發(fā)電機內部短路故障主要是指定子繞組的相間和匝間短路故障，短路故障發(fā)生時將會形成很大的沖擊電流，所產生的的強大電弧將會燒毀定子繞組絕緣，還有可能引發(fā)大型火災甚至使發(fā)電機報廢，后果非常嚴重。故要求安裝發(fā)電機縱差動保護作為發(fā)電機定子繞組相間、匝間短路故障的主保護，動作于解列發(fā)電機。

1．縱差動保護的作用

反應發(fā)電機定子繞組及其引出線的相間短路，是發(fā)電機的主要保護。

2．縱差動保護的基本原理圖

比較發(fā)電機兩側的電流的大小和相位，它是反映發(fā)電機及其引出線的相間故障。發(fā)電機縱聯(lián)差動保護構成的兩側電流互感器同變比、同型號。

圖1縱差動基本原理圖

圖2正常運行及外部故障時原理及電流公式

圖3內部故障時原理及電流公式

比率制動式縱差保護工作原理

比率制動式縱差保護的動作電流是在變化的，它隨短路電流的變化而自動變化，保證外部短路故障不誤動的同時又對內部短路故障有很高的靈敏度。

以發(fā)電機一相為例，規(guī)定一次電流流入發(fā)電機為正方向。當正常運行以及發(fā)

生保護區(qū)外的故障時，流入差動繼電器的差動電流為零，差動繼電器將不動作。當發(fā)生發(fā)電機內部故障時，流入差動繼電器的差動電流將會出現(xiàn)較大的數(shù)值，當差動電流超過整定值時，差動繼電器判為發(fā)生了發(fā)電機內部故障而動作于解列發(fā)電機。

1、比較發(fā)電機機端與中性點電流的相位和幅值來判斷故障點。

（1）當正常運行或外部故障時，I1和I2方向相同，大小相等，差動電流Id=I1-I2=0;制動電流Iz=（11+I2）/2-I。

（2）當區(qū)內故障時，I1和I2反方向，差動電流Id=11-I2=0故障電流，與I1和I2的絕對值的和成正比;制動電流IZ與I1和I2的絕對值的差成正比。

2、為了保證外部故障時裝置不誤動，故采用比率制動式差動元件，使動作電流跟著制動電流而變，外部短路電流越大，繼電器的動作電流也越大，確保外部故障時，繼電器能夠可靠制動。

整定恰當?shù)闹苿酉禂?shù)能保證區(qū)外故障可不誤動，區(qū)內故障可靠動作。如圖1中，采用雙斜率的動作特性曲線，斜率1小些，是考慮到內部短路時有良好的靈敏度，斜率2大些，考慮到區(qū)外故障形成的巨大穿越電流會使兩側TA飽和程度不同，同時產生很大差流，提高斜率來提升制動能力，防止外部短路誤動。

二、發(fā)電機縱差動保護原理

1.發(fā)電機縱差動保護動作邏輯關系

由于發(fā)電機中性點為非直接接地、當發(fā)電機內部發(fā)生相間短路故障時。會有兩相或三相的差動繼電器同時動作。根據(jù)這一特點。在保護邏輯設計時可作相應的考慮。當兩相或三相差動繼電器動作時。可判斷為發(fā)電機內部發(fā)生短路故障：而僅有一相差動繼電器動作時。則判斷為TA斷線。為了對付發(fā)生一點在區(qū)內接地而另外一點在區(qū)外接地引起的短路故障。當有一相差動繼電器動作且同時有負序電壓時也判定為發(fā)電機內部短路故障。這種動作邏輯的特點是單相TA斷線不會動作。因此可省去專用的TA斷線閉鎖環(huán)節(jié)且保護安全可靠。

2.發(fā)電機不完全縱差動保護原理

常規(guī)縱差動保護引入發(fā)電機定子機端和中性點的全部相電流i和i.在定子繞組同相相間短路時兩相電流仍然相等。保護將不能動作。而通常大型發(fā)電機每相定子繞組均為兩個或多個并聯(lián)分支若僅引入發(fā)電機中性點側部分分支電流i來構成縱差動保護選擇合適的TA變比、就能保證正常運行及區(qū)外故障時沒有差流、而發(fā)生發(fā)電機相間與匝間短路時都會形成差流、當大于整定值時。可切除故障。這種縱差動保護被稱為不完全縱差動保護。

不完全縱差動保護可按下列原則選擇配置中性點TA的個數(shù)

a/2《N《（a/2）+1

式中

N---中性點側每相接入縱差動保護的分支數(shù)：

a----發(fā)電機每相的并聯(lián)的分支總數(shù)。

由于發(fā)電機不完全縱差動保護僅引人了中性點的部分分支電流因此在應用時要主意以下問題：

（1）TA的誤差發(fā)電機機端和中性點TA的變比不再相等，不可能使用同一型號的TA.因此TA引起的不平衡電流將會增加。

（2）誤差源增加。除了通常的誤差以外。不完全縱差動保護還會存在一些特別的誤差源。如各分支參數(shù)的一些微小差異（氣隙不對稱、電機振動等）引起的不平衡。

（3）整定值。相對發(fā)電機完全縱差動保護而言。由于不完全縱差動保護的誤差增加。在整定時應該考慮適當提高縱差動保護的動作門檻和比率制動系數(shù)。

（4）靈敏度。不完全縱差動保護的靈敏度與發(fā)電機中性點分支上TA的布置位置及TA的個數(shù)有密切關系。在應用不完全縱差動前應考慮進行必要的發(fā)電機內部短路故障靈敏度分析與計算。