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摘要：本论文就15MW发电机变压器组单元，在保护要求、设置、原理等方面作了相关探析,旨在从继电技术的运用对提高发电厂主设备安全、稳定性来阐述其重要作用。现行的继电保护技术主要是微机继电保护系统，其速动性能、稳定性能和安全性能等都优于传统的保护技术。
关键词：发电机机组继电保护配置15MW
一、概述
(一)发电机组对继电保护的要求
对于动作跳闸的继电保护，在技术上要求满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。当前，发电机-变压器组单元制接线在各发电厂得到了广泛应用，在单元内每个元件可能出现的故障和不正常运行状态，其继电保护装置应能反应发电机和变压器单独运行时所应该反应的那些故障和不正常运行状态。但由于设备成组连接，中间无断路器和隔离开关，相当于一个工作元件，因此可以将发变组某些性能相同的保护合并成一个对全组公用的保护。这样的结合，可以使发变组单元的继电保护配置变得简单和经济。
（二）发电机组的继电保护配置
发电机组的安全运行对保证电力系统的正常运行和电能质量起着决定性的作用，同时也是十分贵重的电气设备，结构复杂，一旦发生故障遭到破坏，其检修难度较大，检修时间较长，要造成的经济损失非常之大，因此因针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。
1、发变组保护的配置
（1）机组保护可以分为短路保护和异常保护两大类：
1）短路保护：用以反应被保护区域内发生的各种类型的短路故障，这些故障将造成机组的直接破坏，这类保护很重要，所以为防止保护装置或断路器举动，又有主保护和后备保护之分。
2）异常保护：用以反应各种可能给机组造成危害的异常工况，但这些工况不能或不能很快造成机组的直接破坏，这类保护装置，一般都装设一套专用的继电器，不设置后备保护。
（2）发电机的故障有以下几种：
1）定子绕组相间短路；
2）定子绕组一相的匝间短路；
3）定子绕组单相接地故障；
4）转子绕组一点接地或两点接地故障；
5）转子励磁回路励磁电流消失。
（3）发电机不正常运行状态主要有下列几种：
1）由于外部短路引起的定子绕组过流；
2）由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；
3）由外部不对称短路或不对称过负荷而引起的发电机负序过电流和过負荷；
4）由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压；
5）由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷。
6）由于汽轮机主汽门关闭而引起的发电机逆功率。
（4）变压器内部故障主要有以下几种：
1）油箱内部故障包括相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损；
2）油箱外部故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地故障。
（5）变压器的不正常运行状态主要有：
1）由于变压器外部短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；
2）由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因引起的油面下降。
针对上述故障类型和不正常运行状态以及机组的特点，根据中华人民共和国行业标准《继电保护和安全自动装置技术规程》，发变组保护应装设的保护类型有：
（1）定子绕组相间短路
（2）定子绕组接地短路
（3）定子绕组匝间短路
（4）发电机差动保护
（5）定子绕组过电压
（6）定子绕组过负荷
（7）转子绕组过负荷
（8）定子绕组负序过负荷
（9）励磁回路一点及两点接地保护
（10）励磁变压器过流保护
（11）变压器差动保护
（12）变压器瓦斯保护
（13）复压过流保护
