三峡电站分为左岸电站、右岸电站及右岸地下电站3个独立电站，左岸电站装机14台，右岸电站装机12台，右岸地下电站装机6台。三峡左岸电站的14台机组及其附属设备已于1997年9月签订采购合同，ALSTOM公司提供8台水轮机，ABB公司提供8台发电机及相应的发电机—变压器组继电保护设备；VGS集团提供6套水轮发电机组，相应的发电机—变压器组继电保护设备由SIEMENS公司提供。
　　三峡左岸电站14台发电机与14台主变压器分别组成14组发电机—变压器组单元，发电机和变压器之间无断路器(预留发电机断路器的安装位置)，机端接厂用变压器和励磁变压器。两发电机—变压器组在变压器高压侧(500 kV侧)相连组成联合单元，直接接至厂坝之间的500 kV的GIS封闭母线，500 kV母线为1(1)/(2)接线方式，8回出线分别送交流500 kV电网和三峡直流换流站。三峡左岸电站发电机的单机额定容量为700 MW(最大容量为840 MW)，冷却方式为水冷，定子每相为5分支结构，采用自并励励磁方式。

1　发电机—变压器组主保护方案的确定

　　在初步设计、技术设计乃至招标设计阶段，由于没有机组详细的结构和电气参数，当时难以对主保护的选择进行必要的计算，而是依据国家继电保护的有关规程，参考国内外一些大型机组的保护配置方式，并根据国内外继电保护的发展情况，提出了发电机—变压器组保护的初步配置方案。将保护分为两个子系统：子系统A配置发电机不完全差动保护、定子不对称故障保护和变压器差动保护；子系统B配置发电机不平衡保护和变压器差动保护。这些主保护连同其他后备保护的配置方案经过多次专家审查会审查通过。
　　在评、议标阶段，为了使主保护的配置更为合理，以保证三峡左岸水轮发电机组的安全稳定运行，两家供货商分别为机组提供了60多个电气和结构参数、绕组展开图及机组短路特性曲线，在此基础上由清华大学和华中理工大学在各自建立的数学模型上进行了一系列的计算工作，比较了完全纵差保护、不完全纵差保护、裂相保护和发电机不平衡保护这4种保护在分支引出的各种可能组合方式下(包括保护电流互感器(TA)不同的接入方式)，以及在定子绕组各种相间和匝间(包括同相同分支匝间和同相不同分支匝间)故障情况下，流经保护的短路电流及灵敏度数值。最后比较4种保护在同一分支引出组合方式下，发生同一内部短路故障时的保护灵敏度，据此确定主保护的最佳配置方式。
　　计算结果表明，在选取的故障点发生相间短路或匝间短路时，可以得出以下结论：
　　a.完全纵差保护不反应匝间故障，而在任何相间故障时均有很高灵敏度；
　　b. 1匝匝间短路时，各种保护均不动作；
　　c. 3匝～5匝匝间短路时，裂相和不平衡保护可能动作，而不完全差动保护不能动作；
　　d. 7匝以上匝间短路时，裂相、不平衡及不完全差动保护均可动作；
　　e.匝间短路时，裂相保护和不平衡保护的灵敏度相同(理论分析也是如此)，且均高于不完全差动保护；
　　f.相间故障时，不平衡保护的灵敏度很高，而裂相保护和不完全差动保护在极个别情况下灵敏度不足。
　　通过综合分析和比较以后，最终确定三峡左岸发电机的主保护为：在保护子系统A中配置完全纵差保护(87G)和裂相保护(87GUP)；在子系统B中配置不平衡保护(60G)，定子每相分支按1—2—3分支和4—5分支进行分组，在两组引出线上均设电流互感器(TA)，前者TA变比为18000/1，后者TA变比为12000/1，机端TA变比为30000/1，发电机不平衡保护用TA的变比为500/1。

2　保护功能配置

　　三峡左岸电站发电机—变压器组的保护配置除了上述的发电机和变压器主保护外，还包括其它保护方式，如接地故障保护、机组异常运行状态保护、厂用变压器保护、励磁变压器保护以及非电量的保护，具体配置见表1。

表1　保护配置
Table 1　Disposition of protection for Three Gorges Left Bank Power Station

　　ABB公司的保护装置采用ABB网络伙伴的产品REG216。REG216为内部总线(B448C)式多CPU模块化结构。在本工程中，保护系统A，B均配置了两个处理器模块(216VC62a)，主CPU为32位的80486DX—2。
　　VGS公司的保护装置采用SIEMENS公司的产品，由功能分散的多个保护装置组成，每个保护装置又包含若干个保护功能(软件功能块)，保护功能可以根据需要进行激活(投退)，由于每个保护装置承担的保护功能较少，所以采用16位的CPU就足够了。
3.1　定子一点接地保护
　　ABB定子一点接地保护64G由64G1，64G2和64G3三部分组成。64G1的功能通过在发电机中性点接地变压器二次侧注入一个12.5 Hz信号实现，其原理参见图1。64G2基于发电机机端零序电压；64G3基于发电机中性点零序电压。

图1 ABB注入式定子一点接地保护原理
Fig.1 Schematic diagram of stator one plint earth fault prltection of ABB＇s manufacture

　　SIEMENS定子一点接地保护64G由64G1和64G2两部分组成。64G1的功能通过在发电机中性点接地变压器二次侧注入一个20 Hz信号实现，其原理框图见图2；64G2基于发电机机端零序电压。

图2 SIEMENS 注入式定子一点接地保护原理图
Fig.2 Schenatic diagram of stator one point earth fault protection of SIEMENSmanufacture

3.2　励磁绕组一点接地保护
　　ABB励磁绕组一点接地保护经耦合单元给励磁回路注入12.5 Hz信号来实现，原理见图3。

图3 ABB励磁组一点接地保护原理图
Fig.3 schematic diagram of field winding one point earth protection of ABBs manufature

　　SIEMENS励磁绕组一点接地保护通过耦合单元给励磁回路注入一恒定的变极性直流偏置电压信号U_g(1 Hz～8 Hz,50 V)来实现，原理见图4。

图4　SIEMENS励磁绕组一点接地保护原理图
Fig.4　Schematic diagram of field winding
one point earth protection of SIEMENS manufacture

3.3　失步保护
　　保护能检测机组滑动时的进行性变化。当检测到失步时，先输出报警信号，当振荡中心在发电机—变压器组内部、失步运行时间超过整定值或电流振荡次数超过规定值时，保护启动，跳主变高压侧断路器。保护在判定机组已失步后，能在整定的相位差下或在限定的电流值范围内发出跳闸命令。保护能区分短路与振荡、失步振荡与稳定振荡，并具备失步预测功能。
　　ABB失步保护特性曲线见图5，其特征如下：
　　a.记录滑差频率变化0.2 Hz～8 Hz；
　　b.根据振荡中心在发电机—变压器组内外分别设有2个独立的跳闸段；
　　c.根据滑差频率变化自动调节报警角；
　　d.跳闸前的滑极次数可调。

图5　ABB失步保护原理图
Fig.5　Schematic diagram of out-of-step

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