产生的最大不平衡电流，这样差动元件电流将比较大，降低了内部故障时保护的灵敏度，有可能在发电机内部相间短路故障时拒动。为提高内部故障时保护的灵明度和区外短路时不误动这一矛盾，考虑不平衡电流随一次电流的增大而增加的因素，提出了比率制动式纵差动保护，使差动保护动作值随外部短路电流的增大而自动增大。
一般设差动电流id=Ii1+i2I，制动电流ires=Ii1-i2I/2，比率制动式差动保护动作方程：
id≥id.min (ires≤ires.min)
id≥id.min+K(ires-ires.min)
式中：ires.min称为最小制动电流或拐点电流，id.min为最小动作电流或启动电流，
K为比率制动的系数或制动特性直线的斜率。
根据比率制动特性曲线分析，当发电机正常运行或区外较远的地方发生短路时，差动电流接近于零，差动保护不会误动作；而在发电机区内发生短路故障时i1与i2的相位接近相同，差动电流明显增大，制动量减小，从而可以灵明动作。当发电机内部轻微故障时，虽然有符合电流制动，但是制动量比较小，保护一般也能可靠的动作。
二：发电机纵差动保护的动作逻辑
纵差动保护分别从发电机机端和中性点引入三相电流来实现纵差差动保护。其动作逻辑一般分为循环闭锁和单相差动两种方式。
1.单相差动方式动作逻辑
任一相差动保护动作即是出口跳闸。这种方式中配有TA断线检测功能。在TA断线是能瞬间闭锁差动保护，一般经延时发出TA断线信号。单相差动方式保护跳闸出口逻辑图如上图3所示。
2.循环闭锁方式动作逻辑
由于发电机中性点为非直接接地，当发电机区内发生相间短路时，会有两相或三相的差动元件同时动作。当两相或两相以上差动元件动作时，可判断为发电机内部发生短路故障；而仅有一相差动元件动作时，则判为TA断线。循环闭锁方式保护跳闸出口逻辑如图4所示。
为了反应发生一点在区内而另外一点在区外的异地两点接地（此时仅有一相差动元件动作）引起的短路故障，当有一相差动元件动作且同时有负序电压时也判定为发电机内部短路故障。若仅有一相差动保护动作，而无负序电压时，认为时TA断线。这种动作逻辑的特点是单相TA断线不会误动，因此可省去专用的TA断线闭锁环节，且保护安全可靠。
3.发电机比率差动保护动作逻辑
图5所示为象鼻岭水电站发电机比率差动保护的动作逻辑。为防止在区外故障时TA的暂态与稳态饱和可能引起的胃泰比率差动保护误动作，装置采用格策相电流的波形判别作为TA饱和的判据。故障发生时，保护装置先判断出是区内故障还是区外故障；若为区外故障，投入TA饱和闭锁判据；当判为TA饱和时，闭锁比率差动保护。
为避免区内严重故障时TA饱和等因素引起的比率差动延时动作，装置设有一高比例和高启动值的高值比率差动保护，利用其比率制动特性抗区外故障时TA的暂态和稳态饱和，而在区内故障TA饱和时能可靠正确动作。
设有差动速断保护，当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口。
设有带比率制动的差流异常报警功能，开放式瞬时TA断线和短路闭锁功能。通过TA断线闭锁差动控制字来整定选择，瞬时TA断线和短路判别动作后可只发报警信号或闭锁圈闭差动保护。
三：发电机组保护整定计算
根据一下参数：发电机容量137.14MVA 额定电流5027.3A 机端TA变比7500/1（5P20）中线点TA变比7500/1（5P20）
则有
1.发电机额定电流二次值Ign=5027.3/7500/1=0.67A；
2.差动保护中最大不平恒电流Iq=K1*（K2+D）*Ign=1.5*(0.02+0.02)*0.67=0.04A；
K1为可靠系数按装置说明取1.5；
K2为互感器变比误差系数按相关标准5P系列取2*0.01；
D为装置通道调整误差引起的不平衡电流系数取0.02；
在工程实用整定计算中，可选取Iq=（0.2～0.3）*Ign；
本次计算取Iq=0.3*0.67=0.2A装置输入0.3；
3.最小制动电流
根据南方电网发电机继电保护整定计算规程取Iz=（0.2～0.3）*Ign=0.54A
4．比率制动系数
根据南方电网发电机继电保护整定计算规程，按躲过最大外部短路时产生的最大暂态不平衡电流计算。在工程实用整定计算中，可选取K=0.3～0.5。
四：结论
从整体方面来说，差动保护的理论依据是基尔霍夫电流定律，它把被保护的电气设备看成是一个节点，那么正常运行时流入被保护设备的电流和流出的电流时相等的，差动电流等于零；当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流就不相等，差动电流则大于零。据此可以明确的检测到店里设备是否发生了内部故障。当差动电流大于差动保护装置的整定值时，保护动作，将被保护设备各侧的电路起跳开，使故障设备断开电源。差动保护原理简单，实现方便，因而在继电保护等电力元件保护中得到广泛的应用。
本文对象鼻岭水电站发电机差动保护的理论进行了原理上的说明以及对其特点和相关数值进行了演算说明。
随着电力系统开始在高电压等级上广泛采用微机型发变组保护，这是系统发展的要求和方向，微机保护具有技术原理先进，功能模块结构简单，自适应和抗干扰能力强，调试简单方便，适应变电站计算机监控系统要求等优点。随着科技和人工智能的高速发展，电力系统继电保护在多领域的普遍应用，从而使危机继电保护的研究和发展走向更高的层次，微机保护在网络化，智能化和数据通讯上的一体化发展是电力系统未来的发展方向。
在此感谢葛洲坝集团机电公司多年来的培养，感谢与我并肩前行的同事们，你们的支持和合作是我前行的动力！
参考文献
1.高亮主编《发电机组微机继电保护及自动装置》中国电力出版社,2015.
2.许继电气股份公司主编《发电机变压器组成套保护装置》,2015.
3.葛洲坝集团机电试验中心主编《大型水电站电气试验》,2009.
4.陈天翔王寅仲温定筠主编《电气试验》中国电力出版社,2015.
论文作者:王世豪,刘容
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
标签：差动论文; 发电机论文; 电流论文; 动作论文; 故障论文; 比率论文; 区外论文; 《电力设备》2017年第33期论文;