注入式定子接地

注入式定子接地（精选八篇）

注入式定子接地 篇1

对于发电机的故障来说, 定子接地是一种十分普通的现象, 并且当前我国的发电机组中运用最多的就是上述所说的两种定子接地保护, 但是当前我国发电机的单机容量越来越多, 导致定子对地的电容要求也越高, 所以这两种定子保护的方案不能足以支持一些大型发电机组的保护需求, 对于我国的现状来说, 对于定子接地的保护还不够成熟, 所以我们应该将注入式定子接地保护的原理以及现场的调试有机的结合起来, 从而提升我国的相关水平。

2 简述注入式定子接地保护的原理

所谓二十赫兹的定子单相接地保护, 就是在发电子定子回路和地间外加一个二十赫兹的频率较低的电源, 如果发电机没有故障的话, 三相的定子回路对地势绝缘的, 并且该电源只有极小的一些电容电流, 但是当发电机出线单相接地的故障的时候, 加入电压的话, 电流就不会保持恒定, 并且电流也会发生电阻性分量的现象, 因为保护装置的信噪比比较高, 所以微量的偏移电压就能进行可靠的动作, 对于注入电压的频率来说, 要用比较频率比较低的电压, 从而使电容以及电流减少, 并且因为电压的互感器的励磁阻抗, 所以我们所选择的频率也要高于一个限度, 所以确定为二十赫兹, 要想最大程度上保障发电机的绝缘寿命的话, 就要将百分之一到百分之三的发电机额定相电压值设为注入的电压幅值。

对于保护装置要想计算二十赫兹的分量的话, 就要用十赫兹为基频并且利用傅式的计算方法, 之所以选择该方法, 就是因为其能有效得知二十赫兹的分量的同时还能够排除掉其他一些十赫兹的倍频干扰信号, 我们要想对一个发电机组进行检测从而判断其是否发生接地故障以及发生故障的水平的话, 首先要知道如果发生接地故障的话, 定子的绕组对地的阻抗就不会保持不变, 所以我们要使用相关的装置对接地变压器二次测得的二十赫兹电压i以及电流的信号就能知道接地过度电阻的二次值, 并且在通常的发电机组当中, 都会有一个高的定值和一个比较低的定值, 前者的作用主要是进行延时的报警, 后者的作用就是进行延时的跳闸。

3 简述注入式定子接地的调试

我们要想得到比较科学的定子回路接地过度电阻的话, 就要对电压以及电流信号进行准确的测量, 因为现场的中性点接地变压器以及负载电阻和定子绕组回路的电容等的相关数值和实际值是有一定的不同的, 所以我们要使用注入式定子接地保护之前一定要对其进行专业的现场调试从而计算出补偿值以及保护的定值数据。

3.1 简述现场的接线

我们通常所说的该定子接地保护的辅助的电源是RCS-985U型号的, 机箱是6U的, 其中包括方波电源以及带通滤波器和电阻分压器等等, 在接线的过程中我们需要注意一下几个方面, 第一就是电压回路的二次引线是将其直接和负载电阻R的两端进行相连的, 因为这样做能够有效防止电压回路的二次引线短路从而使短路的电流经过中间的电流互感器, 使得定子接地保护装置错误启动。第二就是对于电源的输出线以及电压的二次回路引线来说, 两者必须单独接线, 千万不能进行共用, 主要是如果两者的引线共用的话, 就会出现保护装置的测量电压和保护屏测量是的出入电压以及电源输出线电缆的电阻和接地变压器的二次电阻基本一样, 但是对于实际的注入电压来说, 比较关键的一个影响因素就是电源输出线的电缆分压, 导致测量值不太精准, 所以对两者的引线单独连接的话, 这两根引出线的电缆电阻会讲分压电阻平均加到两边, 最终保证测量的偏差不大。第三就是保障中间电流互感器电流的互感器的接线极性没有问题。第四就是如果要对分压器的分压比按照发生机端单相金属性接地, 选取抽取电压的时候要根据100V左右的选取原则。

3.2 简述现场的几种调试

对于现场的调试来说, 主要有一下几种调试的实验, 分别是电源的空载试验以及负载实验, 还有相角的校正, 短路阻抗补偿的实验和模拟接地故障的实验, 最后是定值的整定和对上述的几种试验结果进行专业的分析以及解决。

所谓短路阻抗补偿试验, 就是用接地变压器的高压侧对地金属性进行短接, 如果是注入式的定子保护的话, 这种故障时比较致命的, 所以注入的电压信号应该是最小的, 这个电压的数值就是往后电压报警回路定值整定的根据, 在对试验进行准备的时候, 要将单中的补偿试验状态的控制字的投入定值, 然后将接地变压器的高压一端对地金属性进行短接, 并且记录这一时刻的电阻以及电抗二次的数值, 然后用这两个值设为电阻以及电抗补偿的输入的定值, 经过上述的补偿之后, 电阻值几乎就是0。

对于电源的空载以及负载实验来说, 空载的话首先就要将外回路保持断路, 然后利用相关装置测得电源在空载的时候的输出电压, 接着将电源短路, 测得此时的电流I, 已知电压以及电流就可以知道电源的内阻是多少, 对于负载试验来说, 首先要在外回路中接入所有的负载电阻, 然后跟上述一样测得电源在负载的情况下的输出电压, 还有就是分压器两端的负载电阻的返回电压以及电压的输入保护装置被分压器抽取之后采样得到的保护装置的测量电压, 然后我们可以将返回值以及测量值和理论值进行对比, 就可以了解上述的接线过程以及分压比是否正确。

4 结束语

通过上述我们可知, 注入式定子接地的原理以及现场的相关调试, 并且对整个过程进行了一定的总结, 并且针对这个过程中出现的电阻, 电抗补偿等等进行了专业的探讨, 得出对于保护的误差来说, 比较关键的就是电阻以及电抗补偿, 相信我们通过调试来不断解决注入式定子接地的问题, 从而最大程度上推动我国发电机组定子保护的发展。

摘要：对于我国的大型的发电机组以及水轮机组来说, 十分常见的就是注入式的定子接地保护, 并且百分之百的定子接地保护主要是两种, 分别是注入式定子接地和基波零序电压以及三次谐波电压保护形成的两种, 并且根据注入式定子接地的保护原理, 并且根据注入式定子接地保护的调试以及调试中的问题进行分析, 共同探讨相对应的措施。

关键词：注入式电子接地保护,原理,调试

参考文献

[1]王同辉.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京:中国电力出版社, 2002:238-248.

[2]毕东.发电机中性点接地装置等效电路的分析[J].继电器, 2003, 31 (01) :12-16.

[3]张石军.大型发电机注入式定子接地保护的现场应用及分析[J].电力系统自动化, 2007, 31 (11) :103-107.

注入式定子接地 篇2

关键词：发电机；定子接地；电压互感器

中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）07-

随着电力事业在我国的飞速发展，一些地区开始呈现出小电网大机组的特征，再加之单机容量的不断增大，使得定子接地保护越来越重要。一般情况下发电机中性点都采用经高阻抗接地的方式或不接地的方式，如果定子绕组采用单相接地，就可能会导致匝间短路或发电机定子绕组相间，因为发电机电压系统在流过故障点时对地的电容电流而生成的电弧可能会将铁芯灼伤。

1 发电机定子接地保护的要求

大型发电机的结构比较复杂，一旦损坏会很难修复，并且大型发电机在整个系统中的地位十分重要，所以需要在大型发电机上安装无动作死区，且灵敏度较高的定子单相接地保护。针对于主变压器直接连接的大规模的发电机定子单相接地保护的要求是可以查出发电机中性点周围保护范围为100%的接地故障，并且要求还需要可以监测出水内冷发电机中性点附近的绕组绝缘下降，绝缘水平会因为中性点附近的漏水现象而降低，不断的漏水现象还可能导致线棒在相邻线槽中绝缘或者同一线槽的损坏，进而引发相间短路或匝间短路。出线端附近如果出线接地故障，发电机中性点对地电压的升高会导致靠近中性点的绝缘下降以及发生部分闪络，最终引发两点接地故障和发电机的严重损坏。在母线上直接联接着的发电机定子绕组如果出线单相接地故障，在忽略消弧线圈的补偿作用并且发电机电压网络的接地电容电流超过5A的时候，应当安装跳闸与动作的接地保护。然而，如果没有设置安装专门的定子绕组接地保护，那么可以利用与母线电压互感器连接的绝缘监视设备产生信号。在发电机电压回路三相对地电容电流超过5A的情况下，应当安装消弧线圈予以补偿，如果三相对地电容电流少于5A的情况下，可以在接地点运行少许时间之后适时移转负荷和停机。据此我们认为接地电容电流大于5A的情况下，铁芯由于灼伤严重将很难修复；如果接地电容电流少于5A的情况下，铁芯只是被轻微灼伤。事实上在运行中，定子铁芯可以被允许存在适当的损坏，被熔化铁芯的体积和被熔化的迭片数量和铁芯被灼伤的程度都需要限制在一点的范围内。

2 发电机定子接地的保护方式

发电机定子接地保护装置在100%保护区大致可以分为两大类：首先是定子接地故障时利用发电机自身的电势产生相对应的电压或电流作为保护的参量。另外定子接地保护的方式是外加电源的，这种发电机定子接地保护装置的原理是当发电机在正常的运行过程中，当发生单相接地故障以及三相定子绕组对地绝缘时，将损坏定子绕组对地绝缘，加入一个信号电源在大地和发电机定子回路之间，如果运行正常，则不会有电流产生，一旦接地故障再次发生，则会引发相应的保护动作，即相对应的接地电流由外加信号电源产生。通常情况下都采用第一种类型，这是由于定子接地保护的方式是外加电源的不可靠。

