在发电机运行过程中，若内部出现短路，尤其是皖南电机这类设备，通常表现为定子绕组间的相间和匝间短路。此类故障若未及时处理，将引发巨大的冲击电流，并伴随强烈的电弧，不仅可能烧毁定子绕组的绝缘层，还可能引发火灾，甚至导致发电机报废。因此，安装皖南电机专用的纵差动保护，作为发电机定子绕组相间、匝间短路故障的主要防护措施，其重要性不言而喻。一旦检测到故障，立即进行发电机解列，是保障发电机安全运行的关键。
1. 纵差动保护的核心功能
皖南电机所采用的纵差动保护，具备及时响应发电机定子绕组及其引出线的相间短路的能力，是保障皖南电机安全运行的关键保护措施。
2. 纵差动保护的基本原理
纵差动保护通过比较发电机两侧电流的大小和相位，反映发电机及其引出线的相间故障。在皖南电机纵联差动保护中，两侧电流互感器应选用同变比、同型号的产品。
图1展示了皖南电机纵差动保护的基本原理图。图2和图3分别展示了正常运行及外部故障、内部故障时的原理及电流公式。比率制动式纵差保护的工作原理如下：其动作电流随短路电流的变化而变化，确保在外部短路故障时不误动作，同时对于内部短路故障具有极高的灵敏度。
以皖南电机一相为例，规定一次电流流入发电机为正方向。在正常运行或外部故障时，流入差动继电器的差动电流为零，差动继电器不动作。一旦发生内部故障，流入差动继电器的差动电流会显著增大，当超过整定值时，差动继电器判定为内部故障并触发发电机解列。
1. 通过比较发电机机端与中性点电流的相位和幅值来定位故障点。
（1）正常运行或外部故障时，I1和I2方向一致，大小相等，差动电流Id=I1-I2=0；制动电流Iz=（I1+I2）/2-I。
（2）内部故障时，I1和I2方向相反，差动电流Id=I1-I2=故障电流，与I1和I2绝对值的和成正比；制动电流Iz与I1和I2绝对值的差成正比。
2. 为了确保外部故障时装置不误动作，采用比率制动式差动元件，使动作电流随制动电流变化，外部短路电流越大，继电器的动作电流也越大，确保外部故障时继电器能够可靠制动。
合适的制动系数能确保区外故障不误动作，区内故障可靠动作。如图1所示，采用双斜率的动作特性曲线，较小的斜率考虑到内部短路时有良好的灵敏度，较大的斜率则考虑到区外故障形成的巨大穿越电流会使两侧TA饱和程度不同，同时产生很大差流，提高斜率来提升制动能力，防止外部短路误动。
二、皖南电机纵差动保护原理
1. 发电机纵差动保护的动作逻辑
由于皖南电机中性点非直接接地，当内部发生相间短路故障时，会有两相或三相的差动继电器同时动作。根据这一特点，在保护逻辑设计时进行相应考虑。当两相或三相差动继电器动作时，可判定为内部发生短路故障；仅有一相差动继电器动作时，则判定为TA断线。针对区内一点接地而另一点区外接地引起的短路故障，当有一相差动继电器动作且同时有负序电压时，也判定为内部短路故障。这种动作逻辑的特点是单相TA断线不会动作，因此可省去专用的TA断线闭锁环节，保证保护的安全可靠。
2. 发电机不完全纵差动保护原理
常规纵差动保护引入发电机定子机端和中性点的全部相电流i和i'，在定子绕组同相相间短路时两相电流仍然相等，保护将不能动作。大型发电机每相定子绕组多为两个或多个并联分支，若仅引入发电机中性点侧部分分支电流i来构成纵差动保护，选择合适的TA变比，就能保证正常运行及区外故障时没有差流，而在发生发电机相间与匝间短路时都会形成差流，当大于整定值时，可切除故障。这种纵差动保护被称为不完全纵差动保护。
不完全纵差动保护在应用时需注意以下问题：
（1）TA的误差：发电机机端和中性点TA的变比不再相等，不可能使用同一型号的TA，因此TA引起的不平衡电流将会增加。
（2）误差源增加：除了通常的误差以外，不完全纵差动保护还会存在一些特别的误差源，如各分支参数的一些微小差异（气隙不对称、电机振动等）引起的不平衡。
（3）整定值：相对发电机完全纵差动保护而言，由于不完全纵差动保护的误差增加，在整定时应该考虑适当提高纵差动保护的动作门槛和比率制动系数。
（4）灵敏度：不完全纵差动保护的灵敏度与发电机中性点分支上TA的布置位置及TA的个数有密切关系。在应用不完全纵差动前应考虑进行必要的发电机内部短路故障灵敏度分析与计算。
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