发电机纵联差动保护原理

纵联差动保护（简称差动保护），是发电机定子绕组及其引出线相间短路的主保护。

差动保护的保护范围：发电机差动保护的两组电流互感器之间的范围，如本文图2中1TA与6TA之间的范围。

差动保护的动作结果：作用于发电机断路器和灭磁开关瞬时跳闸，并宜动作于停机。

发电机差动保护的接线特点：一般采用三相星形接线方式。发电机两侧相同相的电流接入同一只差动继电器，共有三只差动继电器。此外，还装设有差动回路断线保护，当差动回路断线时及时提醒电气值班人员。

一、纵联差动保护的基本知识

发电机纵联差动保护的工作原理是利用发电机中性点侧电流与相同相的发电机出线端的电流之差, 在发电机正常运行时、保护范围外发生相间短路故障时与保护范围内发生相间短路故障时的不同来实现的。图1所示为发电机差动保护工作原理示意图（可点击放大）。

图1 发电机差动保护工作原理图

(a) 正常运行时 (b) 外部短路时 (c) 内部短路时

1、发电机正常运行时

如图1(a)所示，当发电机正常运行时，流过发电机中性点侧电流互感器1TA一次线圈的电流与流过其相同相的出线端电流互感器2TA一次线圈的电流时刻保持大小相等且相位相同。当两侧电流互感器变比等各项参数完全相同，且假设为理想电流互感器时，电流互感器1TA和2TA二次线圈所产生的感应电流和也时刻保持大小相等且相位相同。此时，流过差动继电器KD的电流，差动继电器KD不动作，即差动保护不动作。

2、发电机外部发生短路故障时

如图1(b)所示，当发电机外部发生短路故障（如d1点短路）时，流过发电机中性点侧电流互感器1TA一次线圈的电流与流过其相同相的出线端电流互感器2TA一次线圈的电流虽然比正常运行时大大增加，但仍时刻保持大小相等且相位相同。当两侧电流互感器变比等各项参数完全相同，且假设为理想电流互感器时，电流互感器1TA和2TA二次线圈所产生的感应电流和仍然时刻保持大小相等且相位相同。此时，流过差动继电器KD的电流为，差动继电器KD不动作，即差动保护不动作。

3、发电机内部发生短路故障时

如图1(c)所示，当发电机内部发生短路故障（如d2点短路）时，流过发电机中性点侧电流互感器1TA一次线圈的电流与流过其相同相的出线端电流互感器2TA一次线圈的电流不仅大小不再相等，而且相位也不再相同。此时，电流互感器1TA和2TA二次线圈所产生的感应电流和大小也不再相等，且相位也不再相同。此时，流过差动继电器KD的电流，差动继电器KD动作，即差动保护动作。

上述分析是假设在理想情况下进行的。实际上由于两侧电流互感器不可能完全一样，也不可能是理想的电流互感器，因此即使在流过两侧电流互感器一次线圈电流完全一致的情况下，在他们的二次线圈产生的感应电流也不可能完全一样。在差动保护实际整定计算中要考虑由各种原因引起的误动作。

二、纵联差动保护的原理接线图分析

图2所示为某水电站发电机差动保护原理接线图（可点击放大）。

图2 某水电站发电机差动保护原理接线图

(a) 一次接线简图 (b) 交流电流回路图 (c)保护回路图

图2中，1~3KD为三只DCD-2型差动继电器，KDL为差动回路断线监视继电器，1KS为反映差动保护的信号继电器，1XB为连接片，TB为试验接线盒，KCO为发电机保护出口继电器，1TA为装设在发电机中性点侧的电流互感器，6TA为装设在发电机出线端的电流互感器。

下面以反映A相电流之差的差动继电器1KD为例分析差动保护的动作过程：

如图2(b)所示，流入1KD线圈的电流，其中为中性点侧A相电流互感器的二次电流，为出线端A相电流互感器的二次电流。发电机正常运行时，与大小相等、方向相同，因此，继电器1KD不动作。当发电机内部发生相间短路故障（AB相间或AC相间短路）时与方向相反（大小也不一定相等），因此，保护出口继电器KCO因电压启动线圈加上电压而动作，其三副动合触点闭合，分别接通发电机断路器1QF的跳闸回路，灭磁开关的跳闸回路和主进水阀关闭回路。此外，信号继电器1KS动作，发出信号。

差动继电器2KD、3KD分别反映B、C相中性点侧电流互感器二次电流和出线端电流互感器二次电流之差，其动作过程与1KD相同。

当差动回路（交流电流回路）断线时，假设图2(b)中的回路编号为A461的连接导线断线，这时，，差动回路断线继电器KDL动作，其动合触点（图2中未画出）闭合，发出“差动回路断线”信号。