2.1 零序电流定子接地保护

零序电流定子接地保护装置通常是由安装在发电机端的电流继电器和相应的零序电流互感器组成。如果发电机零序电流保护接在零序电流互感器上，那么它的整定值的选择可以是：（1）零序电流定子接地保护装置的一次动作电流的灵敏度应当较高，并且不能超过5A。（2）在外部的单相接地被避免时，零序电流互感器的一次侧三相导线和发电机自身的电容电流排列不对称，会引发的不平衡电流在二次侧。（3）为避免外部单相接地发电机的瞬间暂态电容电流的影响，则保护装置通常需要1～2s的时限。（4）在相间保护动作的时候需要把接地保护锁闭，以避免外部相间短路引发的不平衡电流，造成接地保护的误动作。

2.2 基波零序电压定子接地保护

基波零序电压在发电机定子回路的各点是相同的，所以定子接地保护以基波零序电压作动作参量根本无法区分接地故障点在发电机的外部或者内部。发电机中性点在大中型发电机组中如果以消弧线圈接地的时候，定子接地仅发信号，同时较小数值的故障电流被补偿；如果发电机中性点在大中型发电机组中以接地变压器高阻接地的时候有较大的故障电流。动作电压一般以5～15V为宜，为使保护动作的选择性得到保护，避免高压侧接地故障的耦合过电压和在正常运行过程中产生的不平衡电压。由于此种保护有超过5%死区，所以在中小型机组的发电机定子接地保护中较为适用。

2.3 100%定子接地保护

针对大中型机组来说，如果出现机械损伤或者其他情况时，在发电机中性点周围的绕组比较容易出现接地故障。如果没有立即发现和处理此种故障，则容易造成定子两点接地故障、相间短路或者匝间短路。因此，100%的定子绕组的接地保护装置在现代大中型机组中是必不可少的。

3 发电机定子接地保护动作的实例分析

3.1 发电机定子接地保护动作的原因分析

100%定子绕组接地保护在很多发电厂可能出现误动，经分析这种情况归因于发电机中性点接地的方式。一般当发电机中性点经消弧线圈接地或者直接接地时，机端三次谐波电压通常要小于中性点的三次谐波电压。机端三次谐波电压在电机的中性点经配电变压器接地时通常要大于中性点的三次谐波电压，保护装置的动作量大于制动量，保护出现误动作。

3.2 处理措施

通常情况下，接地变压器高阻接地故障电流大约是接地电容电流的1.4倍。接地故障电流会随着接地变压器电抗的增大而减小。这不仅会导致限流作用和消弧线圈相比相差甚远，故障点能量加大，而且还可能造成故障电流增大，提高了可靠性和保护灵敏度。发电机中性点接地的方式要与发电机定子接地的保护方式相适应，依据我国相应的发电机单相接地电流允许值的规定来限制保护投入方式，投跳闸需要在接地电流比允许电流大的时候，而投信号在接地电流允许的电流值范围之内。

4 结语

发电机在实际的运行过程中，应当能够应对突发性情况，及时、积极地处理故障，尽可能地把损失降低到最低。发电机中性点接点方式的选择需要考虑传递过电压对绝缘的损耗、暂态过电压、定子单相接地故障电流对铁芯的消耗、正常运行情况下的中性点位移电压以及定子单相接地保护的出口和整定的动作方式等问题。

参考文献

[1] 杨中国.发电机中性点直接接地引起发变组保护动作分析及预防[J].企业科技与发展，2009，（18）.

[2] 唐军武.一起300MW发电机定子接地保护动作及故障分析处理[J].电站系统工程，2010，（1）.

[3] 韦兴安，毛明慧.135MW汽轮发电机定子接地故障的检查与处理[J].企业科技与发展，2010，（20）.

[4] 赵曼勇，舒双焰，赵有铖.高压电网防保护死区电流互感器保护绕组的配置及反措[J].电力系统保护与控制，2010，（5）.

[5] 郭雷，苏延武，赵慧君.RCS系列220kV线路保护“至重合闸”压板功能解析[J].电力系统保护与控制，2010，（5）.

[6] 郭家虎，张鲁华，蔡旭.双馈风力发电系统在电网三相短路故障下的响应与保护[J].电力系统保护与控制，2010，（6）.

[7] 曹亚旭，邵鹏，景中炤，张学众，张志宏，张宏基，靳巍.变压器中性点运行方式分析[J].电力系统保护与控制，2010，（5）.

[8] 徐振，张方军，金文兵.发电机定子接地保护改造方案及其实现过程的分析[J].继电器，2006，（14）.

作者简介：王立文（1975-），吉林白山人，供职于华润电力（贺州）有限公司，研究方向：机电保护。

注入式定子接地 篇3

目前最常用的基波零序电压定子接地保护和三次谐波电压定子接地保护不能独自保护定子全长,只有二者配合才能保护100%范围的定子。其灵敏度不仅与机组参数、短路位置、传递过电压、运行方式等有关,还受定子对地电容增加、中性点接地电阻减小等因素的影响,越来越难以满足大型机组对定子接地保护高灵敏度的要求[1,2,3]。

与基波零序电压保护和三次谐波电压保护相比,注入式定子接地保护不仅原理简单、物理意义明确,灵敏度在整个定子范围内一致,不受故障接地位置、运行方式等的影响,而且在发电机静止和启、停机状态下仍然可以起到保护作用,理论上是一种理想的发电机定子接地保护。但是在工程应用中,注入式保护会受到回路参数尤其是接地变压器参数、测量和转换误差等因素影响。传统注入方案经发电机中性点接地变压器二次侧注入,并在接地变压器二次侧测量,受接地变压器参数影响很大,必须进行繁琐的阻抗补偿试验来确定补偿定值。若补偿定值不准确或回路参数在运行中发生变化会产生很大的测量误差,容易引起保护误动或拒动[4]。

本文简单介绍注入式定子接地保护的原理,重点分析接地变压器模型参数对注入式保护的影响,最后提出一种改进的不受接地变压器参数影响的注入方案,经动模试验证明其有效性。

1 注入式定子接地保护的原理及接地变压器参数影响分析

注入式定子接地保护采用外加电源向定子回路注入20 Hz低频交流信号,保护装置采集注入的低频电压、电流信号,再经过计算,判断故障情况。目前应用的注入式保护一般都是在发电机中性点接地变压器的二次负载电阻两端注入低频信号,保护装置也是在接地变压器二次侧采集电压、电流信号,接线和原理如图1所示[5]。

图中:$\dot{E}{}_{20}$为20 Hz注入源;R20为注入源内阻;Rn为负载电阻;T为接地变压器,变比为n;-jXC为三相定子对地电容容抗;Rg为定子单相接地故障过渡电阻。保护装置经负载电阻Rn抽头采集接地变压器二次侧20 Hz电压$\dot{U}{}_{20}$,经中间电流互感器采集20 Hz电流$\dot{{\rm I}}{}_{20}$,利用导纳法计算出故障接地电阻一次值,如式(1)、式(2)所示。

$R{}_{\text{g}}=\frac{{\rm K}{}_R}{\mathrm{Re}\left(\frac{\dot{{\rm I}}{}_{20}}{\dot{U}{}_{20}}\right)}$ (1)

${\rm K}{}_R=n{}^2\frac{n{}_{\text{d}\text{i}\text{v}}}{n{}_{\text{C}\text{Τ}}}$ (2)

式中:KR为电阻折算系数(综合变比),综合考虑了变压器变比n、负载电阻抽头变比ndiv和中间电流互感器变比nCT。

通过实时计算定子一次对地电阻Rg就能监视定子绕组的对地绝缘状况,达到整定值则启动跳闸或发报警信号。

由于式(1)、式(2)中忽略了一些影响因素,在实际工程应用中计算结果会有很大的误差。为了满足工程应用的误差要求,必须考虑一些测量误差的影响因素。

建立如图2所示的包括接地变压器模型的注入式保护回路模型。

图中:R1,jX1和R2,jX2分别为接地变压器一次绕组和二次绕组的电阻和漏电抗;Rc和jXm分别为接地变压器励磁电阻和励磁电抗[9];所有加“′”值为接地变压器一次侧折算到二次侧的值;Rt和jXt分别为接地变压器Γ形模型的电阻和漏电抗,两种模型得到的计算结果精度相近[2],应用Γ形等效电路计算和现场试验更简单。下面以Γ形模型为例进行分析。

在式(1)基础上,考虑接地变压器模型参数,设rt,xt,rc分别为经测量回路变换后保护装置计算得到的接地变压器漏电阻、漏电抗和并联电阻值,分别对应Γ形等效电路中的Rt,Xt和Rc。

故障接地电阻Rg上电压$\dot{U}{}_{\text{f}}$由保护装置测量得到的值为:$\dot{U}{}_{{\text{f}}^{\prime }}=\dot{U}{}_{20}-\dot{{\rm I}}{}_{20}(r{}_{\text{t}}+\text{j}x{}_{\text{t}})$。

则接地电导为:

令$\dot{U}{}_{20}/\dot{{\rm I}}{}_{20}=r{}_{20}+\text{j}x{}_{20}$,则

$\begin{array}{l}\mathrm{Re}(Y)=\mathrm{Re}\left(\frac{1}{(r{}_{20}+\text{j}x{}_{20})-(r{}_{\text{t}}+\text{j}x{}_{\text{t}})}\right)-\frac{1}{r{}_{\text{c}}}=\\ \frac{r{}_{20}-r{}_{\text{t}}}{(r{}_{20}-r{}_{\text{t}}){}^2+(x{}_{20}-x{}_{\text{t}}){}^2}-\frac{1}{r{}_{\text{c}}}(4)\end{array}$

