縱聯(lián)差動保護(hù)原理

1、、發(fā)電機(jī)相間短路的縱聯(lián)差動保護(hù)將發(fā)電機(jī)兩側(cè)變比和型號相同的電流互感器二次側(cè)圖示極性端縱向連接起來，差動繼電器KD接于其差回路中，當(dāng)正常運(yùn)行或外部故障時,I1與I2反向流入，KD的電流為厶-厶=I-廠心0，故KD不會動作。當(dāng)在保護(hù)nn12TA1TA2區(qū)內(nèi)K2區(qū)內(nèi)K2點(diǎn)故障時,I1與I2同向流入，KD的電流為：1+=1+=I+nn1TA1TA2TAIf=k22n當(dāng)大于KD的整定值時，即I-I=KKfl（3）/n工n1unbmaxstunpikmaxTATA0,KD動作。這里需要指出的是：上面的討論是在理想情況下進(jìn)行的，實(shí)際上兩側(cè)的電流互感器的特性（勵磁特性、飽和特性）不可能完全一致，誤差也不一樣，

2、即nTA1nTA2,正常運(yùn)行及外部故障時，仃2lsetnTA，總有一定量值的電流流入KD,此電流稱為不平衡電流，用lunb表示。通常，在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時，此電流很小，當(dāng)外部故障時，由于短路電流的作用，TA的誤差增大，再加上短路電流中非周期分量的影響，lunb增大，一般外部短路電流越大，lunb就可能越大，其最大值可達(dá)：IIbrkbrk.minIK（IIIK（IIoporkbrk.minop.minbrkbrk.min式中，K為制動特性曲線的斜率（也稱為制動系數(shù)）。TATA在圖(a)中，選取W1=W2=,DKB1、DKB2二次繞組匝數(shù)相同a。11(I+/)制動電流：brk212I=I，I差動回路

3、電流：op1212n當(dāng)外部短路時，TA，制動電流為1112n當(dāng)外部短路時，TA，制動電流為11I=(I-+1，)Kbrk212nTA動作電流I=I一I-為D-12,，保護(hù)不動作。12則當(dāng)正常運(yùn)行時，nTAbrk二(II)212nbrk.minol打當(dāng)IbrkW,可以認(rèn)為無制動作用，在此范圍內(nèi)有最小動作電流為，而此時I=I、一I，匕0op12，保護(hù)不動作。1I,I，工|,1=(+1)當(dāng)內(nèi)部故障時，I2反向且I1I2，則brk212為兩側(cè)短路電流之差，數(shù)值小，而op12nk1兩側(cè)短路電流之差，數(shù)值小，而op12nk1TA大，保護(hù)能動作。IIr特別是當(dāng)12時，Ibrk=0,此時，只需取)保護(hù)就能動作

4、，保護(hù)靈敏度大大提高了。1I-0,II,II-當(dāng)2brk21op1，保護(hù)也能動作。二、發(fā)電機(jī)定子繞組的橫聯(lián)差動電流保護(hù)當(dāng)發(fā)生任何一種定子繞組的匝間短路時，有一短路電流流進(jìn)兩中性點(diǎn)連線00上，這是由于A、B、C三相對中性點(diǎn)之間的電勢平衡被破壞，則兩中性點(diǎn)的電位不等之緣故。利用流入兩中性點(diǎn)連線的零序電流，構(gòu)成單繼電器式橫聯(lián)差動保護(hù)。即在兩分支繞組的中性點(diǎn)的連線上裝一只電流互感器，保護(hù)就裝在此電流互感器的二次側(cè)。當(dāng)正常運(yùn)行時，每個并聯(lián)分支的電勢是相等的，三相電勢是平衡的，則兩中性點(diǎn)無電壓差，連線上無電流流過（或只有數(shù)值較小的不平衡電流），保護(hù)不會動作。當(dāng)發(fā)生任何一種類型的匝間短路時，兩中性點(diǎn)的連線有

