浅析发电机差动保护装置的工作原理

一、差动保护的基本原理与功能

        发电机差动保护装置是发电机最重要的主保护之一，其核心功能是快速、灵敏地检测发电机内部及其引出线的相间短路故障。该保护装置基于基尔霍夫电流定律工作，通过比较发电机中性点侧和机端侧的电流差异来实现保护功能。

        在正常运行状态下，发电机两侧电流大小相等、相位相反，差动电流几乎为零。当发生内部故障时，这种平衡关系被破坏，产生显著的差动电流，触发保护动作。差动保护的主要优势在于其选择性好、动作速度快，能够有效区分内部故障和外部故障。

二、纵联差动保护（比率制动式）技术分析

        纵联差动保护是发电机差动保护的主要形式，其技术实现包含多个关键环节：

        1. 电流互感器配置：在发电机中性点侧和机端侧分别安装特性匹配的电流互感器（TA），要求两侧TA变比相同、极性正确。TA的精度和暂态特性直接影响保护性能。

        2. 比率制动特性算法：

        - 差动电流计算：I_d = |I₁ + I₂|

        - 制动电流计算：I_r = (|I₁| + |I₂|)/2

        - 动作判据：I_d > K×I_r + I_set

        （其中K为制动系数，I_set为最小动作电流）

        3. 抗饱和措施：采用二次谐波制动、波形识别等技术防止TA饱和导致的误动，同时设置合理的制动系数（通常0.3-0.6）来平衡灵敏度和可靠性。

三、横联差动保护技术实现

        横联差动保护适用于双星形接线的发电机，其技术特点包括：

        1. 中性点连线电流监测：通过中性点连线上的TA检测两个星形绕组之间的不平衡电流，灵敏度可达5-10%的额定电流。

        2. 匝间短路检测：当发生匝间短路时，故障分支与非故障分支电势不平衡，产生环流。保护装置通过检测这一环流实现故障定位。

        3. 与纵联差动的配合：通常与纵联差动保护共同构成完整的发电机内部故障保护体系。

四、差动速断保护的技术特性

        差动速断保护作为后备保护，具有以下技术特征：

        1. 快速动作特性：动作时间通常小于20ms，用于切除严重的内部短路故障。

        2. 高定值设置：动作电流整定值一般为额定电流的4-8倍，避免误动。

        3. 与比率差动的配合：当差流超过速断定值时，不经制动判断直接出口跳闸。

 五、保护装置的整定与校验

        发电机差动保护的整定需要考虑以下技术参数：

        1. 最小动作电流：通常取20-30%额定电流，避开正常运行时的最大不平衡电流。

        2. 制动系数：根据TA特性和系统情况选择，一般取0.3-0.6。

        3. 灵敏度校验：确保在轻微内部故障时保护能可靠动作。

        4. 动态测试：包括模拟区内/区外故障、TA饱和等工况的测试。

总结：发电机差动保护装置的技术实现需要综合考虑保护原理、硬件设计、算法实现和现场应用等多方面因素，通过合理配置和精确整定，才能确保在各种运行工况下都能可靠、快速地切除故障，保障发电机和电力系统的安全稳定运行。