则接地电阻一次值:

$R{}_{\text{g}}=\frac{{\rm K}{}_R}{\mathrm{Re}(Y)}$ (5)

由式(3)—式(5)可知,计算故障接地电阻的误差取决于3个部分:电压和电流测量误差、电阻折算系数KR、接地变压器模型参数(rt,xt,rc)。

电压、电流测量误差受注入信号大小、保护滤波和相角测量误差等影响,由电力设备和保护硬件决定。在条件允许时,应该尽量增强注入信号[6],加强硬件和软件滤波,补偿测量相角,以减小误差。

电阻折算系数受接地变压器、分压器、中间电流互感器的变比误差影响,可以试验校正。

接地变压器模型漏阻抗参数Rt和jXt直接影响到了故障接地电阻计算的准确性,而铁损电阻Rc影响较小。不考虑接地变压器的漏阻抗参数将会带来很大的误差[2,7,8]。

对接地变压器漏阻抗参数进行补偿可以有效减小电阻测量误差,文献中动模试验数据也验证了此方法的有效性。但是这种传统的补偿方法非常复杂,也不容易补偿准确,补偿参数与实际回路参数不能完全匹配,若注入回路参数发生变化,必须重新进行补偿,否则会造成很大的误差[4]。即使补偿准确,当定子对地经高阻接地故障时误差很大,也不能满足大型发电机组的灵敏度要求。

2 注入式保护改进方案原理及误差分析

鉴于上述原因,传统的注入式保护方案不能满足大型发电机组对定子接地保护灵敏度的要求。在其基础上,本文提出一种改进的注入式保护方案,原理如图3所示。

在改进方案中,20 Hz电压不在接地变压器二次侧的负载电阻两端测量,而是直接在定子侧测量。在定子侧测量20 Hz电压有两种方法:一是在定子中性点侧安装单相电压互感器测量,这种方法可靠性高,但需增加设备;二是从机端电压互感器二次侧开口三角测量,或者直接采用基波零序电压保护的测量电压,再滤波得到20 Hz电压信号,这种方法简便易行。这两种测量方法各有优劣,可根据实际情况选取。这里采用第2种方法进行分析,即从机端电压互感器二次侧开口三角测量20 Hz电压$\dot{U}{}_{20}$,电流$\dot{{\rm I}}{}_{20}$仍然在接地变压器二次侧测量。这样电压测量回路不经过接地变压器,避开了注入回路,而直接测量接地电阻上的电压,不再受接地变压器漏阻抗影响。

此时,需要考虑电压互感器参数的影响,电压互感器的等效电路如图4所示[10]。

电压互感器的模型参数与图2所示变压器模型类似,电磁式与电容式电压互感器也仅在一次侧电抗有所不同。电压互感器二次负载Zb很大(负载轻),达几百欧姆(一般600 Ω左右),其励磁阻抗相对于保护定值也很大,因此有$\dot{U}{}_{20}´\approx \dot{U}{}_{\text{f}}$,即使有幅值或相角的微小误差也可以通过相角和电阻折算系数来校正。此时,定子故障接地电阻一次值为:

$R{}_{\text{g}}=\frac{{\rm K}{}_{R^{\prime }}}{\mathrm{Re}(Y)}=\frac{{\rm K}{}_{R^{\prime }}}{\mathrm{Re}\left(\frac{\dot{{\rm I}}{}_{20}}{\dot{U}{}_{20}}\right)-\frac{1}{r{}_{\text{c}}}}$ (6)

此处电阻折算系数为:

${\rm K}{}_{R^{\prime }}=n\frac{n{}_{\text{Τ}\text{V}}}{3n{}_{\text{C}\text{Τ}}}$ (7)

式中:nTV为电压互感器变比,除以3是由于电压互感器开口三角的测量电压为3倍的单相接地故障电阻上电压。

对于式(6)中铁损电阻Rc的换算值rc,可以在机组正常运行且定子对地绝缘良好时在线测量得到:

$r{}_{\text{c}}=\frac{1}{\mathrm{Re}\left(\frac{\dot{{\rm I}}{}_{20}}{\dot{U}{}_{20}}\right)}$ (8)

这样,注入式保护改进方案直接测量故障接地电阻上电压,相对于原方案避免了接地变压器漏阻抗参数的影响,不用再进行漏电阻、漏电抗补偿;接地变压器铁损电阻Rc可以在线测量,也不需试验补偿。改进方案除了装置自身的测量回路相角误差需要校正之外,不再需要补偿,大大简化了注入式保护的调试,同时也避免了因补偿不准确或回路参数变化导致的测量误差和保护误动。

此外,还需要考虑电压互感器异常对保护的影响。可以利用保护注入回路异常监视来判断电压互感器异常现象,逻辑如图5所示[4]。图中,Uerr和Ierr为20 Hz电压、电流回路监视定值。

若电压测量回路断线或电压互感器匝间短路,电流I20不升高,且电压U20降低,报注入回路异常,闭锁保护。可见,电压互感器异常并不会引起保护误动。其他逻辑与传统保护方案相同,此处不再赘述。

3 注入式保护改进方案试验验证

为验证改进方案的有效性,进行了动模试验。模拟机组参数为:发电机额定电压18 kV,定子侧每相对地电容3.6 μF,中性点接地变压器变比18 kV/0.866 kV,二次负载电阻0.683 Ω。外加电源采用CSN-18定子接地保护20 Hz辅助电源装置和CSN-19定子接地保护带通滤波器。注入式保护为CSC-300发变组保护装置。分别按照原有注入式保护方案和改进方案进行接地电阻测量。原保护方案的电阻、电抗补偿值rt和xt分别为1.441 Ω和0.043 Ω;改进保护方案不再进行补偿。最后的测量结果如表1所示。

上述试验结果数据充分验证了改进保护方案的有效性和准确性,在不进行补偿的情况下改进保护方案能够达到原方案精确补偿后的精度,能够满足保护的误差要求。改进保护方案与原方案相比,其最大的优点是完全不受接地变压器漏阻抗的影响,可在线测量接地变压器对地铁损电阻,不再需要电阻、电抗补偿,不但避免了参数补偿不准确或注入回路参数变化带来的误差,而且简便易行,利于工程应用。

4 结语

本文简单介绍了注入式定子接地保护传统的经发电机中性点接地变压器二次负载电阻注入方案的原理,重点分析了接地变压器参数对注入式保护的影响。基于传统注入式保护方案,提出一种改进的注入式保护方案,改进方案基本消除了接地变压器参数的影响,不再需要进行电阻、电抗补偿,避免了参数补偿不准确或注入回路参数变化带来的误差,动模试验结果数据证明了改进方案的有效性。

参考文献

[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京:中国电力出版社,2002.

[2]毕大强,王祥珩,王维俭.发电机中性点接地装置等效电路的分析[J].继电器,2003,31(1):12-16.BI Daqiang,WANG Xiangheng,WANG Weijian.Analysis onthe equivalent circuit of grounding equipments at the neutral ofpower generator[J].Relay,2003,31(1):12-16.

[3]曾祥君,尹项根,陈德树,等.注入信号法补偿式高灵敏度发电机定子接地保护[J].中国电机工程学报,2000,20(11):51-55.ZENG Xiangjun,YIN Xianggen,CHEN Deshu,et al.Groundfault protection for generator stator windings with inductancecompensating based on injecting signal[J].Proceedings of theCSEE,2000,20(11):51-55.

[4]刘亚东,王增平,苏毅,等.注入式定子接地保护的现场试验、整定和分析[J].电力自动化设备,2012,32(10):150-154.LIU Yadong,WANG Zengping,SU Yi,et al.Field testing,setting and analysis of injecting source-based stator ground faultprotection[J].Electric Power Automation Equipment,2012,32(10):150-154.

[5]张琦雪,席康庆,陈佳胜,等.大型发电机注入式定子接地保护的现场应用及分析[J].电力系统自动化,2007,31(11):103-107.ZHANG Qixue,XI Kangqing,CHEN Jiasheng,et al.Fieldapplication and analysis of the stator earth fault protection withvoltage injection for large-sized generator[J].Automation ofElectric Power Systems,2007,31(11):103-107.

[6]张琦雪,陈佳胜,沈全荣.大型发电机中性点配电变压器电阻接地选型设计[J].中国电机工程学报,2007,27(增刊1):89-93.ZHANG Qixue,CHEN Jiasheng,SHEN Quanrong.Lectotypeand design of neutral grounding transformer and load resistor forlarge-sized generator[J].Proceedings of the CSEE,2007,27(Supplement 1):89-93.

[7]毕大强,王祥珩,余高旺,等.高准确度外加20Hz电源定子单相接地保护的研制[J].电力系统自动化,2004,28(16):75-78.BI Daqiang,WANG Xiangheng,YU Gaowang,et al.Development of a high accuracy stator ground fault protection byinjecting 20 Hz voltage[J].Automation of Electric PowerSystems,2004,28(16):75-78.

[8]李德佳,毕大强,王维俭.大型发电机注入式定子单相接地保护的调试和运行[J].继电器,2004,32(16):51-56.LI Dejia,BI Daqiang,WANG Weijian.Adjustment andoperation of injection voltage scheme against the stator single-phase-to-ground fault of large generators[J].Relay,2004,32(16):51-56.

[9]查普曼.电机原理及驱动——电机学基础[M].4版.北京:清华大学出版社,2008.

