发电机匝间保护中负序功率元件灵敏角整定和电流取向

发电机匝间保护中负序功率元件灵敏角整定和电流取向

李明鑫

李明鑫河北大唐国际张家口热电有限责任公司

摘要：在实际的运行过程中，保证发电机匝间保护中负序功率元件的灵敏角整定及电流取向的合理性是非常必要的，本文就主要结合发电机匝间保护的运行特点，对其负序功率方向继电器的动作原理进行了简单分析，并分析了发电机匝间保护在各种不同故障情况下的负序功率方向继电器最大灵敏角的整定及电流取向，对于实际的发电机匝间保护的研究具有一定的参考价值。

关键词：发电机匝间保护；负序功率元件；灵敏角整定；电流取向

在发电机的厂家说明书中，对于其匝间保护的负序功率方向继电器的最大灵敏角的整定，通常没有一个明确的规定，并且对于选择负序电流CT是中性点侧还是机端侧，CT极性以及其参考方向等问题，没有予以明确的规定，对于负序功率方向继电器是作为闭锁元件还是启动元件等问题同样没有予以明确说明，这会导致相关的调试人员，在实际的调试工作中，不能对其予以正确的理解，导致调试设置定值时出现错误，出现保护误动等问题，所以，对负序功率方向继电器灵敏角在CT极性明确及选取负序电流CT位置确定的情况下，实施角度整定的分析是非常必要的，本文就主要对此予以简单分析探讨，本次研究中的负序功率元件主要指的是负序功率方向继电器。

一、发电机的匝间短路分析

一旦发电机运行过程中出现匝间短路，其内部会出现横向的负序电势，其中负序电流为发电机机端CT，CT极性指的是发电机指向系统，其参考方向也选择发电机指向系统，其参考方向应该尽量的与实际的CT极性方向保持一致，这对于最大灵敏角度的定值设定具有积极作用，负序电压选择机端PT，那么发电机出现匝间短路故障时的负序网络如图1所示：

图1发生匝间短路时的负序网络图

对上图进行简单分析，表示的含义是：发电机出现匝间短路故障时，其机端所流过的负序电流；表示的含义是：发电机出现匝间短路故障时，相关的故障点到发电机机端的阻抗值；表示的含义是：发电机出现匝间短路故障时，其故障点到发电机的中性点侧的负序阻抗值；表示的含义是：发电机出现匝间短路故障时，发电机内部的负序电压；表示的含义是：发电机出现匝间短路故障时，系统中的负序电压的值。根据上图中所描述的关系，可以得到这样的向量关系式：

上式中，表示阻抗角，其值处于65到80的范围中，通常取其值为75，其向量图如图2所示：

图2发电机出现匝间短路故障时的向量图

在实际的应用中，如果发电机匝间保护负序电压超前负序电流的角度值为75，那么应该将其最大灵敏角的值整定为75，那么发电机运行过程中，一旦出现匝间短路故障，其负序功率方向继电器动作，从而使发电机匝间保护动作出口,该种情形下，如果将负序功率方向继电器的最大灵敏角整定为-105，容易导致匝间保护出现误动作，如果这时负序功率方向元件为闭锁元件，那么应该将其负序功率方向继电器的最大灵敏角整定为-105。

二、发电机的区外发生不对称短路故障

如果系统中出现不对称短路，其负序电流选择发电机机端CT，CT极性为发电机指向系统，其参考方向也取发电机指向系统，负序电压取其机端PT，这时如果出现匝间短路故障，其时序网络图如图3所示：

图3区外不对称短路中的负序网络图

上图中，表示的含义是：发电机的负序阻抗值，根据上图能够得到其向量关系式如下式所示：

其阻抗角的值处于70到80之间，负序电压超前负序电流的角度为-105，根据上文中的分析，灵敏角的整定为75，其负序功率方向继电器不会出现相应的动作，那么其匝间保护被闭锁。