2、保护装置的控制对象
各保护装置动作后所控制的对象，依保护装置的性质、选择性要求和故障处理方式的不同而不同，对于发电机变压器组，分别动作于：
（1）全停：关汽机主汽门，跳发变组出口开关，跳灭磁开关、跳厂用分支开关，启动厂用电快切装置、使本机厂用电切换至启备变转带。
（2）切换厂用电：跳厂用分支开关，启动厂用电快切装置、使本机厂用电切换至启备变转带。
二、发-变组继电保护装置的选择
以南京电力自动化厂生产的ND200型微机式发变组保护为例，整套装置分为两个柜，6个CPU，其分配如下：
保护A柜：
ICPU1:基波定子接地保护。
II CPU2:1、转子一点接地；2、转子二点接地；3、复合电压过流保护；4、发电机过负荷（定时限、反时限）。
III CPU3:1、失磁保护；2、负序过流（定时限、反时限）；3、励磁绕组过流。
保护B柜：
ICPU1:1、主变差动保护；2、主变过负荷保护；3、过流启动通风。
II CPU2:主变负荷电压过流保护；
III CPU3:1、主变轻瓦斯；2、主变重瓦斯；3、主变压力释放；4、主变温度高；5、主变冷却器全停。
Ⅳ CPU4:1、厂用分支差动保护；2、厂用分支复压过流保护；3、厂用分支过负荷保护；
Ⅴ NDSCX11三相操作箱：对发变组主开关进行操作。
三、发变组继电保护原理及逻辑
1、发电机定子接地保护
（1）原理：
15MW发电机中性点采用不接地方式运行，因此，发电机定子单相接地具有一般中性点不接地系统单相接地的特点，不同之处在于系统的零序电压将随定子接地的位置而改变。假设A相定子绕组在距中性点a%定子绕组匝数处d点接地，此时，各相对地不对称，三相对地电压的向量和就是系统产生的零序电压，其值为-a%EA，当只考虑零序电压的大小时零序电压UD0=a%U，这个等式表明，系统的零序电压与故障点位置所决定的a%成正比，当机端接地时，a%=1，UD0为故障相的相电压，当中性点接地时，a%=0，UD0为0，相对应的零序电流情形相同。因此，无论是反应零序电压的或零序电流的接地保护均存在死区，死区在中性点附近。我公司采用基波零序电压定子接地保护，是以机端保护PT开口三角的电压作为动作判据。保护范围为除中性点附近外的定子接地的85%-95%，故障点越靠近机端，灵敏性越好。若故障不能及时发现，一种可能是进一步发展成匝间或相间短路，另一种可能是若在其他地方发生接地，则形成两点接地短路。
（2）其动作逻辑如下：
机端零序电压>定值 t/0 全停
2、发电机转子接地保护
（1）原理：
1）转子一点接地保护。转子一点接地不会对发电机构成直接危害，但作用在励磁系统对地绝缘介质上的电压升高，因而可能在绝缘薄弱环节处导致第二点接地。要求保护能反映任一点发生的接地故障。评价保护的灵敏度时使用故障点对地之间的过渡电阻来定义大小，若过渡电阻为R，保护装置处于动作边界上，则称保护装置在该点的灵敏度为RΩ。保护整定电阻的公式中改变K2的值可以改变转子一点接地保护定值，其余都为电路中的固定常数，一般R取10KΩ及以上。
其动作逻辑如下：
Rf<定值t/0发信
2）转子二点接地保护。正常运行时，不论三相电流是否对称，定子电压中只有基波和各种奇次谐波（由于发电机气隙磁通的非正弦分布和铁磁饱和的影响，产生基波和各种奇次谐波，三次谐波在线电压中可以消除，但在相电势中仍然存在，总有百分之几的三次谐波），理论上是不存在偶次谐波。当励磁绕组发生两点接地时，就有部分励磁绕组被短接，气隙磁场的对称性破坏，这样在定子绕组上产生二次及以上的偶次谐波，运行时只有二次谐波不平衡电压，且该电压的大小与发电机负荷的大小、功率因数的高低基本上没有关系，所以利用定子二次谐波电压构成的转子两点接地保护具有很高的灵敏度。
动作判据：定子电压中的二次谐波电压大于定值，且转子一点接地保护已动作满足时，保护经延时动作于全停。
3、复合电压启动过流保护