注入式定子接地 篇4

目前,国产注入式定子接地保护在大机组中的应用还比较少见,该保护的设计、整定、调试都有一定的新颖之处。本文总结了该型注入式定子接地保护在海门1号机组的现场调试情况,并对1号机组启动期间定子接地引起保护动作情况进行了分析,供同型机组借鉴参考。

1 注入式定子接地保护的简介

1.1 海门1号机组简介及其定子接地保护

如图1[1,2]所示,1号机组以发电机-变压器单元接线接入500 k V配电装置,发电机经出口断路器与1号主变、1A高厂变和1B高厂变相连。发电机中性点采用经接地变压器的高阻接地方式。

注入式定子接地保护是由RCS-985U低频注入电源装置和RCS-985G保护装置2部分组成。电源装置提供20 Hz低频电压信号经中性点接地变压器注入到发电机定子绕组中,当发电机定子绕组发生接地时,保护装置检测到注入的电压、电流信号发生变化,通过计算低频电压、电流信号之间的关系,可准确计算出接地故障电阻的阻值。海门1号机组参数如下(2)-(5):发电机额定容量1 036 MW,发电机额定电压27 k V,定子对地电容0.209 6μF/相,发电机出口断路器、发电机侧电容0.13μF/相,发电机出口断路器、主变侧电容0.26μF/相,接地变压器容量60 k V·A,接地变压器电压变比27/1.1,负载电阻1.45Ω。

1.2 保护原理[3,4,5]

当发电机定子绕组对地绝缘正常时,注入到定子绕组的低频电流主要是流过定子绕组对地电容的容性电流,当对地绝缘老化或出现接地故障,注入的电流将流过接地故障点(图2中箭头所示),出现一部分电阻性电流。图2所示为等效的零序电路,图中,US为注入式电源电压,ULF0为注入的20 Hz零序电压,ILF0为注入的20 Hz零序电流,Rin为等效电源内阻,Rn为变压器负载电阻,C∑为发电机定子绕组侧系统对地电容(一相),RE为单相接地故障电阻。

由图2,接地电阻一次值RE可以由二次测量值RE.sec经以下公式算出:

其中,K是实际电阻RE与一次测量电阻RE.pri之间的折算系数,由实际测量结果确定。

可见,保护装置检测注入的低频电压、电流,通过导纳法可准确计算出接地故障的过渡电阻阻值,计算的电阻阻值与定子绕组的接地故障位置无关,可以反映发电机100%的定子绕组单相接地,并且整个定子绕组各处具有相同的保护灵敏度,不受接地位置影响,无保护死区。该保护不受机组运行工况的影响,在发电机静止、启停过程、空载运行、并网运行等各种工况下均能可靠工作。

2 注入式定子接地保护调试

2.1 静态试验

静态试验内容主要是检验RCS-985U低频电源装置和RCS-985G保护装置的基本性能是否达到产品技术说明书里规定的技术要求,是在装置上电以后,且与系统未联接的情况下进行的。

a.低频电源检查。将输出端开路,测得开路输出电压28.9 V,用示波器观察输出电压为方波;将输出端短路,测得短路电流3.08 A,表明电源有足够的短路电流输出能力。

b.保护装置采样精度检查。用继电保护仪模拟输出20 Hz低频电压、电流信号,输入到RCS-985G保护装置的相应通道,然后检查其采样精度及线性度是否符合技术要求。

2.2 发电机静止状态现场试验[6,7]

注入式定子接地保护定值与现场一次设备参数及安装方式紧密相关,靠事先计算误差很大,因此,注入式定子接地保护主要定值和参数都须现场试验获取。

发电机静止状态现场试验要求具备的条件是注入式定子接地保护二次系统已安装完成并且检查回路接线正确,整个电气一次系统安装完成,相关试验完毕,并且按照实际进行连接,即与发电机定子绕组相联的设备都要连接上,包括出口断路器、1号主变、1A高厂变、1B高厂变、励磁变、发电机TV、中性点接地变等均需在实际运行状态,以保证定子绕组侧系统对地电容与实际工况一致。

2.2.1 实测补偿参数

a.实测补偿相角。如图2所示,在正常状况下ILF0=3ωC∑ULF0/n2,为容性电流,其滞后注入电压ULF0的相位为270°。由于电压、电流回路的非线性及保护装置测量回路的相位延迟,保护装置的实测相角一般达不到270°,必须根据测量结果进行补偿。实测补偿相角结果见表1。

(°)

b.实测补偿电阻。发电机静止状态下,将接地变压器高压侧短路,即模拟发电机中性点金属性接地故障,此时实际接地电阻为0Ω。由于接地变存在感性线圈和损耗电阻以及测量误差,导致保护装置的测量电阻、测量电抗均不为0Ω,因此,必须对电阻和电抗进行补偿。实测补偿电阻结果见表2。

Ω

2.2.2 实测电源监视定值

外接电源式定子接地保护的正常工作完全依赖于外接低频电源的可靠工作,因此必须实时监测电源工作情况,当电源发生故障时立即报警。

发电机静止状态下,将接地变压器高压侧短路,即可得到最低的注入电压Umin,则“电压回路监视定值Uset”整定为Uset=KrelUmin,其中可靠系数Krel为0.4~0.7。如果监测到电压低于此值,即认为出现电压互感器回路短路、开路,包括RCS-985U电源装置输出异常等问题,装置将会报警并闭锁出口。

发电机一次设备安装完成的情况下,将发电机出口断路器分断,发电机仅与励磁变相连接,发电机TV、中性点TV等相关设备均在工作位置的情况下,投入低频电源,此时的电源电流即正常状态下的最小电流Imin,则“电流回路监视定值Iset”整定为Iset=KrelImin,其中可靠系数Krel为0.4~0.7。如果电流监测低于此值,即认为电流互感器回路出现短路、开路,包括RCS-985U电源装置输出异常等问题,装置也将会报警并闭锁出口。实测结果见表3。

2.2.3 定子绕组单相接地静态模拟试验

由于测量误差、计算误差以及补偿系数误差等的存在,装置测出的接地电阻值与实际接地电阻值仍存在一定差距。根据实际试验结果发现,保护装置实测接地电阻的相对误差基本呈现单调增长的规律,因此可以引进一个折算系数K来消除此误差。

发电机静止状态下,如图1所示,在中性点与大地之间接入一个阻值与报警定值和跳闸定值接近的标准电阻RE,读取保护装置对此电阻测量值RE.pri(预设K=1),再根据式(1)确定出K=RE.pri/RE。由于海门1号机组报警定值1 kΩ,跳闸定值5 kΩ,因此选择标准校正电阻为两者的中间值RE=(1 kΩ+5 kΩ)÷2=3 kΩ,此时保护装置测量电阻一次值RE.pri=0.682kΩ,则K=RE.pri/RE=3 kΩ/0.682 kΩ=4.4。在装置中整定新的K值为4.4,然后用不同阻值的标准电阻校核保护装置测量精度,测试结果见表4,测量误差符合技术说明书要求。调整K值重复测量直至合格。

注:e为误差。

根据以上试验测得的实测参数对保护装置进行整定后,可以认为保护装置的各项参数已经与1号机组实际情况相匹配。

2.3 发电机30%额定电压空载状态现场试验[8]

理论上,发电机静止状态与发电机空载状态的接地电容是不变的,但是为了检验在实际状态下保护装置及低频电源装置的工作情况,实际模拟发电机定子接地,检验装置的动作情况。为安全起见,在发电机30%额定电压情况下进行。

试验在发电机空载状态进行,缓慢升压至8 k V,在发电机中性点与大地之间接入大功率滑线电阻,改变滑线电阻阻值小于报警定值5.0 kΩ,保护装置发报警信号;继续改变滑线电阻阻值小于跳闸电阻定值1.0 kΩ,保护装置出口跳闸。

至此,所有试验结束,保护可以投入运行。

3 定子接地保护动作分析

3.1 故障现象

2009年6月22日17时47分,在海门1号机组的首次整套启动试验过程中,当机端电压升至额定电压运行不久,发电机跳闸。检查DCS信号及1号机组保护装置的动作报告,发现“零序电压+3次谐波”式定子接地保护和注入式定子接地保护几乎同时动作出口,跳开发电机及励磁开关。

保护动作故障录波如图3所示:发现发电机定子C相电压突然完全消失,同时A、B相电压上升为100 V,零序电压58 V,发电机中性点出现零序电流13 A,外接电源式定子接地保护显示接地电阻由3 000 kΩ迅速下降为0 kΩ,以上故障持续延时达到定值0.5 s后保护跳闸,发电机机端电压消失,零序电压、零序电流均消失。当机组跳闸后,“零序电压+3次谐波”式定子接地保护可以复归,但外加电源式定子接地保护仍可测得C相接地电阻为0 kΩ。

3.2 故障分析

小电流接地系统C相单相接地后,接地相对地电容C0被短路,此时电流分布和电压、电流相位关系如图4所示[9,10]。

由图4可见,C相接地后:

中性点电压:

即单相金属性接地时,故障相电压为0,其他两相电压上升为线电压,中性点电压上升为相电压。

C相接地容性电流:

IC=-(IA+IB)=(UA+UB)/(-j XC)

其有效值为

IC=3UphωC∑

将1.1节中1号机组参数代入计算可得IC=3.08 A。

C相接地阻性电流:

IR=Uph/(n2Rn)

将1.1节中1号机组参数代入计算可得IR=17.84 A。

则总的接地零序电流:

与录波值13 A基本接近。

由以上分析可见,本次故障特征与发电机C相金属性接地特征基本一致。

3.3 故障处理

停机后打开发电机封母检查,发现发电机出口断路器C相与封母的软连接铜皮断裂翘起,与封母外壳内壁接触,且封母外壳内壁上有多点白色放电痕迹。据此认定,发电机机端确实发生金属性一点接地故障,定子接地保护动作正确。

在这次机端单相接地事故中,首次应用于百万千瓦机组的外加电源式定子接地保护正确动作,说明其在大机组上的应用值得肯定。还需要说明的是,保护动作后的停机状态下,外加电源式定子接地保护仍可测量接地电阻大小,为检修人员进行故障分析、确定故障点提供了方便,极大地减少了故障处理时间。

4 结语

该保护在工程实际中的成功应用说明,国产注入式定子接地保护已能完全胜任大机组的接地保护,该保护与传统定子接地保护相比,具有不受机组运行工况的影响、无保护死区的突出优点,值得进一步推广,是大机组定子接地保护双重化的新选择。

参考文献

[1]张琦雪,席康庆,陈佳胜,等.大型发电机注入式定子接地保护的现场应用及分析[J].电力系统自动化,2007,31(11):103-104.ZHANG Qixue,XI Kangqing,CHEN Jiasheng,et al.Field appli-cation and analysis of the stator earth fault protection with vol-tage injection for large-sized generator[J].Automation of Elec-tric Power Systems,2007,31(11):103-104.