5、零序電流通過，保護(hù)反應(yīng)于這一電流而動作。這就是發(fā)電機(jī)橫聯(lián)差動保護(hù)的原理。由于發(fā)電機(jī)電流波形即使是在正常運(yùn)行時也不是純粹的正弦波，尤其是當(dāng)外部故障時，波形畸變較嚴(yán)重，從而在中性點(diǎn)的連線上出現(xiàn)以三次諧波為主的高次諧波分量，給保護(hù)的正常工作造成影響，為此，保護(hù)裝設(shè)了三次諧波濾過器，消除其影響，從而提高保護(hù)的靈敏度。ABC橫聯(lián)差動保護(hù)原理圖轉(zhuǎn)子回路發(fā)生兩點(diǎn)接地故障時，轉(zhuǎn)子回路的磁勢平衡被破壞，則在定子繞組并聯(lián)分支中所感應(yīng)的電勢不同，三相電勢平衡被破壞，從而使并聯(lián)分支中性點(diǎn)連線上通過較大的電流，造成橫差動保護(hù)誤動作。若此兩點(diǎn)接地故障是永久性的，則這種動作是允許的（最好是由轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)切除故障，這有利

6、于查找故障），但若兩點(diǎn)接地故障是瞬時性的，則這種動作瞬時切除發(fā)電機(jī)是不允許的。因此，需增設(shè)1s的延時，以躲過瞬時兩點(diǎn)接地故障。也就是當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地時，即將切換至延時回路，為轉(zhuǎn)子永久性兩點(diǎn)接地故障做好動作準(zhǔn)備根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，保護(hù)的動作電流為：OP（0-20-3）In/nTA式中：IN發(fā)電機(jī)的額定電流。這種保護(hù)的靈敏度是較高的。在切除故障時有一定的死區(qū)，即：單相分支匝間短路的a較小時，即短接的匝數(shù)較少時；同相兩分支間匝間短路，且a1=a2，或al與a2差別較小時。對于單“Y”接線的發(fā)電機(jī)，宜采用下列保護(hù)。發(fā)電機(jī)定子繞組的單相接地保護(hù)發(fā)生定子繞組單相接地故障的主要原因是，高速旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)，特別是大

7、型發(fā)電機(jī)（軸向增長）的振動，造成機(jī)械損傷而接地；對于水內(nèi)冷的發(fā)電機(jī)（大型機(jī)組均是采用這種冷卻方式），由于漏水致使定子繞組接地。發(fā)電機(jī)電壓系統(tǒng)定子繞組單相接地時接線如圖（a）所示，設(shè)發(fā)電機(jī)每相定子繞組對地電容為CM,外接每相對地電容為Ct,當(dāng)A相繞組距中性點(diǎn)外單相接地時：aE0A0aE0A0U二E-aEAKAAU二E-aEBKBAU二E-aECKCA3U=E+E+E=3aE0AKBKCK發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地故障示意圖由于電壓互感器二次開口三角形繞組的輸出電壓Umn在正常運(yùn)行時近似為零，而在發(fā)電機(jī)出口端（機(jī)端）單相接地時為Umn=IOOV。因此，當(dāng)故障發(fā)生在OVaVi的位置時，Umn=a1OOV,上

8、式所表示的關(guān)系，在圖中為一直線，零序電壓保護(hù)繼電器的動作電壓應(yīng)躲開正常運(yùn)行時的不平衡電壓（主要是三次諧波電壓），其值為153OV，考慮采用濾過比高的性能良好的三次諧波濾過器后，其動作值可降至51OV，則保護(hù)的死區(qū)為a=。若定子繞組是經(jīng)過渡電阻Rg單相接地時，則死區(qū)更大，這對于大、中型發(fā)電機(jī)是不能允許的，因此，在大、中型發(fā)電機(jī)上應(yīng)裝設(shè)能反映1OO%定子繞組單相接地保護(hù)。三次諧波零序電壓保護(hù)機(jī)端及中性點(diǎn)側(cè)的三次諧波電壓和：1）正常運(yùn)行時的三次諧波電壓正常運(yùn)行時相電勢中會有三次諧波電勢，其等效圖如圖所示。CMU二E2機(jī)端：ssC+C機(jī)端：2C2C+CMtUN中性點(diǎn)端：UC所以，UC+2C所以，NMt