（1）原理：所谓复合电压启动就是由低电压继电器和负序电压共同启动，二者之间是逻辑或的关系，作为过流保护的一个闭锁条件。采用一般的过流保护，动作电流较大，致使保护反映外部故障时的灵敏系数往往不能满足要求，为了提高保护的灵敏性，一般采用低电压或复合电压启动的过电流保护。本保护作为发电机对称和不对称短路的后备保护。当发生不对称短路（两相短路）时，由于负序电压出现，装置内负序电压滤过器有输出，启动连锁继电器，同时故障相的电流元件动作，经时间元件的延时后，保护动作出口。当发生三相短路时，短路开始瞬间也有负序电压，首先触发回路，但这时因三相短路电压已降低，故还是能启动出口元件动作。
本保护包括以下元件：
1）低电压元件：电压取自发电机机端PT，动作判据为：U < Uddy,U为线电压，Uddy为低电压定值。
2）负序电压元件：电压取自发电机机端PT，动作判据为：U2 > Ufx，U2为负序电压，Ufx为负序电压定值。
3）过流元件：电流取自发电机侧的CT，动作判据为：“任何一相电流大于过流定值“
当复合电压元件退出时，本保护即为过流保护。
（2）其动作逻辑如下：
IA或IB或IC>定值 t/0t1 仅发信或发信且解列、解列灭磁
&
U2>定值
+t2仅发信或发信且停机
U线<定值
4、发电机过负荷保护
（1）原理：发电机对称过负荷保护是发电机定子的过热保护，由定时限和反时限两部分构成。定时限动作于发信，反时限动作于全停。1）定时限电流定值按躲过发电机的额定电流来整定，动作时间按躲过发电机后备保护的最大延时来整定。2）反时限过流保护的动作特性，即过电流倍数与相应的允许持续时间的关系，有制造厂家提供的定子绕组的过负荷能力确定，规程规定其短时过电流倍数与允许持续时间的关系为：t=Ktc/ I2* - 1(Ktc为定子绕组热容量常数，大小为37.5)，保护上限的最小延时定值用于与保护快速配合，其整定需要确定反时限上限电流，该电流对应的保护动作时间就是最小延时定值。
本保护反应发电机定子绕组过负荷或故障引起的定子绕组过电流，保护由定时限过负荷与反时限过流构成。定时限发信、反时限动作于停机。
（2）保护动作判据：
1）定时限动作逻辑如下：
IB >定值t/0发信
2）反时限动作逻辑如下：
仅发信或发信且停机
电流满足曲线 按反时限曲线时间
反时限动作时间与过电流倍数关系：
K
t = ------------
I2* – 1
式中：I*为发电机定子电流标幺值
K为发电机定子绕组允许发热时间的常数
5、发电机失磁保护
（1）原理：本保护以机端失磁阻抗圆为主判据，转子低电压和系统低电压为辅助判据，防止运行中转子失磁或欠励造成进相运行，破坏系统稳定和损坏发电机。发电机从失磁开始到进入稳态异步运行，一般分为三个阶段：
1）失磁后到失步前：转子电流逐渐衰弱，发电机感应电动势随之减小，发电机的电磁功率开始小于原动机的机械功率，于是转子逐渐加速，使功角随之增大，电磁功率又要回升，二者补偿基本上保持电磁功率不变。同时，发电机将从并列运行的电力系统中吸收感性无功维持机端电压。此时，机端的测量阻抗为一个圆的方程，称为等有功阻抗圆。
2）临界失步點：当功角=900时，发电机处于失去静稳定的临界状态，此时机端的测量阻抗也为一个圆的方程，称为临界失步阻抗圆，也称等无功阻抗圆。
3）失步后的异步运行阶段：当发电机超速后，会感应出频率为ff-fs的电流，此电流产生异步制动转矩，当异步制动转矩与原动机转矩达到新的平衡时，即进入稳定的异步运行。
利用失磁后发电机定子各参数变化的特点构成失磁保护。采用机端阻抗圆作为主判据,转子低电压及系统低电压作为辅助判据的方案,阻抗圆可以静稳圆或异步圆进行整定。
（2）其动作逻辑如下：
系统低电压〈定值
&t3/0发信
阻抗圆满足
& t/0 + t1/0 发信且切换励磁
PT断线
& t2/0发信或发信且停机
Ufd转子低电压〈
6、发电机负序过流保护
（1）原理：当电力系统中发生不对称短路或在正常运行时三相负荷不平衡时，在发电机定子绕组中将出现负序电流，此电流在发电机气隙磁场中建立的负序旋转磁场相对于转子为两倍的同步转速，因此在发电机转子绕组及转子铁心等部件上感应于100HZ的备频电流，该电流使得电流密度很大的某些部位（如转子端部、护环内表面），可能出现局部灼伤，可能使护环受热松动，导致发电机的重大事故。此时，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，将同时作用在转子大轴和定子基座上，从而引起100HZ振动。本保护实际上是对定子绕组电流不平衡而引起转子过热的一种保护。