[2]兀鹏越,胡任亚,陈飞文,等.1 036 MW机组的电气整套启动调试[J].电力建设,2010,31(7):103-104.WU Pengyue,HU Renya,CHEN Feiwen,et al.First start-up anddebugging test of complete electrical system of 1036 MW unit[J].Electric Power Constructions,2010,31(7):103-104.

[3]李德佳,毕大强,王维俭.大型发电机注入式定子单相接地保护的调试和运行[J].继电器,2004,32(16):51-56.LI Dejia,BI Daqiang,WANG Weijian.Adjustment and operationof injection voltage scheme against the stator single-phase-to-ground fault of large generators[J].Relay,2004,32(16):51-56.

[4]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].2版.北京:中国电力出版社,2002:111-113.

[5]贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理[M].3版.北京:中国电力出版社,1994:194-197.

[6]张琦雪,陈佳胜,陈俊,等.大型发电机注入式定子接地保护判据的改进[J].电力系统自动化,2008,32(3):67-68.ZHANG Qixue,CHEN Jiasheng,CHEN Jun,et al.Improvementon criterions of stator earth fault protection with voltage injec-tion for large-sized generators[J].Automation of Electric Power Sys-tems,2008,32(3):67-68.

[7]唐云龙,赵斌,郭宝甫,等.定子接地基波零压和20 Hz低阻保护的一些问题探讨[J].继电器,2007,35(12):79-80.TANG Yunlong,ZHAO Bin,GUO Baofu,et al.The discussion ofzero sequence voltage and 20 Hz low resistance protection forstator grounding fault[J].Relay,2007,35(12):79-80.

[8]张文斌,兀鹏越.华能海门电厂1号机组(1 036 MW)整套启动调试报告[R].西安:西安热工研究院有限公司,2009.

[9]国家电力调度通讯中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京:中国电力出版社,2002:10-11.

注入式定子接地 篇5

发电机定子单相接地保护一般可以采用2种保护原理实现:发电机基波零序电压与3次谐波电压构成的保护原理、低频电源注入式保护原理。由于前者存在绝缘水平不能检测,且3次谐波电压电气量有不可靠因素等[1],因此目前大部分大型发电机均采用注入式定子单相接地保护。该保护原理将外部20 Hz的电源施加在发电机机端接地变压器(或中性点接地变压器)二次侧,产生回路电流;保护设备通过检测二次侧20 Hz电压值和电流值,计算其阻抗的大小,折算出一次侧接地电阻的大小,以决定保护的动作行为[2]。外加20 Hz电源的稳定性、可靠性对定子单相接地保护的灵敏性和准确性有很大的影响[3]。目前,一些厂家的20 Hz电源一般由20 Hz方波逆变器和LC带通滤波器组成,这两者共同的不足之处是输出电压不可调节和外部接口不灵活。

在本文所提方案中,方波逆变器的控制和检测全部由微控制单元(MCU)来实现,可以通过整定定值的方式让逆变器工作在非移相模式或移相模式下,在移相模式下输出电压可调节。MCU的脉冲宽度调制(PWM)接口和输入捕捉接口,分别实现控制脉冲形成和电压频率检测等功能,且检测值具有很高的精度。MCU丰富的引脚资源和通信接口,可以方便而灵活地实现20 Hz电源的其他辅助功能。另外,针对发电机定子单相接地故障时,在20 Hz 电源端口出现几百伏的50 Hz信号会损坏逆变器内部电路的问题,本文作了详细的分析,并提出了一种电压钳位保护电路设计方案,所提方案在上述情况下可以防止电源内部损坏。

120 Hz电源系统的组成

20 Hz电源系统如图1所示。

图1中,V1～V4为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET);L为滤波电感;C为滤波电容;Ro可以看做是电感L的交流电阻(电容的等效串联电阻很小,可以忽略)与LC回路外部串联电阻(实际中用于调整谐振电流值)之和;RCL为A点与B点间的负载电阻;Cb为母线电容。由图1可以看出,20 Hz电源系统主要由AC/DC单元、全桥逆变单元、LC带通滤波器单元、电压钳位单元和MCU控制单元组成。

AC/DC单元的主要作用是提供逆变器输入,同时提供隔离。电源支持双路输入,输入电源可以取自专用电压互感器的二次侧(单相或三相)或直流屏的直流电源,保证在停机状态或启停机过程中有可靠的电源供给。在只有1路输入电源的场合,将2个电源模块的输入并接在一起,使2路AC/DC模块进行并联冗余,以提高电源的可靠性。每个电源模块的功率在100 W左右,选用的电源模块具有均流控制功能,其输出具有过压保护和过流保护功能,且输入与输出之间有很强的隔离电压的能力。

全桥逆变单元由4个MOSFET(其内阻很小)、4个二极管(也可以直接用MOSFET体内二极管)和驱动电路组成。来自MCU 中PWM端口的驱动脉冲,经光耦隔离后,送至专门的驱动器,驱动器输出再控制桥臂上MOSFET的通断。在非移相模式下,桥臂上4个MOSFET的驱动时序为:V1与V3的驱动信号同相,V2与V4的驱动信号同相,它们之间相位相差180°,并设有一定的死区以防止桥臂直通。在移相模式下,驱动时序为:V1与V4的驱动信号反相,V3与V2的驱动信号反相,V3超前V1一定的角度,即移相角β。根据实际应用需求,可以调整β的大小以实现输出电压的调节。当β=0°时,逆变器工作在非移相模式下[4],逆变器工作模式的变化由MCU来控制。另外,驱动脉冲的状态受其他控制信号的影响,例如外部脉冲闭锁信号、CPU复位信号等,当这些信号有效时,封锁驱动信号,逆变器停止工作。

LC带通滤波器单元是20 Hz电源中一个关键的组成部分,LC参数决定滤波器的特性。电压钳位电路主要是抑制发电机单相接地故障时,产生的50 Hz电压信号对逆变器内部电路的冲击。

MCU控制单元以dsPIC33FJ128GP706A单片机为核心,实现逆变器控制脉冲的形成、输入电压和输出电压的检测、输出电压频率的检测,以及开入和开出等功能,整个控制回路与功率回路是隔离的。dsPIC33FJ128GP706A是一款内部资源和接口都很丰富的16位单片机,广泛用于电力系统二次控制保护设备中,它包含2个控制器区域网络(CAN)、2个异步串行数据(UART)总线、内置集成电路(I2C)总线、串行外设接口(SPI)等通信接口,2个10位或12位模数转换器,9个16位定时器,输入捕捉和PWM接口等。控制脉冲的脉宽和频率通过配置时钟寄存器和PWM端口寄存器来实现,20 Hz频率的精度能达到±0.05 Hz。电压和频率信号通过模拟比较回路和光耦隔离后,送至输入捕捉端口,实现信号量的检测。开入、开出信号主要包括外部封锁脉冲输入信号、外部复位钳压电路输入信号、电源异常报警输出信号、钳压电路状态信号等,这些信号的控制都是由MCU的引脚实现。同时可以通过CAN总线,将20 Hz电源的状态信息送至发电机保护装置。当MCU出现复位或死机时,MCU外围硬件电路会直接封锁逆变器的驱动脉冲,逆变器停止工作,同时将故障状态送至保护装置,以避免保护误动。可见,采用MCU作为方波逆变器的控制单元,具有很强的灵活性和可靠性。

该方案中20 Hz电源最大输出容量为150 VA,负载能力强,可以用于机端接地变压器或中性点接地变压器的二次侧,适用于各种容量的汽轮发电机、水轮发电机、燃气轮发电机、抽水蓄能发电机等注入式定子保护。为了减小20 Hz电源的正常负荷,外部回路负载电阻大于0.5 Ω比较合适。

2 带通滤波器的设计

带通滤波器是20 Hz电源的一个重要单元,它主要有2方面的作用:一是从20 Hz方波逆变器的输出中滤出基波,该基波电压施加在负载电阻和机端接地变压器(或中性点接地变压器)的二次侧,用于保护计算;二是当发电机机端发生单相接地故障时,在负载电阻上产生几百伏的50 Hz电压,滤波器可以抑制该电压信号对逆变器内部电路的冲击。下面就滤波器参数的计算和选择作详细的分析,以指导工程实践的具体应用。滤波器等效电路如图2所示。

图2中,Uin为20 Hz方波电源,RL为负载电阻。定义R=Ro+RL,则$\frac{U{}_{\text{o}}}{U{}_{\text{i}\text{n}}}$的增益函数G(jω)为:

$G(\text{j}\omega )=\frac{1}{1+\text{j}Q\left(\frac{\omega }{\omega {}_0}+\frac{\omega {}_0}{\omega }\right)}\frac{R{}_{\text{L}}}{R{}_{\text{L}}+R{}_{\text{o}}}(1)$

