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摘要：纵差保护作为发电机的主保护，能否正确动作直接影响到主设备的安全和系统的稳定运行。本篇主要介绍发电机纵差保护的分类及结合李家峡水电站发电机组纵差保护进行实际分析，并简述在安装及调试过程中所必须注意的事项以及防止保护误动的措施。
关键词：纵动保护；注意事项；防止误动的措施
【中图分类号】 TM774 【文献标识码】 A 【文章编号】 1671-1297（2013）03-0361-02
一 概述
纵差保护是发电机内部相间短路的主保护。因此，它不仅能快速而灵敏的切除内部所发生的故障。同时，在正常运行及外部故障时，又能保证动作的选择性和工作的可靠性。
李家峡水电站作为黄河上水电资源滚动开发的母体电站，共安装4台单机容量400MW的水轮发电机组，每台机组配一套南瑞RCS985系列数字式发电机变压器组保护装置；一套南自DGT801系列数字式发电机变压器组保护装置。DGT801系列数字式发电机变压器组保护装置都有独创的双CPU并行处理技术，若一个保护CPU系统出现故障，另一套CPU系统可独立运行，以保证设备的安全可靠运行。
二 发电机纵差保护的分类
1.按输入电流的不同分类。发电机差动保护由三个分相差动元件构成。若按由差动元件两侧输入电流的不同进行分类，可以分成完全纵差保护和不完全保护两类。其交流接入回路分别如图1（a）和图1（b）所示。
图1（a） 图1（b）
在图1中：Ja、Jb、Jc-分别为发电机A、B、C三相的差动元件；A、B、C-发电机三相输入端子。
由图1可以看出，发电机完全纵差保护与不完全纵差保护的区别是：对于完全纵差保护，在发电机中性点侧，输入到差动元件的电流为每相的全电流，而不完全差动保护，由中性点输入到差动元件的电流为每相定子绕组某一分支的电流。
2.按制动方式分类。为确保区外故障时纵差保护可靠不动作，在差动元件中设置有制动量。按制动方式分类，差动保护可分为比率制动式和标积制动方式。
3.按出口方式分类。目前，发电机纵差保护均采用由三个差动元件构成的分相差动保护。由于发电机电压系统系小电流接地系统，故保护出口既可以采用单相出口方式，也可以采用循环闭锁出口方式。
所谓循环闭锁出口方式，是指：在三个相差动元件中，只有二个或三个元件动作后，保护才作用于出口。另外，为防止发电机两相接地（一个接地点在差动保护区内，另一个接地点在差动保护区外）短路时差动保护拒绝出口，一般采用由负序电压元件去解除循环闭锁措施。此时，当负序电压元件动作之后，只要有一相差动元件动作，保护就作用于出口。
三 李家峽水电站纵差保护分析
1.发电机保护的类型及出口方式。发电机保护采用的是不完全纵差保护，它不仅能反映相间短路和匝间短路，又兼顾分支开焊故障，其基本原理是利用定子各分支绕组间的互感，使未装设互感器的分支发生短路时，不完全纵差仍可能动作。出口方式采用单相差动出口方式，出口逻辑图如下：
图2 单相出口方式发电机纵差保护逻辑框图
2.动作特性。李家峡水电站的不完全纵差保护采用比率制动式原理，其动作特性均二部分组成：即无制动部分和比率制动部分。这种动作特性的优点是：在区内故障电流小时，它具有较高的动作灵敏度；而在区外故障时，它具有较强的躲过暂态不平衡差流的能力。
（a）.动作方程
式中： ID——差动电流，完全纵差：，不完全纵差：；
Iz——制动电流，完全纵差：，不完全纵差：，
Kz——比率制动系数
Ig——拐点电流，开始起制动作时的最小制动电流；
Iq——初始动作电流；
——分别为中性点及机端差动TA的二次电流；
K——分支系数，由中性点流入差动TA的电流与中性点全电流的比值；
3.定值整定。
（1）启动电流。李家峡发电机不完全纵差用电流互感器为LMZB-20级，为保证在发电机最大负荷工况下纵差保护不误动，应使启动电流 大于最大负荷时的不平衡电流。根据《导则》书中可得启动电流的计算公式为：
式中：Krel——可靠系数，取1.5；
Ign——发电机额定电流；
Iunb.0——发电机额定负荷状态下，实测差动保护中的不平衡电流.