9、當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)高阻抗接地時上式仍然成立當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)高阻抗接地時上式仍然成立2)當(dāng)定子繞組單相接地時的三次諧波電壓當(dāng)定子繞組單相接地時也會有三次諧波電壓，其等效圖如圖(a)所示。U=(1-a)eSU=aeN31-a-SN當(dāng)a當(dāng)a50%時，USIUNIll50%，但若將這種保護(hù)與基波零序電壓保護(hù)共同組合起來，就可以構(gòu)成保護(hù)區(qū)為100的定子繞組單相接地保護(hù)。發(fā)電機(jī)勵磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)切換測量原理保護(hù)方案將一個電阻和電容網(wǎng)絡(luò)接在轉(zhuǎn)子繞組兩端，通過順序切換的方法改變網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，并對三個有關(guān)的支路電流進(jìn)行采樣、記憶進(jìn)行比較，達(dá)到測量勵磁回路對地電阻的目的。如圖所示，電容的作用是消除轉(zhuǎn)子電壓中諧波分量

10、及干擾電壓對繼電器的影響。圖轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)測量網(wǎng)絡(luò)假設(shè)接地故障發(fā)生在轉(zhuǎn)子繞組中部任一點(diǎn)，將轉(zhuǎn)子電壓分為Uf1和Uf2,故障點(diǎn)電阻為RX。UI=f1開關(guān)S1單獨(dú)閉合時，穩(wěn)態(tài)電流1R1+R2+RX經(jīng)采樣保持和整理后在裝置內(nèi)得到與Il成正比的電壓5：同理，開關(guān)S1與S2分別單獨(dú)閉合時，相應(yīng)的有：KUUKI2f222R+R+R13SKUUKI3f2333R+R+R34X取R1=R3=Ra，R2=R4=Rb(Ra、Rb皆為選定的參數(shù)),Kl=K2=K，則上述三式可改寫為：KUU+KI1R+R+R1abXKUU2f22R+RaSKUU2KI3R+R+R3abX可選擇保護(hù)的動作判據(jù)為：U+UU123對于給

11、定的Ra、Rb、RX、K2及K,當(dāng)上式等號成立時，RX便為檢測到的最大接地電阻，若K2取固定值，則改變K可以調(diào)整靈敏性。K2值可根據(jù)靈敏性要求,由式()取等號求出，即裝置動作時對應(yīng)的RX為R仝(2R+R)-(R+R)XKaSab2對于給定的Ra、Rb、RX、K2及K,當(dāng)上式等號成立時，RX便為檢測到的最大接地電阻，若K2取固定值，則改變K可以調(diào)整靈敏性。K2值可根據(jù)靈敏性要求，由式（）取等號求出，即K(2R+R)K=aS2R+R+RabX.max發(fā)電機(jī)勵磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生兩點(diǎn)接地故障，由于故障點(diǎn)流過相當(dāng)大的短路電流，因而會燒傷轉(zhuǎn)子；由于部分繞組被短接，勵磁繞組電流增加，轉(zhuǎn)子可能因過熱而損傷；氣隙磁通失去平衡，會引起機(jī)組劇烈振動，可能因此而造成災(zāi)難性破壞。汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組兩點(diǎn)接地故障，還可能使軸系和汽機(jī)磁化。因此，兩點(diǎn)接地故障的后果是嚴(yán)重的，必須裝設(shè)有效的勵磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)，立即跳閘。勵磁回路兩點(diǎn)接地繼電器可由電橋原理構(gòu)成，其原理接線