式中:Q为品质因数,ω0为LC谐振频率,

$\{\begin{array}{l}Q=\frac{\omega {}_0}{R}L=\frac{1}{\omega {}_{0}RC}\\ \omega {}_0=\frac{1}{\sqrt{LC}}\end{array}(2)$

增益G(jω)的幅值A为:

$A=|G(\text{j}\omega )|=\frac{1}{\sqrt{1+Q{}^2\left(\frac{\omega }{\omega {}_0}+\frac{\omega {}_0}{\omega }\right){}^2}}\frac{R{}_{\text{L}}}{R{}_{\text{L}}+R{}_{\text{o}}}(3)$

LC滤波器的带宽Bw为:

$B{}_{\text{w}}=\frac{\omega {}_0}{Q}(4)$

从式(4)可以看出,如果要得到一个通带很窄的带通滤波器,其品质因数Q要尽可能大。但高Q值在实际加工中很难实现,另外,高Q值对L和C的耐压值提出了要求。在谐振点时,电感电压UL和电容电压UC是电源电压的Q倍,即

UL=UC=QUin (5)

在实际应用中,取20 Hz方波的输出电压峰值为25 V,在非移相模式下,20 Hz方波的基波有效值为22.5 V,峰值约为32 V。从式(5)可以看出,当Q=20时,UC的有效值为450 V,峰值为640 V。对于大容量且耐压值高的薄膜电容,其体积比较大。

根据理论分析计算,结合电感的加工工艺及体积影响等因素,选取L=630 mH,C=99 μF(用3个33 μF的薄膜电容并联而成)。实际加工出来的电感交流电阻约为5 Ω;结合一些典型的工程应用,LC回路外部串联电阻为0～3 Ω。负载电阻RL为0.5～10 Ω,主要根据一次系统的要求确定,若阻值选择太大,则一次系统会出现过电压现象;阻值选择太小,会增加20 Hz电源的功率。考虑到电容C有±10%的偏差,需要通过调整电感L的感量来保证LC滤波器的中心频率为20 Hz,可以考虑采用分接头调整电感的感量。在电容正偏差最大时,电感L的感量最小,滤波器的Q值减小,带宽增大,对高次谐波抑制能力减弱,此时滤波器的效果最差。

3 电压钳位的设计

根据不同的应用,20 Hz电源一般从机端接地变压器二次侧或中性点接地变压器的二次侧注入。机端接地变压器的原边绕组一般接成Y形,副边为开口三角形,变比一般选为$(U{}_{\text{Ν}}/\sqrt{3}):(500/3)$,中性点接地变压器变比一般选为$(U{}_{\text{Ν}}/\sqrt{3}):500$。当发电机定子发生单相接地故障时,变压器的二次侧电压值为500 V,考虑到一次侧电压有5%的偏差,在最坏的情况下该电压为525 V。该电压在故障切除之前,一直施加在负载电阻上,即20 Hz电源的输出端口上,其等效电路如图3所示。

图3中,交流电源有效值为525 V;带通滤波器的参数按最恶劣的情况进行选择,即L=573 mH,C=108.9 μF,Ro=5 Ω;A点和B点分别为2个桥臂的中点,也是方波的输出端口。

从图3可以看出,A点和B点的电位是方波逆变器与50 Hz信号共同作用的叠加结果。从逆变器看过去,A点和B点是方波的输出点;从50 Hz电源看过去,A点和B点是整流电路的输入点。为防止逆变器受到50 Hz信号的冲击,必须确保A点和B点相对逆变器内部参考地的电压不能太高。根据逆变器内部器件参数,该电压不能高于200 V,否则内部器件会损坏,从而损坏逆变器。

1)当故障发生时,方波逆变器输出正常,即20 Hz电源系统正常时,A点和B点对逆变器内部参考地的电压波形为20 Hz方波与50 Hz波形的叠加。图3中A点的电压仿真波形如图4所示。

由图4可以看出,在上述情况下,50 Hz故障电压对逆变器内部电路不会产生过电压冲击。

2)当故障发生时,若此时逆变器处于闭锁状态或因故障而停止工作,则50Hz的故障电压(或其他干扰电压)会损坏逆变器内部电路,进一步扩大事故。原因是:如果逆变器停止工作,此时对于50 Hz信号而言,逆变器是一个不可控整流桥,等效电路如图5所示。

电容Cb端的电压接近50 Hz信号的峰值(约为735 V),则A点和B点对参考地的电压基本等于该电压。这几百伏的电压可以损坏逆变器内部电路,造成不可逆转的损坏。因此,需要采取措施将A点和B点之间的电压控制在合理的范围内。

为解决上述问题,本文提出了一个电压钳位电路方案,如图6所示。该方案是在A点和B点之间加一个负载电阻RCL和开关S。正常工作时,S是断开的。

当出现图5中所描述的情况时,电压检测回路会检测到B点电压高于设定值(例如100 V),通过电压钳位控制回路将开关S合上,将RCL投入,此时,对于50 Hz信号而言,就构成了L,C,Ro,RCL回路。钳位电阻的选择要考虑其功耗、体积大小、钳压效果等因素,这里选择RCL=25 Ω。在L=573 mH,C=108.9 μF,Ro=5 Ω,UAC=735 V(峰值电压)的条件下,计算出UAB=104 V,此时A点和B点对参考地的电压约为150 V,不会损坏逆变器内部电路,这样就实现了电压钳位的功能。钳位电路带自保持功能,即电阻投入后,即使B点电压低于动作门槛值,电阻还是处于投入状态;如果要切除电阻,需要外部钳位复位信号来控制,另外,可以将钳位电路的状态上送。这些功能都是由输入输出电路实现的。

4 结语

本文所提出的以MCU为控制核心的20 Hz电源方案接口丰富、应用灵活、可靠性高。该方案已在一台150 VA的样机上实现,20 Hz信号能满足实际的应用需求。

参考文献

[1]姚晴林,赵斌,郭宝甫,等.自适应20Hz电源注入式定子接地保护[J].电力系统自动化,2008,32(18):71-73.YAO Qinglin,ZHAO Bin,GUO Baofu,et al.Self adaptivestator grounding protection based on injecting 20 Hz electricsource signal[J].Automation of Electric Power Systems,2008,32(18):71-73.

[2]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].2版.北京:中国电力出版社,2002.

[3]毕大强,王祥珩,余高旺,等.高准确度外加20Hz电源定子单相接地保护的研制[J].电力系统自动化,2004,28(16):75-78.BI Daqiang,WANG Xiangheng,YU Gaowang,et al.Development of a high accuracy stator ground fault protection byinjecting 20 Hz voltage[J].Automation of Electric PowerSystems,2004,28(16):75-78.

发电机定子接地保护动作情况分析 篇6

某电厂采用发电机主变单元接线形式,装机容量为2×350MW。发变组配置2套南瑞继保RCS-985A保护,其机端电压都取自机端不同TV的二次侧,中性点电压都取自发电机中性点TV二次侧。故障发生时,2台机组正常运行;DCS发“发电机故障”报警,#2机组发变组A、B套保护屏均报“定子零序电压”动作;主变高压侧202开关跳闸,灭磁开关跳闸,厂用电切换成功;励磁调节器有“脉冲消失”、“A、B套故障”报警。

1现场检查情况

事故发生后,检查发现发变组A、B套保护屏定子零序接地保护均动作,且动作时间完全一致,还发现动作前2分钟曾启动过1次,但未出口。保护屏定子零序接地保护动作时采样数据见表1。

v

对TV二次回路是否共地进行了检查,未发现异常,因此可排除TV回路因干扰而误动的可能。对发变组采样回路进行加量检查,亦未发现异常。

由表1知,中性点电压高于定值(15V),且机端也出现了零序电压,因此初步判断电气一次侧出现了接地故障。于是对发电机、励磁变、出口避雷器、封母、发电机出口TV逐一进行试验。发电机出口TV B相2TV一次侧直阻比A、C相约小8%;3倍频感应耐压试验反映此TV绝缘不良。更换此TV,发电机开机后未现异常。

2原因分析

下面综合电气一次、二次数据及检查结果进行分析。

(1)因3次谐波电压比率判据可判定发电机中性点25%左右的定子接地,且故障时中性点、机端零序3次谐波电压较正常运行时无明显变化,故判断故障不在发电机中性点25%区域内。

(2)因TV开口三角不存在短路可能,故排除其影响机端三相电压的可能。TV其它二次绕组也未短路,因此不会反向影响一次系统电压。

(3)结合TV二次绝缘、接地良好,220kV系统无零序电压且电流无明显变化,6kV无零序电压的情况,可初步排除外部接地耦合零序电压及二次强干扰引起故障的可能。由故障时中性点电流从正常的0.1A增至0.4A,可得出此时中性点电压为1 433V,折算至二次为16.5V,与表1数据基本吻合,这也映证了二次无强干扰,一次三相阻抗不平衡的事实。另外,故障时匝间保护TV二次与开口三角电压保持不变,所有TV二次绕组的N600都接于同一根铜排也间接说明了此时电气二次无强干扰,发电机内不存在匝间短路。

(4)DCS中中性点零序电压变化情况(如图1所示)与保护动作情况相吻合。发电机中性点零序电压超过定值时接地保护开始启动,但因电压即刻下降(低于15V),且接地保护需在启动后延时5s动作,故接地保护未能动作。但约2min后,发电机中性点零序电压又增大(高于15V)且持续5s以上,故接地保护动作出口。

(5)发变组保护A、B屏的发电机出口TV B相电压及零序电压存在差异,折算到一次有282V的差别。TV外部故障一般不会导致如此大的差别,因此结合发电机出口TVB相2TV一次侧直阻比A、C相约小8%,比上次试验测量数据约小8%以及该TV耐压试验未通过的情况,可确定是由该TV一次绕组匝间短路导致的三相对地电阻不平衡。该TV发生故障后变比发生变化,故B相2只TV二次电压不同。