（2）保护动作判据：
1）定时限动作逻辑如下：
I2 >定值 t/0 发信
2）反时限动作逻辑如下：
仅发信或发信且全停
I2满足曲线按反时限曲线时间
反时限动作时间与负序电流倍数关系：
A
t = ------------
I22* – I22∞
式中：I2*为发电机负序电流标幺值
I2∞为发电机长期允许负序电流标幺值
A为转子表层承受负序电流能力的常数
7、发电机励磁过流保护
（1）原理：
本保护反应发电机励磁系统故障或强励时间过长引起的励磁绕组过电流。我公司电流取自励磁变压器高压侧电流互感器，动作电流整定按照正常运行的额定励磁电流下能可靠返回的条件整定，Idz=Krel*I/Kr。
（2）保护动作逻辑如下：
I>定值 t/0 全停
8、发变组差动保护
（1）原理：差动保护是发电机内部及外部回路相间短路的主保护，它能快速而灵敏的切除故障，同时在正常运行及外部回路故障时，又能保证动作的选择性和工作的可靠性。
差动速断保护：当三相差流的任一相大于整定值，保护动作出口。按照躲过变压器空投时的励磁涌流和外部短路故障时的最大不平衡电流整定，整定值为3A，动作于全停。正常运行时，由于各种原因产生不平衡电流：1）由变压器励磁涌流产生的；2）由变压器两侧相位不同产生的；3）由CT计算变比和实际变比不同而产生的；由两侧互感器型号不同而产生的；4）由变压器带负荷调整分接头产生的。
比例差动保护：本保护采用二次谐波制动的比例差动保护，由于变压器励磁涌流中含有大量的二次谐波分量，故利用二次谐波分量制动，可以有效的躲过励磁涌流的影响，保护用差电流中的二次谐波分量与基波分量的比值表示。该保护由二次谐波制动回路、比例制动回路、动作回路和比较回路构成。由于比例制动回路的存在，可以利用外部故障时的穿越性短路电流制动，故躲过外部故障的不平衡电流性能也较好，其值整定不宜过小，一般取0.4-0.6。
（2）保护动作判据如下：
1）比例差动保护：采用二次谐波制动的比例差动保护，保护动作跳发变组各侧。其特性见下图；
动作区
差流斜率=K1
制动区
Icd
制动电流
图中，Icd为差动保护门槛值。
2）差动速断保护：当三相差流的任一相大于差动速断整定值时，保护动作跳变压器各侧。
8、主变过负荷保护
原理：常规保护，按照主变压器高压侧额定电流的1.1倍整定，只发信号。
9、过流启动通风
原理：电流定值按照80%的额定电流整定，只发信号。
10、复合电压过流保护
原理：本保护反应相间故障，作为变压器的后备保护。保护原理和动作逻辑同发电机的复合电压启动的过流保护，所不同的是主变压器电压元件电压取自35KV母线PT，其中负序电压取自开口三角。（1）低电压按躲过正常运行时35KV母线可能出现的最低电压来整定，动作判据为：U（线电压）＜50V；（2）负序电压：按躲过正常运行时最大负序电压整定，动作判据为：U2＞6V；
电流元件取自发变组主开关母线侧CT，动作电流按躲过正常运行时主变高压侧的额定电流来整定，动作延时按与相邻元件后备保护的动作时间配合整定。
11、厂用分支差动保护：
原理：本保护反映了厂用分支刀闸至厂用分支开关之间电缆发生短路故障的保护。保护原理以及动作判据同发变组差动保护原理。
12、厂用分支复压过流保护：
原理：本保护是厂用分支刀闸至厂用分支开关之间电缆发生短路故障的后备保护。保护原理以及动作判据同发电机复压过流保护原理。
13、厂用分支过负荷：
原理：本保护是厂用分支发生过负荷的常规保护，按照长期允许电流的1.2倍来整定，只发报警信号。
四、总结
本文通過对发变组保护的原理进行分析，以及对机组的保护配置要求，对15MW的单元制接线的发电机组配置进行详细的论述。不但有效的对机组各设备进行保护，又在一定程度上节约投资。
参考文献
[1]《大型机组继电保护理论基础》，水利电力出版社，王维检、侯炳蕴著
[2]《电力系统继电保护原理及运行》，水利电力出版社，吕继绍著
[3]《NDG200系列数字式发电机保护装置技术说明书》，国电南自厂
