发电机纵联差动保护横联差动保护发电机是船舶电站中最重要的电气设备，它的安全运行对电力系统的连续供电起着决定性的作用。因此，发电机的保护应当具有选择性、速动性、可靠性和灵敏性，以避免故障扩大，防止发生设备重大损坏事故和降低发生火灾的危险。

　　1差动保护的必要性船舶电站中的发电机，通常使用断路器作短路保护和过载保护。但是，无论断路器的脱扣器有几段保护，都不能保护发电机内部绕组，在发电机绕组引出线和中性点侧存在保护盲区。

　　前几年，某船厂建造的1艘滚装船，其发电机采用断路器进行过载长延时、短路短延时、短路瞬动三段保护，主电路如所示。由于该发电机功率小于1500kW，采用三段保护已满足规范要求。可是该船在进行电站试验时，因发电机至主配电板之间的电缆绝缘被压破造成B、C相短路。从图1可以看出，主配电板上断路器的三段保护不能对发生相间短路的发电机进行保护，结果造成了发电机组的严重损坏。因为发电机保护有盲区，使上述发电机损坏而报废，影响了交船期。

　　发电机本身造价高，发生故障后修理费用大，检修时间长，而且进出舱也较困难。因此在发电机保护装置的可靠保护范围方面，在保护装置的快速动作和反映故障的灵敏度方面，都应当有更高的要求。

　　2差动保护的构成装设差动保护的目的是为了当发电机绕组内部及其引出线端子至发电机断路器之间这段线路上发生故障时，差动保护装置能对发电机进行可靠保护。差动保护有纵联差动保护和横联差动保护2种。

　　2. 1纵联差动保护纵联差动保护的构成如所示。

　　发电机的纵联差动保护，是发电机定子绕组及其引出线发生相间短路时的主保护。2台以上发电机并列运行时，当发电机1DG的A、B相引出线发生相间短路时， A、B之间的总短路电流是由2部分供给的，一部分是由1DG供给，另一部分是由2DG供给，所以当1DG绕组或引出线发生相间短路时，不仅要使1DG的1QF断开，以切断2DG供给的短路电流，而且要使1DG灭磁，以消除1DG供给的短路电流。纵联差动保护由2组电流互感器1TA和2TA组成， 1TA安装在发电机出口断路器附近， 2TA安装在发电机中性点引出线上， 1TA和2TA之间的范围即为保护区。

　　2. 2横联差动保护横联差动保护是用于对发电机同一相定子绕组的匝间短路进行的保护，同时也能对定子绕组的脱焊进行保护。

　　横联差动保护的构成是将1只电流互感器TA安装在发电机DG两组星形中性点的连接线上，在TA的二次侧上装1只差动继电器KA，只要当发电机定子绕组的任何一相发生匝间短路或脱焊时，都能在TA二次侧产生电位差，使KA动作。由于只有1只电流互感器，不受2个电流互感器误差影响，也不必按电流互感器极性接线，比较简单可靠。

　　3差动保护的原理

　　3. 1纵联差动保护纵联差动保护的原理。

　　以中相为例（其它两相的继电器未画出，原理相同），当发电机正常运行或在差动保护区外，例如断路器的B、C相短路，此时1TA和2TA一次侧通过的电流大小相等、方向相同。由于1TA和2TA的同名端朝向同一方向， 1TA和2TA的二次侧异极相连并列接在差动继电器KA的线圈上， KA中流过的差动电流i KA = i 1 - i 2 = 0，所以KA不动作。

　　若在差动保护区内发生相间短路，例如发电机引出线B、C之间发生相间短路， 2TA一次侧流过的电流是发电机送至故障点的短路电流I 2，单机运行时， 1TA一次侧电流几乎为零，多机并列运行时， 1TA一次侧流过的是母排上其他发电机送至故障点的短路电流I 1，和正常运行时或外部短路故障时相比，流过1TA的电流方向改变了，此时KA中的电流i KA = i 2 + 0= i 2或i KA = i 1 + i 2， KA中流过与短路故障点电流大小成比例的差动电流，使KA动作，瞬时切除故障和灭磁。

　　3. 2横联差动保护可以看出，发电机DG的A、B、C三相各有2组绕组，形成了2个中性点d 1和d 2，当发电机通过正常负荷电流或外部短路电流时， 2个中性点d 1上的电位1和d 2上的电位2相同，中性点连接线上没有电流通过，继电器KA不动作。当任一相的1组绕组发生匝间短路或绕组脱焊时， d 1和d 2之间的电位差= 1 - 2，中性点连接线上就有电流通过，若此电流能够启动继电器KA，即可动作于发电机的断路器跳闸和发电机灭磁。

　　4差动保护的安装与整定值计算纵联差动保护和横联差动保护可以单独使用，也可以同时采用。由于差动保护需要在发电机中性点侧安装电流互感器，因此在发电机订货时，需向供货商说明对发电机中性点侧预留引出线的要求或事先将电流互感器安装在发电机接线箱内。

　　纵联差动保护要求2组电流互感器的特性参数（型号、变比、误差等）完全相同。安装接线时， 2组电流互感器的极性同名端应朝向同一方向。2组电流互感器的二次侧按循环电流方式异极相连，将1TA的负极性端与2TA的正极性端相连接，从b、d两点接差动继电器KA， KA中流过的电流是i 1和i 2之差，该回路称为差动回路。

　　从理论上来说，在发电机正常运行或外部短路时，差动回路中的电流为零。但实际上由于1TA和2TA的特性曲线总会有差异存在， 1TA和2TA到主配电板的距离也不相同，因而差动回路中有可能出现不平衡电流。为防止差动继电器误动作，可在差动回路串1只5 10的电阻或采用速饱和中间变流器，以限制不平衡电流（），并且使发电机外部短路的初瞬间出现的不平衡电流迅速消除。

　　纵联差动保护的继电器动作电流I d b，一般按经验公式计算整定值，即I d b = 1. 3K j I e /N式中： K j为接线系数（即电流互感器二次侧电流和流经继电器线圈电流之比，与继电器接线方式有关）； I e为发电机的额定电流， A； N为电流互感器变比。计算出的I d b应能躲过电流互感器引起的最大不平衡电流。

　　横联差动保护的继电器动作电流I b d，一般按经验公式计算整定值，即I b d = （ 0. 25 0. 3）I e /N额定负载运行时，实测三相负荷不平衡电流到二次侧时应小于I b d的10%.在调试时，要求差动继电器不仅动作于发电机出口断路器瞬时跳闸，要特别注意能瞬时切断发电机励磁回路以迅速灭磁。

　　5结语

　　综上所述，差动保护对发电机的绕组和引出线能提供可靠的保护。差动保护的投入不大，可靠易行，选择性好，灵敏度高，如果在船舶电力系统中能突破1 500kW以上的发电机才应当采用差动保护的规定，而更加广泛地将差动保护用于船舶发电机的保护，是对发电机的安全可靠运行十分有意义的。