根据《导则》第三页Iq实际可取Iq=（0.3～0.4）Ign/na， 选择Iq=0.3Ign/na其中Ign/na=3.96A（根据发电机的额定功率、额定电压、差动CT变比、发电机额定功率因数进行计算得来），所以Iq=0.3Ign/na=1.19A，但也可以根据Iq=Krel×2×0.03Ign/na=0.09Ign/na=0.09×3.96=0.36A ，然后取两者中的最大值得Iq=1.19A。
（2）拐点电流Ig。 根据《导则》，定子电流小于或等于额定电流的时候，差动保护不必具有制动特性， 按躲过外部故障切除后的暂态过程中产生的最大不平衡差流整定，因此拐点电流的计算公式如下：
Ig=（0.5～0.8）Ign/na；
取Ig=0.8×3.96=3.168≈03.17A
式中： Ig——发电机额定电流；折算到二次侧为3.96A
备注：拐点电流Ig的大小有继电保护制造厂家的产品决定，设计或运行单位一般不做调整.当Ig>Ign/na时，应调整保护内部参数，使其满足要求.
（3）制动系数S。根据《导则》，S应按躲过发电机区外三相短路时产生的最大暂态不平衡差流来整定。通常，对发电机完全差动：S=0.3～0.5。对于不完全纵差保护，当两侧差动TA型号不同时，取S=0.5，以躲过区外故障因两侧TA暂态特性不同及转子偏心而造成的不平衡差流等。因此，根据李家峡水电站发电机机端侧、中性点测TA变比不同，且为不完全差动接线方式，最终取S=0.5。 （4）差动速断倍数Is。根据《DGT801发电机保护装置技术说明书》，对于发电机的差动速断，其作用相当与差动高定值，应按躲过区外三相短路时产生的最大不平衡差流来整定. 《DGT801发电机保护装置技术说明书》中建议对差动速断倍数取为额定电流的4～8倍，这里取Is=4倍。
（5）解除CT断线功能差流倍数Ict。 对于发电机，其机端及中性点侧配置的CT变比都非常大，如果CT二次回路开路会引起很高的开路电压，危及设备及人身安全，因此采用CT断线不闭锁差动保护。
4.分支系数K及 、 计算。
机端侧TA变比为19000/8，中性点TA变比为9000/5，分支系数K满足如下公式：
IT*18000/5=K*0.5*IN*9000/5，IT=IN，计算得K=1。
对于不完全纵差：
。
四 安装调试过程中应注意的问题及防止保护误动的措施
1.对使用的电流互感器要严格把关。发电机差动保护所用的尾端和出口断路器处的两组电流互感器要选用一个厂家的，且型号、性能要完全相同，三相变比必须相同，并尽量使用D级铁心电流互感器。
2.保护接线必须正确。任意一相极性接反，都会产生不平衡电流而使保护误动作。
3.保护装置需具有抗CT饱和能力。电力系统严重故障时，包括区内区外故障，故障电流非常大，CT将严重饱和。有时短路电流中含有非周期衰减分量，CT饱和也会产生。上述情况下，CT传变特性变差。或其他原因导致CT回路饱和程度不一致，区外故障时差动保护的差电流加大，按正常比率制动特性将可能制动不住，产生误动。而区内故障时由于CT传变不精确，饱和产生波形畸变，差动保护也有可能被误闭锁。所以对继电保护装置采取措施，避开暂态饱和的影响。
4.CT二次绕组只允许一点接地。《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》（试行）继电保护专业重点施实要求规定：公用电流互感器二次繞组二次回路只允许、且必须在相关保柜屏内一点接地。独立的、与其他电压互感器和电流互感器的二次回路没有电气联系的二次回路应在开关场一点接地。这样作主要是为了避免TA的一、二次绝缘损坏，故障电流经二次电缆流经主控制室接地网。