[4]《NDB200系列数字式变压器保护装置技术说明书》，国电南自厂
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：发电机机组继电保护配置15MW
一、概述
(一)发电机组对继电保护的要求
对于动作跳闸的继电保护，在技术上要求满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。当前，发电机-变压器组单元制接线在各发电厂得到了广泛应用，在单元内每个元件可能出现的故障和不正常运行状态，其继电保护装置应能反应发电机和变压器单独运行时所应该反应的那些故障和不正常运行状态。但由于设备成组连接，中间无断路器和隔离开关，相当于一个工作元件，因此可以将发变组某些性能相同的保护合并成一个对全组公用的保护。这样的结合，可以使发变组单元的继电保护配置变得简单和经济。
（二）发电机组的继电保护配置
发电机组的安全运行对保证电力系统的正常运行和电能质量起着决定性的作用，同时也是十分贵重的电气设备，结构复杂，一旦发生故障遭到破坏，其检修难度较大，检修时间较长，要造成的经济损失非常之大，因此因针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。
1、发变组保护的配置
（1）机组保护可以分为短路保护和异常保护两大类：
1）短路保护：用以反应被保护区域内发生的各种类型的短路故障，这些故障将造成机组的直接破坏，这类保护很重要，所以为防止保护装置或断路器举动，又有主保护和后备保护之分。
2）异常保护：用以反应各种可能给机组造成危害的异常工况，但这些工况不能或不能很快造成机组的直接破坏，这类保护装置，一般都装设一套专用的继电器，不设置后备保护。
（2）发电机的故障有以下几种：
1）定子绕组相间短路；
2）定子绕组一相的匝间短路；
3）定子绕组单相接地故障；
4）转子绕组一点接地或两点接地故障；
5）转子励磁回路励磁电流消失。
（3）发电机不正常运行状态主要有下列几种：
1）由于外部短路引起的定子绕组过流；
2）由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；
3）由外部不对称短路或不对称过负荷而引起的发电机负序过电流和过負荷；
4）由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压；
5）由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷。
6）由于汽轮机主汽门关闭而引起的发电机逆功率。
（4）变压器内部故障主要有以下几种：
1）油箱内部故障包括相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损；
2）油箱外部故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地故障。
（5）变压器的不正常运行状态主要有：
1）由于变压器外部短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；
2）由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因引起的油面下降。
针对上述故障类型和不正常运行状态以及机组的特点，根据中华人民共和国行业标准《继电保护和安全自动装置技术规程》，发变组保护应装设的保护类型有：
（1）定子绕组相间短路
（2）定子绕组接地短路
（3）定子绕组匝间短路
（4）发电机差动保护
（5）定子绕组过电压
（6）定子绕组过负荷
（7）转子绕组过负荷
（8）定子绕组负序过负荷
（9）励磁回路一点及两点接地保护
（10）励磁变压器过流保护
（11）变压器差动保护
（12）变压器瓦斯保护
（13）复压过流保护
2、保护装置的控制对象
各保护装置动作后所控制的对象，依保护装置的性质、选择性要求和故障处理方式的不同而不同，对于发电机变压器组，分别动作于：