(6)从保护录波数据可知,保护动作时机端三相电压不平衡,机端产生了11V(二次)左右的零序电压;中性点电压均为15.08V,达到动作值;220kV零序电压及各回路电流均无异常。根据定子接地保护动作原理,保护动作出口。

3防范措施

(1)半绝缘TV故障率高且需专用的3倍频感应耐压试验设备检验其性能,因此在条件许可和必要时,将半绝缘TV更换为全绝缘TV,以提高设备可靠性,杜绝此类事件的再次发生。对于新建电厂,建议采用全绝缘TV。

(2)加强电气设备绝缘监管工作,除按《电气设备预防性试验规程》做好常规试验外,在机组调停期间,对发电机出口半绝缘TV、6kV厂用电系统半绝缘TV做3倍频感应耐压试验,及时掌握半绝缘TV绝缘状况。

(3)加强对发电机机端三相电压、零序电压,机尾零序电压、零序电流的观察,掌握其变化趋势,及时发现异常情况。

摘要：根据保护动作报告、录波数据分析发电机定子接地保护动作原因,并提出相应的防范措施。

关键词：接地,电压互感器,零序电压,短路

参考文献

[1]吴成新.发电机失磁影响分析及处理实例[J].广西电业, 2009,114(09):112,113

[2]李学忠,李勇,等.发电机失磁原因分析与处理方法[J].内蒙古电力技术,2009,27(02):50-52

[3]徐景彪,于长胜.一起失磁故障的原因分析及处理[J].吉林电力,2010,38(04):46,47

[4]孙显初.对汽轮发电机失磁保护出口方式的探讨[J].继电器,2006,34(22):78-80

发电机定子接地保护未正确动作原因 篇7

发电机定子绕组与铁芯之间的绝缘破坏会发生定子绕组单相接地故障, 这是发电机最常见的一种故障。随着发电机单机容量不断增大, 其定子绕组对地电容不断增加, 相应的单相接地电流也不断增大, 一旦发生单相接地故障, 将严重危及定子铁芯, 而且定子单相接地故障往往会诱发相间或匝间短路, 因此, 定子接地保护对于预防定子绕组严重短路故障具有重要意义[1,2]。

1 注入式定子接地保护原理

发电机外加20 Hz注入式定子接地保护接线如图1 所示, 发电机G中性点经过配电变压器Tn接地, 配电变副边并联一接地电阻。外加20 Hz低频电源叠加在电阻上, 通过配电变副边耦合至一次侧。发电机定子绕组侧绝缘正常时, 计算出的接地电阻为无穷大, 一旦发生定子绕组单相接地故障或绝缘下降, 电压U、电流I均发生变化, 从而可计算得到接地电阻值, 动作于信号或跳闸[3,4,5]。

其中: Rn为Tn二次侧接地电阻值, VD为分压电阻, CT为电压互感器。

2 接地保护未正确动作情况

2. 1 电厂情况及事故前运行方式

发电机与主变压器采用单元接线, 发电机出口装设发电机断路器, 发电电压母线采用离相封闭母线, 500 k V开关站采用3 串3 /2 断路器接线, 出线2 回。开关站与变压器高压侧间通过GIS管道母线相连。目前电站500 k V GIS及出线以及1、2、3、4 号机组已投入运行。

2. 2 4 号机组保护动作过程

机组A柜发电机100% 定子接地保护动作跳闸, 电气事故停机, 804 开关跳闸, 4 号机组甩负荷590 MW。发电机保护B柜无异常。

2. 3 接地保护检查情况

一次设备、接地变参数、20 Hz电源以及保护装置, 检查结果均正常。另外, 对发电机定子线圈使用绝缘表进行绝缘测试, 同时也进行了发电机直流泄露试验, 试验数据同以前相比基本一致, 且符合相关标准。

2. 4 误动原因分析

经过20 Hz保护装置进行检查。发现中性点20 Hz电压通道与发电机中性点U0 通道相比存在明显差异, 中性点20 Hz电压通道不平滑, 有畸变现象且相位角滞后3. 3 ms, 即23. 76°。针对此现象, 开展了试验分析。 ( 见图2)

2. 4. 1 模拟电压接线端子松动

模拟20 Hz电压接线端子接触不良, 产生接触电阻, 接触电阻的存在会导致电阻分压降低。在晃动DZ7 与128 之间的接线时, 保护多次启动录波 ( 20 Hz注入式定子接地保护硬压板未投入) 。从采样值看, 晃动DZ7 与128 之间的接线时, 电压的大小及与电流之间的夹角都出现变化, 数据1 的电压降低为正常时的一半, 电流超前电压的角度为88°。数据5 的电压降低为0. 113 V, 电流超前电压的角度为126°。从实验数据可以看出, 晃动接线会导致测量电压下降及角度的变化。

2. 4. 2 模拟误动分析

模拟接线如图3 所示, 采用Matlab仿真模型进行计算, 在分压电阻VD上端增加电阻R, 在分压电阻VD下端增加电容C。

在发电机静态模拟试验。按照图3 的接线图在图接入R = 700 Ω, C = 44. 6 μF, 在发电机静止状态模拟虚接现象。保护的实时参数及录波图如图4 所示:

从图4 中可以看出中性点20 Hz电压通道滞后发电机中性点U0 通道3. 3 ms。

根据录波数据, 采用中性点20 Hz电流与中性点20 Hz电压通道离线计算接地电阻如图5所示。

通过离线计算20 Hz电流大小为0. 015 A、电压大小为0. 504 V; 20 Hz电流超前20 Hz电压的角度为109°; 接地电阻Rg为1. 45 kΩ; 模拟数据与前面分析保护动作情况一致类似。

根据录波数据, 采用中性点20 Hz电流与发电机中性点U0电压通道离线计算接地电阻如图6所示。

通过离线计算20 Hz电流大小为0. 014 8 A、电压大小为0. 335 V; 20 Hz电流超前20 Hz电压的角度为86. 6°; 接地电阻Rg为100 kΩ 以上;测量电阻远大于接地电阻定值。

采用中性点U0通道做计算, 变比为6. 385, 即在Rn两侧电压0. 335* 6. 385 = 2. 14 V, 而中性点20 Hz电压通道计算变比为2, 则VD两侧电压0. 504* 2 = 1. 08 V。

从上面离线分析计算可以看出, 模拟虚接的情况下20 Hz电压减小一半且相角滞后22. 4°, 接地电阻计算值Rg为1. 45 kΩ。这与本次20 Hz定子接地保护情况基本一致。

根据上面的分析, 按照图3 的接线图在图中接入R = 700 Ω, C = 44. 6 μF, 在发电机静止状态模拟虚接现象与本次20 Hz注入式定子接地保护动作情况基本一致。

由以上分析知, 通过现场实验及模拟仿真, 重现了保护误动作现象。分析发现中性点20 Hz电压波形存在比较明显的畸变及角度滞后现象, 正是这个角度滞后导致保护计算错误。基于以上分析及试验情况可以得出20 Hz注入式定子接地保护动作的原因可以定位为20 Hz电压通道出现畸变角度滞后异常及幅值变小一半所致。

3 故障处理

1) 更换机组20 Hz定子接地保护装置接线端子, 使其铜片较厚, 接线面积增大, 压接螺钉力矩增大, 同时更换保护采样板。

2) 使发电机保护装置同时采集用于启停机保护的20 Hz电压信号 ( 由接地变二次侧分压电阻引出) , 同时比较启停机电压信号和20 Hz定子接地保护电压信号, 当一个信号异常时告警、闭锁该保护出口。

3) 增加20 Hz电压同20 Hz电流角度异常的识别、告警及闭锁程序。增加保护装置启动CPU录波启动前的记录时间。

4 结束语

20 Hz注入式定子接地保护不正确动作的原因是20 Hz电压通道出现畸变、角度滞后23. 76 ( 3. 3 ms) 及幅值变小一半所致。对电压端子虚接情况的现场实验、仿真分析情况正好与保护动作情况一致, 进而证实了电压、电流端子出现接触不良的情况, 会导致保护不正确动作。通过及时更改, 保证了发电机的运行正常。

参考文献

[1]王维俭.机变压器继电保护应用[M].北京:中国电力出版社, 2005.

[2]毕大强, 王祥珩, 桂林, 等.基于零序电压故障暂态分量的发电机定子单相接地保护方案研究[J].中国电机工程学报, 2003, 23 (11) :39-44.

[3]毕大强, 王祥珩, 王维俭.基于三次谐波电压故障暂态分量的发电机定子单相接地保护方案研究[J].电力系统自动化, 2003, 27 (13) :45-49.

[4]唐清弟, 谭建华.3ω定子接地保护误动原因分析和对策[J].电力系统自动化, 2001, 25 (1) :59-61.

