王文貞

摘要： 發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障是發(fā)電機(jī)最常見(jiàn)的故障之一，配置高靈敏度的100%定子接地保護(hù)意義重大。本文主要介紹了發(fā)電機(jī)注入式定子接地保護(hù)的配置、保護(hù)原理、整定計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試以及應(yīng)用實(shí)例，說(shuō)明了該保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)用性，必將得到更為廣泛的應(yīng)用。

Abstract： The generator stator winding single-phase grounding fault is one of the most common faults of generator， configuration of high sensitivity 100% stator ground fault protection is of great significance. This paper mainly introduces the configuration， protection principles， setting calculation， site commissioning and application examples of injection-type stator ground protection， which will get more extensive application for its advantage and practicability.

關(guān)鍵詞： 注入式；定子接地保護(hù)；應(yīng)用分析；整定計(jì)算

Key words： injection-type；stator ground protection；application analysis；setting calculation

中圖分類(lèi)號(hào)：TM772 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）22-0224-03

0 引言

近年來(lái)發(fā)電機(jī)單機(jī)容量不斷增大，對(duì)定子接地保護(hù)提出了更高的要求。目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的100%定子接地保護(hù)是基波+三次諧波雙頻式定子接地保護(hù)，但由于其受發(fā)電機(jī)工況和接地位置影響較大，難以完全滿(mǎn)足大型發(fā)電機(jī)對(duì)高靈敏度的要求。而注入式定子接地保護(hù)的靈敏度不僅與運(yùn)行狀況和接地位置無(wú)關(guān)，還可以反映發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣下降，實(shí)時(shí)監(jiān)視絕緣老化的現(xiàn)象。因此，可以和雙頻式定子接地保護(hù)構(gòu)成大型發(fā)變組的2套不同原理的100%定子接地保護(hù)。

1 注入式定子接地保護(hù)原理

注入式定子接地保護(hù)需要相應(yīng)的外部附加設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際接線如圖1所示。

在發(fā)電機(jī)定子系統(tǒng)中注入低頻電源，等效電路如圖2所示。其中，US為注入電源電壓；Rin為注入電源等效內(nèi)阻；Rn為接地變二次負(fù)載電阻；-jXC為發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地容抗；RE為接地過(guò)渡電阻；UG0為經(jīng)分壓器采集的零序電壓；IG0為零序電流二次值。

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，定子繞組對(duì)地絕緣，回路中只有很小的電容電流，接地故障后，絕緣破壞，發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地阻抗變化，此時(shí)電壓信號(hào)會(huì)通過(guò)接地電阻產(chǎn)生電流信號(hào)。通過(guò)檢測(cè)注入的電壓、電流信號(hào)，并忽略其他一些因素的影響，根據(jù)導(dǎo)納法可以計(jì)算出單相接地故障時(shí)接地電阻一次值，計(jì)算公式如下。

RE=■

其中，K為電阻折算系數(shù)，K=n2■，n為接地變變比，ndiv為分壓器分壓比；nCT為電流互感器變比。通過(guò)比較過(guò)渡電阻阻值，判定保護(hù)是否動(dòng)作。

2 注入式定子接地保護(hù)整定計(jì)算

以某電廠600MW汽輪發(fā)電機(jī)組（3號(hào)機(jī)）為例，介紹注入式定子接地保護(hù)的整定過(guò)程。

2.1 接地電阻判據(jù)

2.1.1 測(cè)量電阻報(bào)警定值

600MW機(jī)組，3Io=■？燮Isafe

300～1000MW發(fā)電機(jī)當(dāng)額定電壓為20～27kV時(shí)，Isafe=1A，考慮機(jī)端接地，？琢=1

所以，REH=■=■=11.5k？贅

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)取REH=（10.0～15.0）k？贅，一般取REH=10.0k？贅。

2.1.2 報(bào)警延時(shí)