（1）全停：关汽机主汽门，跳发变组出口开关，跳灭磁开关、跳厂用分支开关，启动厂用电快切装置、使本机厂用电切换至启备变转带。
（2）切换厂用电：跳厂用分支开关，启动厂用电快切装置、使本机厂用电切换至启备变转带。
二、发-变组继电保护装置的选择
以南京电力自动化厂生产的ND200型微机式发变组保护为例，整套装置分为两个柜，6个CPU，其分配如下：
保护A柜：
ICPU1:基波定子接地保护。
II CPU2:1、转子一点接地；2、转子二点接地；3、复合电压过流保护；4、发电机过负荷（定时限、反时限）。
III CPU3:1、失磁保护；2、负序过流（定时限、反时限）；3、励磁绕组过流。
保护B柜：
ICPU1:1、主变差动保护；2、主变过负荷保护；3、过流启动通风。
II CPU2:主变负荷电压过流保护；
III CPU3:1、主变轻瓦斯；2、主变重瓦斯；3、主变压力释放；4、主变温度高；5、主变冷却器全停。
Ⅳ CPU4:1、厂用分支差动保护；2、厂用分支复压过流保护；3、厂用分支过负荷保护；
Ⅴ NDSCX11三相操作箱：对发变组主开关进行操作。
三、发变组继电保护原理及逻辑
1、发电机定子接地保护
（1）原理：
15MW发电机中性点采用不接地方式运行，因此，发电机定子单相接地具有一般中性点不接地系统单相接地的特点，不同之处在于系统的零序电压将随定子接地的位置而改变。假设A相定子绕组在距中性点a%定子绕组匝数处d点接地，此时，各相对地不对称，三相对地电压的向量和就是系统产生的零序电压，其值为-a%EA，当只考虑零序电压的大小时零序电压UD0=a%U，这个等式表明，系统的零序电压与故障点位置所决定的a%成正比，当机端接地时，a%=1，UD0为故障相的相电压，当中性点接地时，a%=0，UD0为0，相对应的零序电流情形相同。因此，无论是反应零序电压的或零序电流的接地保护均存在死区，死区在中性点附近。我公司采用基波零序电压定子接地保护，是以机端保护PT开口三角的电压作为动作判据。保护范围为除中性点附近外的定子接地的85%-95%，故障点越靠近机端，灵敏性越好。若故障不能及时发现，一种可能是进一步发展成匝间或相间短路，另一种可能是若在其他地方发生接地，则形成两点接地短路。
（2）其动作逻辑如下：
机端零序电压>定值 t/0 全停
2、发电机转子接地保护
（1）原理：
1）转子一点接地保护。转子一点接地不会对发电机构成直接危害，但作用在励磁系统对地绝缘介质上的电压升高，因而可能在绝缘薄弱环节处导致第二点接地。要求保护能反映任一点发生的接地故障。评价保护的灵敏度时使用故障点对地之间的过渡电阻来定义大小，若过渡电阻为R，保护装置处于动作边界上，则称保护装置在该点的灵敏度为RΩ。保护整定电阻的公式中改变K2的值可以改变转子一点接地保护定值，其余都为电路中的固定常数，一般R取10KΩ及以上。
其动作逻辑如下：
Rf<定值t/0发信
2）转子二点接地保护。正常运行时，不论三相电流是否对称，定子电压中只有基波和各种奇次谐波（由于发电机气隙磁通的非正弦分布和铁磁饱和的影响，产生基波和各种奇次谐波，三次谐波在线电压中可以消除，但在相电势中仍然存在，总有百分之几的三次谐波），理论上是不存在偶次谐波。当励磁绕组发生两点接地时，就有部分励磁绕组被短接，气隙磁场的对称性破坏，这样在定子绕组上产生二次及以上的偶次谐波，运行时只有二次谐波不平衡电压，且该电压的大小与发电机负荷的大小、功率因数的高低基本上没有关系，所以利用定子二次谐波电压构成的转子两点接地保护具有很高的灵敏度。
动作判据：定子电压中的二次谐波电压大于定值，且转子一点接地保护已动作满足时，保护经延时动作于全停。
3、复合电压启动过流保护
（1）原理：所谓复合电压启动就是由低电压继电器和负序电压共同启动，二者之间是逻辑或的关系，作为过流保护的一个闭锁条件。采用一般的过流保护，动作电流较大，致使保护反映外部故障时的灵敏系数往往不能满足要求，为了提高保护的灵敏性，一般采用低电压或复合电压启动的过电流保护。本保护作为发电机对称和不对称短路的后备保护。当发生不对称短路（两相短路）时，由于负序电压出现，装置内负序电压滤过器有输出，启动连锁继电器，同时故障相的电流元件动作，经时间元件的延时后，保护动作出口。当发生三相短路时，短路开始瞬间也有负序电压，首先触发回路，但这时因三相短路电压已降低，故还是能启动出口元件动作。