注入式定子接地 篇8

大型汽轮发电机在电力系统中地位重要, 其定子结构和制造工艺复杂、铁芯检修困难, 被要求装设灵敏性和可靠性较高的100%的定子接地保护。定子单相接地是汽轮发电机最常见的故障, 绕组线棒与铁芯间的绝缘被破坏形成单相接地, 接地电流经故障点、对地电容、定子绕组构成通路。由于大型汽轮发电机采用中性点不接地、或中性点经消弧线圈或配电变压器接地方式, 定子单相接地稳态并不产生大的故障电流, 相应接地保护通常只发信号而不跳闸, 但单机容量的增大使三相定子绕组对地电容增加, 对应的单相接地电流也增大, 容易使定子绕组的绝缘和定子铁芯烧坏, 也容易发展成危害更大的定子绕组相间或匝间短路。

针对大型汽轮发电机定子单相接地通常装设双频式100%保护, 该保护是对基波零序电压保护和三次谐波电压型保护的统称。实践证明双频式定子接地保护配置在可靠性和灵敏性方面并非尽如人意, 有代表性的如出现过多次的双水内冷发电机由漏水引发进而绝缘降低扩大接地故障的事例[1,2,3]。本文具体结合双频式100%保护的误动进行分析, 从源头上阐述造成保护误动的原因, 并提出一些防范措施。同时对外加电源方式的定子接地保护和定子单相接地保护的选择性问题做了简单评述, 最后展望了大型汽轮发电机定子单相接地保护技术的发展前景。

1 基波零序电压保护

1.1 基波零序电压保护原理

大容量机组常按发电机一变压器组单元接线与电网相连, 发电机与系统中其他元件没有电联系, 接地电容电流较小, 所以通过检测机端或中性点处零序电压来判断接地故障, 基于零序电压进行保护。

设A相接地发生在定子绕组距中性点α处, α表示由中性点到故障点的绕组占全部绕组匝数的百分数, 如图1。则机端各相对地电压

因此故障点的零序电压为:

上式表明, 金属性接地故障点的零序电压将随故障点位置的不同而改变, 接地点距离中性点越远保护越灵敏。如果经过渡电阻Rf单相接地, 则Rf越大, 保护死区越大。当中性点接地方式不同时, 零序电压保护在定子绕组不同故障点所容许的过渡电阻不同, 即单相接地的灵敏度不同, 也会从而影响保护范围。

1.2 不平衡电压的影响

发电机正常运行时, 零序电压互感器的测量会存在一定的不平衡电压, 从而造成一定的保护死区。其来源主要有3点:1) 发电机定子绕组感生的三次谐波电势, 通常需要采取在继电器内前置三次谐波滤波环节, 使其主要输出基波零序电压;2) 由于发电机三相绕组对地电容不完全对称, 中性点会存在一定的位移电压;3) 电压互感器饱和引起的测量误差和机端三相PT各相间的变比误差, 主要是PT一次绕组对开口三角绕组之间的变比误差。因此零序保护的动作电压Ud 0 (α) 应按躲过正常运行时中性点单相电压互感器或机端三相电压互感器开口三角绕组的最大不平衡电压整定。大型汽轮发电机基波零序过电压保护在整定时最小整定为5 V, 动作死区为中性点侧5%, 动作区为95%。

1.3 区外接地故障的影响

大型汽轮发电机的主变高压侧系统和其高压厂用变低压系统发生单相接地故障都有引起保护误动的先例, 需要考虑这些因素对保护的影响。1) 大型发变组在高压变高、低压绕组之间存在耦合电容, 当高压侧发生单相接地短路时, 高压侧的零序电动势可以通过该耦合电容传变到发电机侧, 如果此值较高则有可能造成发电机零序保护误动。解决的措施有在保护中引入高压侧零序电压作为制动量, 在变压器高压侧接地时将保护闭锁, 如果能够在保护延时方面采取措施躲过, 也可以不设该闭锁, 或牺牲部分灵敏度, 提高动作电压。2) 对于高压厂用变压器低压侧6 k V系统发生的单相接地, 也会通过高厂变较大的耦合电容传递过电压, 由于故障产生的零序电压较低, 传递电压也比较低, 可以通过调整电压定值来保障躲过传递电压值或增加相关外部制动电压量。由于厂用6 k V系统接地故障引起的传递过电压值理论计算复杂, 误差较大, 所以对定值的校核可采用模拟试验的方法来进行。

2 三次谐波电压保护

2.1 三次谐波电压保护原理

三次谐波电压定子接地保护原理是基于发电机正常运行时定子感生的电动势中含有2%~10%的三次谐波电势3E, 而单相接地故障前后发电机中性点与机端处三次谐波电压变化特点不同构成的, 其保护动作区为中性点侧20%~50%, 正可以消除基波零序电压保护的死区。正常运行时中性点三次谐波电压将机端断路器引出线、变压器和电压互感器等外接元件对地电容C0W也等效置于机端, 当接地发生在α处, 其三次谐波电动势及对地电容等值电路如图2所示。

α表示由中性点到故障点的绕组占全部绕组匝数的百分数, 此时不论发电机中性点是否经消弧线圈接地, 均近似有如下关系:

可以看出当α≤50%时, 和Kb为调整系数。前一种判据在中性点经配电变压器接地的方式下容易误动, 在经过渡电阻fR单相接地的情况下, 灵敏度不高, 很少采用。后一种形式的判据在实质上减小了保护的动作量和制动量, 因此具有较高的灵敏度, 故在国内被广泛采用。

2.2 保护难以调试对误动作的影响

三次谐波电压保护与机组的运行工况有关, 且随着定子绕组对地电容的增大, 灵敏度下降。保护难以调试的问题出在保护的原理上, 很难给出通用方法去克服, 通常的解决方法都是结合具体事例进行分析的。在形式的保护判据中, 调整系数不易调节, 体现在3方面。1) 由于理论上在正常运行条件下, 应该使得的调整准确迅速。而在一定的采样时间内, 存在三次谐波电压幅值和相位暂态微小突变的可能, 自动跟踪调整系数向量由此可能出现不稳定异常, 使得保护性能受到影响。2) 由于机端断路器引出线侧对地电容的存在, 使得汽轮发电机在并网前后机端三次谐波变化很大, 这将使得可能出现较大不平衡动作量, 为此而增大Kb的数值又将影响保护动作的灵敏度。3) 随着发电机运行方式的改变, 的大小和相位差也会发生相应一定的变化, 由于其变化规律复杂, 至今仍有待研究, 也会给保护的动作带来隐患。而且据了解, 少量超超临界汽轮发电机气隙磁场正弦度较好, 定子绕组本体三次谐波电压极小, 如河北某电厂600 MW火电机组, 正常运行时其机端电压互感器开口三角的三次谐波电压甚至小于0.05 V, 使得三次谐波电压定子接地保护将难于开展。

2.3 主变高压侧三次谐波电动势E&3H的影响

文献[1]和文献[10]指出并阐述了前述的影响, 在一定简化的条件下基于上述文献内容做如下分析。

主变压器铁心磁路的饱和使得各相电动势中存在三次谐波的大小和相位随变压器铁心饱和程度而改变, 而铁心饱和程度与变压器运行工况有关。因此运行方式的改变将影响可能造成三次谐波电压式定子接地保护误动或拒动。

变压器高低压绕组之间存在耦合电容, 每相高低压绕组间的电耦合由各相电动势和首末两端为CM/2的耦合电容表示, 则三次谐波零序等效电路如图3所示。

2.4 电压互感器引起U&N3丢失的影响

在三次谐波保护的误动作中, 有一部分是由发电机中性点电压互感器接触不良导致引起保护的误动, 对现有三次谐波电压式保护的改进措施是增加PT断线闭锁装置。但保护装置因此复杂起来, 降低了动作可靠性, 也有误闭锁接地保护造成故障未能及时切除而进一步扩大的事例出现。

3 外加电源方式的定子接地保护

大型汽轮发电机采用外加低频电源的100%定子单相接地保护近年逐步普及起来, 要求对其装设注入式定子接地保护已成为一种趋势。其优点主要在于动作不受运行方式和起停机影响、灵敏度高, 抗干扰强, 能准确反映绝缘下降。叠加电源频率比较常用的是12.5 Hz与20 Hz两种信号, 其工作原理根据正常运行时整个三相定子回路对地是绝缘的, 叠加产生的低频电流很小, 而发生单相接地故障时这种对地绝缘就被破坏, 低频电流突然增大, 保护动作。因为信号是外加的, 不受接地位置的限制, 能独自完成100%定子接地保护。其存在问题主要是外加电源的可靠性和装置本身的复杂性与经济性, 还有就是中性点接地方式的不同和外加电源内阻的计及会影响保护的灵敏度, 改进的办法有采用电流突变量作为判据和引入电流平衡原理等方法。目前国内汽轮发电机单相接地保护对20 Hz产品应用较多, 反映出的保护误动问题比较少。

4 定子单相接地保护的选择性问题

前述讨论的保护措施无法区分接地故障是发生在大型汽轮发电机机壳内定子绕组上还是机壳外的三相端部系统 (包括与定子绕组连接的主变、断路器、引线和电压互感器一次绕组等) , 该问题的解决涉及到在具体范围内对故障进一步准确处理, 所以选择性具备实际意义。目前理论上比较成熟的选择性接地保护包括有基于人为增大零序电流的功率方向保护和基于故障行波的零序功率选择性保护, 其中投入运行的有基于零序电流功率的选择性保护, 但由于人为增大接地故障电流对发电机定子铁芯不利, 使本来轻微的定子接地故障恶化了, 保护出口也由发信号改为故障跳闸, 因而未能获得推广。将发电机定子绕组单相接地时产生的故障行波用于选择性保护有试运行, 其原理简洁清晰, 主要困难在于行波信号难于精确捕捉, 对行波信号进行准确判别的手段乏力, 因此如何提高它的可靠性始终是研制该保护装置要完善的首要问题, 将小波变换模极大值理论与故障行波的极性结合分析将会对上述选择性问题有所突破。

5 结束语

大型汽轮发电机对定子绕组单相接地保护的灵敏性和可靠性要求很高, 已有的单相接地保护方案欠完善。本文结合双频式100%定子接地保护的基本原理, 具体分析了保护误动的内在原因, 提出了解决问题的部分防范措施。文中同时简单评述了外加信号电源方式的定子接地保护和定子单相接地保护的选择性问题。另外保护回路的接线错误也曾造成过不少接地保护的误动, 也是需要注意的地方。