一般延時(shí)1～5s，取t=5s，報(bào)警。

2.1.3 測(cè)量電阻跳閘定值

一般定子接地電阻定值可取1kΩ～5kΩ，本工程取REL=1k？贅。

為避免機(jī)組不必要的停機(jī)，跳閘段可增加接地電流閉鎖判據(jù)，僅當(dāng)接地電流超過(guò)安全電流時(shí)才允許發(fā)電機(jī)跳閘。安全電流定值，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或參數(shù)估算的方法確定。

2.1.4 跳閘延時(shí)

延時(shí)可取0.3～1.0s，取t=0.3s。

2.2 零序電流跳閘定值

IE.SEF=■=■=143.56A

？琢取20%；URn.SEC：機(jī)端金屬性接地時(shí)，負(fù)載電阻兩側(cè)電壓；Rn：發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器二次側(cè)負(fù)載電阻。

二次值：IE.SEF=■=0.29A

2.3 測(cè)量回路監(jiān)視定值

2.3.1 電壓回路監(jiān)視定值

根據(jù)短路試驗(yàn)檢測(cè)的最低注入電壓Umin，考慮一定的可靠系數(shù)得到。

ULF0.set=Krel×Umin=0.5×Umin

Krel：可靠系數(shù)，取0.4～0.6。

若檢測(cè)電壓值小于此監(jiān)視定值，則認(rèn)為出現(xiàn)異常情況，裝置發(fā)出告警并閉鎖保護(hù)。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定電壓回路監(jiān)視定值為0.02V。

2.3.2 電流回路監(jiān)視定值

根據(jù)正常狀態(tài)下檢測(cè)的最低注入電流Imin，考慮一定的可靠系數(shù)得到。

ILF0.set=Krel×Imin=0.5×Imin

Krel：可靠系數(shù)，取0.4～0.6。

若檢測(cè)電流值小于此監(jiān)視定值，則認(rèn)為出現(xiàn)異常情況，裝置發(fā)出告警并閉鎖保護(hù)。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定電流回路監(jiān)視定值為0.43mA。

2.4 補(bǔ)償環(huán)節(jié)定值確定

①相角補(bǔ)償定值。按相角補(bǔ)償試驗(yàn)確定整定值為358.3°；②電阻補(bǔ)償定值。按阻抗補(bǔ)償試驗(yàn)確定整定值為1.4Ω；③電抗補(bǔ)償定值。按阻抗補(bǔ)償試驗(yàn)確定整定值為3.8Ω；④并聯(lián)電阻補(bǔ)償定值。一般情況下，該電阻值都比較大，可直接取默認(rèn)的最大值，無(wú)需整定。

⑤電阻折算系數(shù)。

K=N■■×■=■■×■=6.58

現(xiàn)場(chǎng)模擬接地故障試驗(yàn)，確定修正計(jì)算值為10。

3 注入式定子接地保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)上述介紹，保護(hù)裝置要準(zhǔn)確測(cè)量接地過(guò)渡電阻，前提是能夠準(zhǔn)確測(cè)量注入電壓和電流信號(hào)，通過(guò)適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，最后折算成接地電阻一次值。由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中性點(diǎn)接地變、負(fù)載電阻和定子繞組對(duì)地電容設(shè)計(jì)值與實(shí)際值都有較大的差別。因此注入式定子接地保護(hù)在投運(yùn)前必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)確定相關(guān)補(bǔ)償值以及整定值。這里還以上述600MW汽機(jī)機(jī)組為例，介紹現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)調(diào)試情況。首先，根據(jù)注入式定子接地保護(hù)接線圖1正確接線，確保各輸入輸出信號(hào)正常。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括：相角校正、短路試驗(yàn)、模擬接地故障試驗(yàn)。