本保护包括以下元件：
1）低电压元件：电压取自发电机机端PT，动作判据为：U < Uddy,U为线电压，Uddy为低电压定值。
2）负序电压元件：电压取自发电机机端PT，动作判据为：U2 > Ufx，U2为负序电压，Ufx为负序电压定值。
3）过流元件：电流取自发电机侧的CT，动作判据为：“任何一相电流大于过流定值“
当复合电压元件退出时，本保护即为过流保护。
（2）其动作逻辑如下：
IA或IB或IC>定值 t/0t1 仅发信或发信且解列、解列灭磁
&
U2>定值
+t2仅发信或发信且停机
U线<定值
4、发电机过负荷保护
（1）原理：发电机对称过负荷保护是发电机定子的过热保护，由定时限和反时限两部分构成。定时限动作于发信，反时限动作于全停。1）定时限电流定值按躲过发电机的额定电流来整定，动作时间按躲过发电机后备保护的最大延时来整定。2）反时限过流保护的动作特性，即过电流倍数与相应的允许持续时间的关系，有制造厂家提供的定子绕组的过负荷能力确定，规程规定其短时过电流倍数与允许持续时间的关系为：t=Ktc/ I2* - 1(Ktc为定子绕组热容量常数，大小为37.5)，保护上限的最小延时定值用于与保护快速配合，其整定需要确定反时限上限电流，该电流对应的保护动作时间就是最小延时定值。
本保护反应发电机定子绕组过负荷或故障引起的定子绕组过电流，保护由定时限过负荷与反时限过流构成。定时限发信、反时限动作于停机。
（2）保护动作判据：
1）定时限动作逻辑如下：
IB >定值t/0发信
2）反时限动作逻辑如下：
仅发信或发信且停机
电流满足曲线 按反时限曲线时间
反时限动作时间与过电流倍数关系：
K
t = ------------
I2* – 1
式中：I*为发电机定子电流标幺值
K为发电机定子绕组允许发热时间的常数
5、发电机失磁保护
（1）原理：本保护以机端失磁阻抗圆为主判据，转子低电压和系统低电压为辅助判据，防止运行中转子失磁或欠励造成进相运行，破坏系统稳定和损坏发电机。发电机从失磁开始到进入稳态异步运行，一般分为三个阶段：
1）失磁后到失步前：转子电流逐渐衰弱，发电机感应电动势随之减小，发电机的电磁功率开始小于原动机的机械功率，于是转子逐渐加速，使功角随之增大，电磁功率又要回升，二者补偿基本上保持电磁功率不变。同时，发电机将从并列运行的电力系统中吸收感性无功维持机端电压。此时，机端的测量阻抗为一个圆的方程，称为等有功阻抗圆。
2）临界失步點：当功角=900时，发电机处于失去静稳定的临界状态，此时机端的测量阻抗也为一个圆的方程，称为临界失步阻抗圆，也称等无功阻抗圆。
3）失步后的异步运行阶段：当发电机超速后，会感应出频率为ff-fs的电流，此电流产生异步制动转矩，当异步制动转矩与原动机转矩达到新的平衡时，即进入稳定的异步运行。
利用失磁后发电机定子各参数变化的特点构成失磁保护。采用机端阻抗圆作为主判据,转子低电压及系统低电压作为辅助判据的方案,阻抗圆可以静稳圆或异步圆进行整定。
（2）其动作逻辑如下：
系统低电压〈定值
&t3/0发信
阻抗圆满足
& t/0 + t1/0 发信且切换励磁
PT断线
& t2/0发信或发信且停机
Ufd转子低电压〈
6、发电机负序过流保护
（1）原理：当电力系统中发生不对称短路或在正常运行时三相负荷不平衡时，在发电机定子绕组中将出现负序电流，此电流在发电机气隙磁场中建立的负序旋转磁场相对于转子为两倍的同步转速，因此在发电机转子绕组及转子铁心等部件上感应于100HZ的备频电流，该电流使得电流密度很大的某些部位（如转子端部、护环内表面），可能出现局部灼伤，可能使护环受热松动，导致发电机的重大事故。此时，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，将同时作用在转子大轴和定子基座上，从而引起100HZ振动。本保护实际上是对定子绕组电流不平衡而引起转子过热的一种保护。
（2）保护动作判据：