5.采用微机式保护，主要有采样瞬时值和基波相量纵差动保护。采用微机式的发电机纵差动保护要防止干扰的影响，保护装置要有稳定、可靠的接地，主要是装置机壳应接地，若制造厂家无特殊要求，其接地电阻不宜大于1Ω。其次是装置内部的数字、模拟、功率、屏蔽等单元，为防止电场和磁场的干扰，必须使用带屏蔽型的二次控制电缆，装置机壳使用铁质材料。
6.为确保差动保护动作的灵敏度，应确保电流互感器二次回路断线时不误动作。在差动保护接线中引入平衡线圈，即将差动线圈接在差动回路里相应的相线上，三个平衡线圈串联在中性线回路中，并与差动线圈反极性连接。这样，当任一根差动回路的连接导线断线时，断线相上的一个差动线圈和三个平衡线圈均有电流通过，由于断线相的差动线圈与其平衡线圈是反极性连接的，其产生的磁通互相抵消，故差动保护不会因断线而误动作。
7.保护装置的投切、更换必须做预防性试验，还要对发电机组的二次回路进行检查。试验时要测试差动保护二次回路的直流电阻，检查其接线是否牢固，回路接线是否正确。
8.发生发电机组差动保护动作跳闸后，不得轻易进行试送电，要认真检查保护范围内的所有设备。先从外部检查，查看一次设备外部有无明显的短路现象，查看二次回路接线、极性有无明显的接线错误，再用检测设备进行预防性试验，检查发电机内部是否有匝间短路现象，发电机引出部分有无短路现象存在。
五 结束语
发电机的安全运行对电力系统的稳定运行起着决定性的作用，纵差保护能否正确动作将直接影响到电力系统，所以我们在安装和调试过程中，一定要仔细作好每一步，防止保护拒动及误动。
参考文献
[1]电流互感器和电压互感器选择及计算导则[S].中国电力出版社，2005.2
[2]刘爱玉.发电机差动保护误动原因分析[J].科技经济市场，2007.8
[3]贺家李.电力系统继电保护原理[M].中国电力出版社，2010.6
[4]林全.李家峡水电站发电机及变压器保护整定计算书[M].2010.9
[5]王维检.大型发电机变压器继电保护应用[M].2005.1
关键词：纵动保护；注意事项；防止误动的措施
【中图分类号】 TM774 【文献标识码】 A 【文章编号】 1671-1297（2013）03-0361-02
一 概述
纵差保护是发电机内部相间短路的主保护。因此，它不仅能快速而灵敏的切除内部所发生的故障。同时，在正常运行及外部故障时，又能保证动作的选择性和工作的可靠性。
李家峡水电站作为黄河上水电资源滚动开发的母体电站，共安装4台单机容量400MW的水轮发电机组，每台机组配一套南瑞RCS985系列数字式发电机变压器组保护装置；一套南自DGT801系列数字式发电机变压器组保护装置。DGT801系列数字式发电机变压器组保护装置都有独创的双CPU并行处理技术，若一个保护CPU系统出现故障，另一套CPU系统可独立运行，以保证设备的安全可靠运行。
二 发电机纵差保护的分类
1.按输入电流的不同分类。发电机差动保护由三个分相差动元件构成。若按由差动元件两侧输入电流的不同进行分类，可以分成完全纵差保护和不完全保护两类。其交流接入回路分别如图1（a）和图1（b）所示。
图1（a） 图1（b）
在图1中：Ja、Jb、Jc-分别为发电机A、B、C三相的差动元件；A、B、C-发电机三相输入端子。
