負序電流保護是發電機、變壓器等旋轉電機的重要保護功能，用于檢測和防范因電力系統不對稱運行（如單相接地、兩相短路、斷相等）導致的負序電流對設備的危害。以下從原理、危害、保護配置及動作特性等方面進行詳細說明：

一、負序電流的產生與危害

1. 負序電流的產生

• 當電力系統發生不對稱故障（如單相接地、兩相短路）或負荷不對稱時，三相電流不再對稱，可分解為正序、負序和零序分量。

• 負序電流是三相電流中幅值相等、相位互差120°且相序與正序相反的分量。

2. 負序電流的危害

• 轉子過熱：負序電流在轉子中感應出2倍工頻（100Hz）的電流，導致轉子表面（如阻尼繞組、護環）局部過熱，可能引發轉子燒損或絕緣損壞。

• 機械振動：負序磁場與轉子磁場相互作用，產生100Hz的脈振轉矩，引起機組振動，長期運行可能導致機械疲勞。

• 效率下降：負序電流增加電機損耗，降低運行效率。

二、負序電流保護的工作原理

1. 負序電流檢測

• 通過電流互感器采集三相電流，經負序濾過器提取負序電流分量（$I_2$）。

• 負序濾過器通常采用模擬電路或數字算法（如對稱分量法）實現。

2. 保護動作邏輯

• 典型反時限特性：

• 定時限保護：當負序電流超過整定值（$I_{2set}$）且持續時間超過整定時間（$t_{set}$）時，保護動作。

• 反時限保護：動作時間與負序電流大小成反比，負序電流越大，動作時間越短，模擬轉子熱積累過程。

其中，$K$為時間常數，$I_{2N}$為額定負序電流。

三、負序電流保護的配置與整定

1. 保護配置

• Ⅰ段：高定值段，動作時間短（如0.5-1s），跳閘。

• Ⅱ段：低定值段，動作時間長（如5-10s），發信號或跳閘。

• 定時限負序過流保護：作為快速后備保護，通常設置兩段：

• 反時限負序過流保護：作為主保護，模擬轉子熱積累，防止轉子過熱損壞。

2. 整定原則

• 啟動電流：通常取（0.5-1.0）倍額定電流。

• 時間常數：根據轉子熱容量和允許過熱時間整定。

• $I_{2set}$：按躲過最大負荷時的不平衡電流整定，通常取（0.1-0.2）倍額定電流。

• $t_{set}$：與相鄰元件后備保護配合。

• 定時限段：

• 反時限段：

四、負序電流保護的應用場景

1. 發電機保護

• 大型汽輪發電機、水輪發電機均需配置負序電流保護，防止轉子過熱和機械損傷。

• 例如，某1000MW發電機反時限負序保護整定：啟動電流0.6倍額定電流，長延時跳閘時間1000s（對應1.1倍額定電流）。

2. 變壓器保護

• 大型變壓器在高壓側配置負序電流保護，反映不對稱故障。

3. 電動機保護

• 高壓電動機在啟動過程中可能出現較大負序電流，需配置專門的負序保護。

五、與其他保護的配合

1. 與差動保護的配合

• 差動保護快速切除內部短路，負序電流保護作為后備，防止差動保護拒動時的轉子損壞。

2. 與失磁保護的配合

• 失磁故障初期可能伴隨負序電流增大，負序保護可加速動作。

3. 與過流保護的配合

• 過流保護反映對稱過負荷，負序保護反映不對稱故障，兩者互補。

六、總結

負序電流保護是旋轉電機的重要保護功能，通過檢測負序電流并模擬轉子熱積累過程，有效防止轉子過熱和機械損傷。其配置需結合設備類型、系統運行方式和保護配合要求，確保在不對稱故障時快速、可靠動作。

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