发电机相间短路后备保护及负序电流保护优化方案

1.发电机相间短路后备保护

与变压器相同，发电机也应配置后备保护作为本身主保护的近后备保护以及相邻元件保护的远后备保护，由于升压变低压侧为三角形接线，外部发生接地故障时无零序电流进入发电机，发电机不需要配置接地故障后备保护。

针对如下情况，发电机应配置相间短路的后备保护：

(1)发电机外部故障，而故障元件的保护或断路器拒动时。

(2)发电机电压母线上发生短路而该母线又末装设专用保护时。

(3)发电机内部发生相间短路，纵差动保护拒动时。

发电机的后备保护原理与变压器相同，可采用低电压或复合电压起动的过电流保护或负序电流保护、阻抗保护，一般采用负序电流保护，300MW 及以上机组推荐采用阻抗保护。兼起转于表层过热主保护作用。

如果是发变组接线，可以只配置一套发变组相间短路后备保护；若发变组差动保护配置双重化，相间短路后备保护主要考虑对相邻元件保护起远后备作用，可以适当简化。

2.发电机的负序电流保护

(1)负序过电流危害。当电力系统中发生不对称短路或在正常运行情况下三相负荷不平衡时，在发电机定子绕组中将出现负序电流。负序电流在发电机空气隙中建立的负序旋转磁场与转子相对运动速度为二倍的同步转速，因此将在转子绕组、阻尼绕组以及转子铁芯等部件上感应出100Hz的倍频电流，产生附加的涡流发热；由于集肤效应，倍频电流主要导致转子表层发热，称为转子表层过负荷 (过热)。倍频电流使得转子上电流密度很大的某些部位(如转子端部、护环内表面等)，可能出现局部的灼伤，甚至可能使扩环受热松脱，从而导致发电机的重大事故。此外，负序气隙旋转磁场与转子电流之间，以及正序气隙旋转磁场与定子负序电流之间所产生的100Hz交变电磁转矩，同时作用在转子大轴和定子机座上，引起100Hz的振动，影响发电机安全。

负序电流在转子中所引起的发热量，正比于负序电流的平方及所持续时间的乘积。在最严重的情况下，假设发电机转子为绝热体 (即不向周围散热)，即不使转子过热所允许的负序电流和时间的关系。可用式(7-16)表示

式中　——流经发电机的负序电流(以发电机额定电流为基值的标么值)；(www.xing528.com)

t——i2*所持续的时间；

——在时间t内的平均值(以发电机额定电流为基准的标么值)；

A——与发电机型式和冷却方式有关的常数。

图7-23　发电机允许负序电流持续时间图

关于A 的数值，应采用制造厂所提供的数据。其参考值为对凸极式发电机或调相机可取A=40；对于空气或氢气表面冷却的隐极式发电机可取A=30；对于导线直接冷却的100～300MW 汽轮发电机可取A=6～15等数值。随着发电机组容量的不断增大，它所允许的承受负序过负荷的能力也随之下降，例如，600MW 汽轮发电机A 的设计值为4。发电机允许负序电流与持续时间的关系如图7-23所示。

(2)发电机的负序电流保护。发电机的负序电流保护以定子负序电流构成保护判据，由两部分组成，即定时限过负荷保护与反时限过流保护。因为，设置定子负序电流保护目的是防止转子表层过热，负序电流保护也称为转子表层过负荷保护。

定时限过负荷保护躲过发电机允许长期运行的负序电流，一般动作值取0.1IN.G，保护动作经5～10s延时发告警信号。

反时限过流保护动作经延时跳闸，动作时间特性与发电机允许的负序电流曲线配合，保证发电机定子负序电流引起的转子发热不超过允许值。

为了使转子不致过热，应为

式中　α——考虑到转子的散热条件的修正常数。