由图1可以看出，发电机完全纵差保护与不完全纵差保护的区别是：对于完全纵差保护，在发电机中性点侧，输入到差动元件的电流为每相的全电流，而不完全差动保护，由中性点输入到差动元件的电流为每相定子绕组某一分支的电流。
2.按制动方式分类。为确保区外故障时纵差保护可靠不动作，在差动元件中设置有制动量。按制动方式分类，差动保护可分为比率制动式和标积制动方式。
3.按出口方式分类。目前，发电机纵差保护均采用由三个差动元件构成的分相差动保护。由于发电机电压系统系小电流接地系统，故保护出口既可以采用单相出口方式，也可以采用循环闭锁出口方式。
所谓循环闭锁出口方式，是指：在三个相差动元件中，只有二个或三个元件动作后，保护才作用于出口。另外，为防止发电机两相接地（一个接地点在差动保护区内，另一个接地点在差动保护区外）短路时差动保护拒绝出口，一般采用由负序电压元件去解除循环闭锁措施。此时，当负序电压元件动作之后，只要有一相差动元件动作，保护就作用于出口。
三 李家峽水电站纵差保护分析
1.发电机保护的类型及出口方式。发电机保护采用的是不完全纵差保护，它不仅能反映相间短路和匝间短路，又兼顾分支开焊故障，其基本原理是利用定子各分支绕组间的互感，使未装设互感器的分支发生短路时，不完全纵差仍可能动作。出口方式采用单相差动出口方式，出口逻辑图如下：
图2 单相出口方式发电机纵差保护逻辑框图
2.动作特性。李家峡水电站的不完全纵差保护采用比率制动式原理，其动作特性均二部分组成：即无制动部分和比率制动部分。这种动作特性的优点是：在区内故障电流小时，它具有较高的动作灵敏度；而在区外故障时，它具有较强的躲过暂态不平衡差流的能力。
（a）.动作方程
式中： ID——差动电流，完全纵差：，不完全纵差：；
Iz——制动电流，完全纵差：，不完全纵差：，
Kz——比率制动系数
Ig——拐点电流，开始起制动作时的最小制动电流；
Iq——初始动作电流；
——分别为中性点及机端差动TA的二次电流；
K——分支系数，由中性点流入差动TA的电流与中性点全电流的比值；
3.定值整定。
（1）启动电流。李家峡发电机不完全纵差用电流互感器为LMZB-20级，为保证在发电机最大负荷工况下纵差保护不误动，应使启动电流 大于最大负荷时的不平衡电流。根据《导则》书中可得启动电流的计算公式为：
式中：Krel——可靠系数，取1.5；
Ign——发电机额定电流；
Iunb.0——发电机额定负荷状态下，实测差动保护中的不平衡电流.
根据《导则》第三页Iq实际可取Iq=（0.3～0.4）Ign/na， 选择Iq=0.3Ign/na其中Ign/na=3.96A（根据发电机的额定功率、额定电压、差动CT变比、发电机额定功率因数进行计算得来），所以Iq=0.3Ign/na=1.19A，但也可以根据Iq=Krel×2×0.03Ign/na=0.09Ign/na=0.09×3.96=0.36A ，然后取两者中的最大值得Iq=1.19A。
（2）拐点电流Ig。 根据《导则》，定子电流小于或等于额定电流的时候，差动保护不必具有制动特性， 按躲过外部故障切除后的暂态过程中产生的最大不平衡差流整定，因此拐点电流的计算公式如下：
Ig=（0.5～0.8）Ign/na；
取Ig=0.8×3.96=3.168≈03.17A
式中： Ig——发电机额定电流；折算到二次侧为3.96A
备注：拐点电流Ig的大小有继电保护制造厂家的产品决定，设计或运行单位一般不做调整.当Ig>Ign/na时，应调整保护内部参数，使其满足要求.
