发电机负序电流保护的作用和整定

摘要：负序电流保护是电力学术语，根据发电机在正常运行时负序电流分量很小（接近于零），而在系统发生不对称故障时，就会发生很大的负序分量电流，从而通过检测负序电流的大小可以判别是否产生损坏。因此

当电力系统中发生不对称短路或在正常运转情形下三相负荷不平衡时，在发电机定子绕组中将发生负序电流。此电流在发电机空气隙中建立的负序旋转磁场相对于转子为2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。该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），可能出现局部灼伤，甚至可能使护环受热松脱，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发生的100Hz交变电磁转矩，将同时作用在转子大轴和定子机座上，从而导致100Hz的震动，威胁发电机安全。

发电机负序电流将作为转子表层过热的保护，同时可作为区外不对称短路的备用保护。负序电流在转子中所导致的发热量，正比于负序电流的平方与所持续的时间的乘积。在较严重的情形下，假设发电机转子为绝热体（即不向周围散热），则不使转子过热所允许的负序电流和时间的关系，可表示为

I2 2*——在时间t内i2 2*的平均值（以发电机额定电流为基准的标幺值）；

关于a的数值应采用制造厂所供应的数据。其参考值：对于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KW汽轮发电机可取a＝6～15等。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（a值降低）。a值较大的发电机，其耐受负序电流危害的能力强。

针对上述情况而装设的发电机负序过电流保护实际上是对定子绕组电流不平衡而导致转子太热的一种保护，因此应作为发电机的主保护之一。因为大机组的a值都比较小，承受负序电流的能力很小。因此，为避免发电机转子遭受负序电流的损坏，在100KW及以上，a＜10的发电机上应装设能够模拟发电机允许负序电流曲线的反时限负序过电流保护。微机型的发电机保护均采用完善的反时限特征负序过电流保护，以保证发电机运行的安全。

反时限负序过电流保护反应发电机定子的负序电流大小，避免发电机转子表面偏热。该保护电流取自发电机中性点Ta三相电流，这样可以兼作发电机并网前的内部短路故障的备用保护。负序过电流保护由定期限负序过负载和反时限负序过电流两部分构造。前者用以反应发电机负序过负载，后者作为发电机转子表层太热的主保护及发电机区内、区外不对称短路的备用保护。负序过电流保护特征曲线所示。定期限负序过负载定值为I2ms，动作于较长延时ts发信号。反时限过电流由上限定时限、反时限、下限定时限三部分构成。当发电机负序电流大于上限整定值I2ms时，则按上限定期限tup动作；如果负序电流高于下限整定值I2m，但又不足以使反时限部分动作，或反时限部分动作时间太长时，则按下限定时限t1动作；负序电流在上、下限整定值之间，则按反时限动作。

负序反时限特征能真实地模拟转子的热积累过程，并能模拟散热，即发电机高温后若负序电流消失，热积累并不立即消失，而是慢慢地散热消失，如此时负序电流再次增大，则上一次的热积累将成为该次的初值。

发电机反时限负序过电流保护逻辑图如图2所示。

负序定时限过负荷保护按发电机长久允许的负序电流下能可靠返回的要素整定，即

上限定期限的动作电流通常可按躲过主变压器高压侧两相短路电流整定，即

反时限的动作电流按发电机短时承受负序电流的能力确定，即

下限定时限的动作电流即为反时限负序过电流保护的起动电流，按发电机能长时间（tm＝1000s）承受的负序电流整定，即

负序电流保护的机理基于发电机运转时每个相内电流相等的基本机理。当电机中存在损坏时，如电机转子断条或定子绕组出现接地等损坏，会导致电机中发生负序电流。负序电流保护通过检测电机中的负序电流，当负序电流的大小超过了设定值，就会立即切断电机的电源，从而实现对电机的保护。所以，负序电流保护是指在三相交流发电机运行过程中，如果发电机中产生了负序电流，那么负序电流保护将立即对电路进行保护，防止发电机受损。