1）定时限动作逻辑如下：
I2 >定值 t/0 发信
2）反时限动作逻辑如下：
仅发信或发信且全停
I2满足曲线按反时限曲线时间
反时限动作时间与负序电流倍数关系：
A
t = ------------
I22* – I22∞
式中：I2*为发电机负序电流标幺值
I2∞为发电机长期允许负序电流标幺值
A为转子表层承受负序电流能力的常数
7、发电机励磁过流保护
（1）原理：
本保护反应发电机励磁系统故障或强励时间过长引起的励磁绕组过电流。我公司电流取自励磁变压器高压侧电流互感器，动作电流整定按照正常运行的额定励磁电流下能可靠返回的条件整定，Idz=Krel*I/Kr。
（2）保护动作逻辑如下：
I>定值 t/0 全停
8、发变组差动保护
（1）原理：差动保护是发电机内部及外部回路相间短路的主保护，它能快速而灵敏的切除故障，同时在正常运行及外部回路故障时，又能保证动作的选择性和工作的可靠性。
差动速断保护：当三相差流的任一相大于整定值，保护动作出口。按照躲过变压器空投时的励磁涌流和外部短路故障时的最大不平衡电流整定，整定值为3A，动作于全停。正常运行时，由于各种原因产生不平衡电流：1）由变压器励磁涌流产生的；2）由变压器两侧相位不同产生的；3）由CT计算变比和实际变比不同而产生的；由两侧互感器型号不同而产生的；4）由变压器带负荷调整分接头产生的。
比例差动保护：本保护采用二次谐波制动的比例差动保护，由于变压器励磁涌流中含有大量的二次谐波分量，故利用二次谐波分量制动，可以有效的躲过励磁涌流的影响，保护用差电流中的二次谐波分量与基波分量的比值表示。该保护由二次谐波制动回路、比例制动回路、动作回路和比较回路构成。由于比例制动回路的存在，可以利用外部故障时的穿越性短路电流制动，故躲过外部故障的不平衡电流性能也较好，其值整定不宜过小，一般取0.4-0.6。
（2）保护动作判据如下：
1）比例差动保护：采用二次谐波制动的比例差动保护，保护动作跳发变组各侧。其特性见下图；
动作区
差流斜率=K1
制动区
Icd
制动电流
图中，Icd为差动保护门槛值。
2）差动速断保护：当三相差流的任一相大于差动速断整定值时，保护动作跳变压器各侧。
8、主变过负荷保护
原理：常规保护，按照主变压器高压侧额定电流的1.1倍整定，只发信号。
9、过流启动通风
原理：电流定值按照80%的额定电流整定，只发信号。
10、复合电压过流保护
原理：本保护反应相间故障，作为变压器的后备保护。保护原理和动作逻辑同发电机的复合电压启动的过流保护，所不同的是主变压器电压元件电压取自35KV母线PT，其中负序电压取自开口三角。（1）低电压按躲过正常运行时35KV母线可能出现的最低电压来整定，动作判据为：U（线电压）＜50V；（2）负序电压：按躲过正常运行时最大负序电压整定，动作判据为：U2＞6V；
电流元件取自发变组主开关母线侧CT，动作电流按躲过正常运行时主变高压侧的额定电流来整定，动作延时按与相邻元件后备保护的动作时间配合整定。
11、厂用分支差动保护：
原理：本保护反映了厂用分支刀闸至厂用分支开关之间电缆发生短路故障的保护。保护原理以及动作判据同发变组差动保护原理。
12、厂用分支复压过流保护：
原理：本保护是厂用分支刀闸至厂用分支开关之间电缆发生短路故障的后备保护。保护原理以及动作判据同发电机复压过流保护原理。
13、厂用分支过负荷：
原理：本保护是厂用分支发生过负荷的常规保护，按照长期允许电流的1.2倍来整定，只发报警信号。
四、总结
本文通過对发变组保护的原理进行分析，以及对机组的保护配置要求，对15MW的单元制接线的发电机组配置进行详细的论述。不但有效的对机组各设备进行保护，又在一定程度上节约投资。
参考文献
[1]《大型机组继电保护理论基础》，水利电力出版社，王维检、侯炳蕴著
[2]《电力系统继电保护原理及运行》，水利电力出版社，吕继绍著
[3]《NDG200系列数字式发电机保护装置技术说明书》，国电南自厂
[4]《NDB200系列数字式变压器保护装置技术说明书》，国电南自厂
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。