（3）制动系数S。根据《导则》，S应按躲过发电机区外三相短路时产生的最大暂态不平衡差流来整定。通常，对发电机完全差动：S=0.3～0.5。对于不完全纵差保护，当两侧差动TA型号不同时，取S=0.5，以躲过区外故障因两侧TA暂态特性不同及转子偏心而造成的不平衡差流等。因此，根据李家峡水电站发电机机端侧、中性点测TA变比不同，且为不完全差动接线方式，最终取S=0.5。 （4）差动速断倍数Is。根据《DGT801发电机保护装置技术说明书》，对于发电机的差动速断，其作用相当与差动高定值，应按躲过区外三相短路时产生的最大不平衡差流来整定. 《DGT801发电机保护装置技术说明书》中建议对差动速断倍数取为额定电流的4～8倍，这里取Is=4倍。
（5）解除CT断线功能差流倍数Ict。 对于发电机，其机端及中性点侧配置的CT变比都非常大，如果CT二次回路开路会引起很高的开路电压，危及设备及人身安全，因此采用CT断线不闭锁差动保护。
4.分支系数K及 、 计算。
机端侧TA变比为19000/8，中性点TA变比为9000/5，分支系数K满足如下公式：
IT*18000/5=K*0.5*IN*9000/5，IT=IN，计算得K=1。
对于不完全纵差：
。
四 安装调试过程中应注意的问题及防止保护误动的措施
1.对使用的电流互感器要严格把关。发电机差动保护所用的尾端和出口断路器处的两组电流互感器要选用一个厂家的，且型号、性能要完全相同，三相变比必须相同，并尽量使用D级铁心电流互感器。
2.保护接线必须正确。任意一相极性接反，都会产生不平衡电流而使保护误动作。
3.保护装置需具有抗CT饱和能力。电力系统严重故障时，包括区内区外故障，故障电流非常大，CT将严重饱和。有时短路电流中含有非周期衰减分量，CT饱和也会产生。上述情况下，CT传变特性变差。或其他原因导致CT回路饱和程度不一致，区外故障时差动保护的差电流加大，按正常比率制动特性将可能制动不住，产生误动。而区内故障时由于CT传变不精确，饱和产生波形畸变，差动保护也有可能被误闭锁。所以对继电保护装置采取措施，避开暂态饱和的影响。
4.CT二次绕组只允许一点接地。《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》（试行）继电保护专业重点施实要求规定：公用电流互感器二次繞组二次回路只允许、且必须在相关保柜屏内一点接地。独立的、与其他电压互感器和电流互感器的二次回路没有电气联系的二次回路应在开关场一点接地。这样作主要是为了避免TA的一、二次绝缘损坏，故障电流经二次电缆流经主控制室接地网。
5.采用微机式保护，主要有采样瞬时值和基波相量纵差动保护。采用微机式的发电机纵差动保护要防止干扰的影响，保护装置要有稳定、可靠的接地，主要是装置机壳应接地，若制造厂家无特殊要求，其接地电阻不宜大于1Ω。其次是装置内部的数字、模拟、功率、屏蔽等单元，为防止电场和磁场的干扰，必须使用带屏蔽型的二次控制电缆，装置机壳使用铁质材料。
6.为确保差动保护动作的灵敏度，应确保电流互感器二次回路断线时不误动作。在差动保护接线中引入平衡线圈，即将差动线圈接在差动回路里相应的相线上，三个平衡线圈串联在中性线回路中，并与差动线圈反极性连接。这样，当任一根差动回路的连接导线断线时，断线相上的一个差动线圈和三个平衡线圈均有电流通过，由于断线相的差动线圈与其平衡线圈是反极性连接的，其产生的磁通互相抵消，故差动保护不会因断线而误动作。
7.保护装置的投切、更换必须做预防性试验，还要对发电机组的二次回路进行检查。试验时要测试差动保护二次回路的直流电阻，检查其接线是否牢固，回路接线是否正确。
8.发生发电机组差动保护动作跳闸后，不得轻易进行试送电，要认真检查保护范围内的所有设备。先从外部检查，查看一次设备外部有无明显的短路现象，查看二次回路接线、极性有无明显的接线错误，再用检测设备进行预防性试验，检查发电机内部是否有匝间短路现象，发电机引出部分有无短路现象存在。
五 结束语
发电机的安全运行对电力系统的稳定运行起着决定性的作用，纵差保护能否正确动作将直接影响到电力系统，所以我们在安装和调试过程中，一定要仔细作好每一步，防止保护拒动及误动。
参考文献
[1]电流互感器和电压互感器选择及计算导则[S].中国电力出版社，2005.2
[2]刘爱玉.发电机差动保护误动原因分析[J].科技经济市场，2007.8
[3]贺家李.电力系统继电保护原理[M].中国电力出版社，2010.6
[4]林全.李家峡水电站发电机及变压器保护整定计算书[M].2010.9
[5]王维检.大型发电机变压器继电保护应用[M].2005.1