三、发电机的内部相间短路故障

一旦发电机内部出现相间短路，其中性点侧CT极性及机端CT都是发电机指向系统，其参考方向也都选择发电机指向系统，其负序电压选择机端PT，这时出现匝间短路故障时，其负序网络图如图4所示：

图4发电机出现内部相间短路时的负序网络图

上图中，表示的含义是：发电机机端侧的CT负序电流；表示的含义是：流过发电机中性点侧CT的负序电流，依据上图能够得到如下所示的向量关系式：

系统中的负序电压超前流过发电机机端侧的负序电流值为75，那么流过发电机中性点侧CT的负序电流值超前发电机负序电压的值为90，能够得到其向量图如图5所示：

图5

发电机的负序电压超前流过发电机中性点侧CT的负序电流的值近似为-105时，由于负序功率方向继电器的最大灵敏角的整定值为75，如果其负序电流选择发电机中性点侧的CT电流，那么其匝间保护不会出现误动作；如果其负序电流选择发电机机端侧的CT电流，那么就会容易出现匝间保护的误动作。

四、研究结果分析

上文中所讨论的发电机故障中选取CT极性，都是作为发电机指向系统存在，如果其极性全部反向，也就是说，如果选取CT极性为系统指向发电机，其负序功率方向继电器还是作为启动元件存在，其中负序功率方向继电器的最大灵敏角的值应该整定为-105，一旦其运行过程中出现区内的相间短路故障，通过对其向量图进行分析发现，要想有效防止出现匝间保护误动，其CT应该选择中性点侧。一些厂家在将发电机的定子匝间保护作为发电机定子相间短路的后备保护时，在其负序电流的CT选择过程中，和上文中的讨论方向相反。

在实际应用中，到底是将负序功率方向继电器作为闭锁元件还是启动元件，就需要根据实际的情况来进行选择，这两种方式在实际应用中都具有各自的优缺点，如果将其作为闭锁元件，一旦出现区外不对称故障，会由于零序电压继电器动作，导致负序功率继电器来不及闭锁，也可能会在外部故障切除的过程中，由于负序功率继电器的返回快于零序电压继电器，导致其出现保护误动作；如果其作为启动元件存在，一旦在并网之前发生定子绕组的匝间短路，因为其输出负序功率为0，就会导致其出现保护拒动。

通过上文中的分析，能够得到以下的几点结论：（1）由于发电机励磁启动至并网的时间比较短，在其运行过程中，出现匝间短路故障的概率是比较小的，而负荷不平衡、外部不对称故障的发生概率则比较大，所以，其负序功率方向继电器比较适合作为启动元件，并且其最大灵敏角的整定为75,；（2）在实际应用中，应该尽可能的将负序电流的参考方向与真实的CT极性方向保持一致，以便于在计算与调试的过程中，对负序功率方向继电器的最大灵敏角实施整定分析；（3）负序电流的选择过程中，不管是选择中性点侧CT还是机端侧CT，都需要看继电保护装置是否将发电机的匝间保护当做发电机定子相间短路保障的后备保护，如果是，就选择发电机的机端侧CT，如果不是，那么就应该选择发电机中性点侧CT，这样能够有效防止发电机定子出现相间短路故障，对于其匝间保护误动作具有非常重要的防止作用，有利于发电机匝间保护设备的安全稳定运行。

结束语

发电机匝间保护设备的正常运行，对于整个系统运行的安全稳定性具有非常重要的作用，这就需要做好其负序功率元件灵敏角的整定与电流取向工作，本文就主要结合发电机之间保护负序功率元件的实际特点，对其灵敏角的整定及电流取向工作进行了简单分析。

参考文献

[1]林松秋,郭斌.发电机匝间保护中负序功率元件灵敏角整定和电流取向[J].电力系统自动化,2011(10).

[2]林罗波,董毓晖.发电机匝间保护负序功率方向原理分析[J].黑龙江电力,2014(6).