负序电流保护是发电机、变压器等旋转电机的重要保护功能，用于检测和防范因电力系统不对称运行（如单相接地、两相短路、断相等）导致的负序电流对设备的危害。以下从原理、危害、保护配置及动作特性等方面进行详细说明：

一、负序电流的产生与危害

1. 负序电流的产生

• 当电力系统发生不对称故障（如单相接地、两相短路）或负荷不对称时，三相电流不再对称，可分解为正序、负序和零序分量。

• 负序电流是三相电流中幅值相等、相位互差120°且相序与正序相反的分量。

2. 负序电流的危害

• 转子过热：负序电流在转子中感应出2倍工频（100Hz）的电流，导致转子表面（如阻尼绕组、护环）局部过热，可能引发转子烧损或绝缘损坏。

• 机械振动：负序磁场与转子磁场相互作用，产生100Hz的脉振转矩，引起机组振动，长期运行可能导致机械疲劳。

• 效率下降：负序电流增加电机损耗，降低运行效率。

二、负序电流保护的工作原理

1. 负序电流检测

• 通过电流互感器采集三相电流，经负序滤过器提取负序电流分量（$I_2$）。

• 负序滤过器通常采用模拟电路或数字算法（如对称分量法）实现。

2. 保护动作逻辑

• 典型反时限特性：

• 定时限保护：当负序电流超过整定值（$I_{2set}$）且持续时间超过整定时间（$t_{set}$）时，保护动作。

• 反时限保护：动作时间与负序电流大小成反比，负序电流越大，动作时间越短，模拟转子热积累过程。

其中，$K$为时间常数，$I_{2N}$为额定负序电流。

三、负序电流保护的配置与整定

1. 保护配置

• Ⅰ段：高定值段，动作时间短（如0.5-1s），跳闸。

• Ⅱ段：低定值段，动作时间长（如5-10s），发信号或跳闸。

• 定时限负序过流保护：作为快速后备保护，通常设置两段：

• 反时限负序过流保护：作为主保护，模拟转子热积累，防止转子过热损坏。

2. 整定原则

• 启动电流：通常取（0.5-1.0）倍额定电流。

• 时间常数：根据转子热容量和允许过热时间整定。

• $I_{2set}$：按躲过最大负荷时的不平衡电流整定，通常取（0.1-0.2）倍额定电流。

• $t_{set}$：与相邻元件后备保护配合。

• 定时限段：

• 反时限段：

四、负序电流保护的应用场景

1. 发电机保护

• 大型汽轮发电机、水轮发电机均需配置负序电流保护，防止转子过热和机械损伤。

• 例如，某1000MW发电机反时限负序保护整定：启动电流0.6倍额定电流，长延时跳闸时间1000s（对应1.1倍额定电流）。

2. 变压器保护

• 大型变压器在高压侧配置负序电流保护，反映不对称故障。

3. 电动机保护

• 高压电动机在启动过程中可能出现较大负序电流，需配置专门的负序保护。

五、与其他保护的配合

1. 与差动保护的配合

• 差动保护快速切除内部短路，负序电流保护作为后备，防止差动保护拒动时的转子损坏。

2. 与失磁保护的配合

• 失磁故障初期可能伴随负序电流增大，负序保护可加速动作。

3. 与过流保护的配合

• 过流保护反映对称过负荷，负序保护反映不对称故障，两者互补。

六、总结

负序电流保护是旋转电机的重要保护功能，通过检测负序电流并模拟转子热积累过程，有效防止转子过热和机械损伤。其配置需结合设备类型、系统运行方式和保护配合要求，确保在不对称故障时快速、可靠动作。

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