3.1 相角校正

保護(hù)裝置是通過(guò)檢測(cè)所采集的電壓電流信號(hào)大小和相位來(lái)計(jì)算接地過(guò)渡電阻的，因此相位角的準(zhǔn)確與否決定了保護(hù)裝置能否可靠動(dòng)作。由于電壓電流回路的硬件檢測(cè)通道相位檢測(cè)延遲存在差異，因此保護(hù)裝置需要內(nèi)置一個(gè)補(bǔ)償角度進(jìn)行校正。

一種情況，我們可以考慮接地變?yōu)槔硐胱儔浩?，即發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，僅存在電容電流，即電流超前電壓90°，我們可以根據(jù)裝置顯示角度確定定值中的補(bǔ)償相角，使補(bǔ)償后的相角為電流滯后電壓270°。但由于接地變參數(shù)影響，這種校正會(huì)有一定的誤差。

另一種情況，可以利用負(fù)載電阻呈純阻性的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行相角校正。此時(shí)需要將接線做一下改動(dòng)，如圖1中虛線所示。此時(shí)相角校正為180°即可。本次試驗(yàn)測(cè)量相角為178.3°，相角補(bǔ)償值為358.3°。

另外，正常運(yùn)行時(shí)，檢測(cè)得到零序電流為0.86mA，因此電流監(jiān)測(cè)回路定值整定為0.43mA。

3.2 短路試驗(yàn)

短路試驗(yàn)是將接地變高壓側(cè)出線（發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)）對(duì)地金屬性短接。這是注入式回路最嚴(yán)重的接地故障，此時(shí)注入電壓信號(hào)被拉到最低，檢測(cè)該電壓值為0.04V，故電壓監(jiān)視回路定值整定為0.02V。通過(guò)短路試驗(yàn)測(cè)量補(bǔ)償電阻值1.4Ω，補(bǔ)償電抗值3.8Ω，補(bǔ)償后保護(hù)裝置檢測(cè)出的接地過(guò)渡電阻阻值接近于0。

3.3 模擬接地故障試驗(yàn)

為了保證在發(fā)生接地故障時(shí)，保護(hù)能可靠動(dòng)作，投運(yùn)前需在發(fā)電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)、30%額定負(fù)載甚至并網(wǎng)負(fù)荷下進(jìn)行模擬接地故障試驗(yàn)，驗(yàn)證接地變高壓側(cè)經(jīng)不同阻值（500Ω、2KΩ、5KΩ、10KΩ）電阻接地時(shí)保護(hù)均能可靠動(dòng)作。試驗(yàn)時(shí)需要做好相關(guān)安全防護(hù)工作。通過(guò)模擬接地故障試驗(yàn)，可以實(shí)際修正電阻折算系數(shù)理論值。

另外還可以進(jìn)行電源的空載試驗(yàn)，確定電源的內(nèi)阻；電源的負(fù)載試驗(yàn)驗(yàn)證接線以及分壓比的正確性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合注入式定子接地保護(hù)的原理，總結(jié)了保護(hù)定值的整定以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程。注入式定子接地保護(hù)與傳統(tǒng)定子接地保護(hù)相比，具有保護(hù)靈敏度高，不受機(jī)組運(yùn)行情況影響的特點(diǎn)，是大型發(fā)電機(jī)組雙重化的主要選擇。通過(guò)分析、探討，希望能對(duì)注入式定子接地保護(hù)的工程推廣有一定的推進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2002.

[2]張琦雪，席康慶，陳佳勝，王翔，沈全榮.大型發(fā)電機(jī)注入式定子接地保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及分析[J].南京：電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007.

[3]劉亞?wèn)|，王增平，蘇毅，屠黎明，梁鑄，宋小舟.注入式定子接地保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、整定和分析[J].南京：電力自動(dòng)化設(shè)備，2012.

[4]高春如.大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定計(jì)算與運(yùn)行技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[5]井雨剛，劉世富，井俊雙，鄭偉，邱濤.注入式定子接地保護(hù)的調(diào)試方法[J].重慶：電工技術(shù)，2011.