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        基于故障錄波數(shù)據(jù)的定子接地故障定位分析

        2014-09-02 01:28:34王思良任保瑞
        機(jī)電信息 2014年30期
        關(guān)鍵詞:錄波中性點(diǎn)零序

        王思良 任保瑞 盧 偉

        (二灘水力發(fā)電廠,四川 攀枝花 617000)

        基于故障錄波數(shù)據(jù)的定子接地故障定位分析

        王思良 任保瑞 盧 偉

        (二灘水力發(fā)電廠,四川 攀枝花 617000)

        對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)接地變壓器接地的大型水輪發(fā)電機(jī)單相接地故障電氣量的變化規(guī)律進(jìn)行了理論分析,并結(jié)合接地故障錄波波形進(jìn)行了分析計(jì)算,驗(yàn)證了利用錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)電機(jī)單相接地故障相別判斷及定位計(jì)算的正確性和有效性。

        故障錄波;定子接地故障;定位

        0 引言

        定子單相接地故障是大型發(fā)電機(jī)比較常見(jiàn)的故障,及時(shí)地發(fā)現(xiàn)定子接地故障是防止發(fā)生災(zāi)難性的短路故障、避免造成發(fā)電機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞的必要措施。因此大型發(fā)電機(jī)組均裝設(shè)發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù),通常由基波零序電壓加3次諧波電壓組成的雙頻式定子接地保護(hù)與注入式定子接地保護(hù)構(gòu)成雙套不同原理的定子單相接地保護(hù)。其中,基波零序電壓加3次諧波電壓保護(hù)依賴故障前后零序電壓變化來(lái)判斷定子單相接地,注入式定子接地保護(hù)通過(guò)注入低頻電壓實(shí)時(shí)計(jì)算定子繞組對(duì)地絕緣電阻來(lái)實(shí)現(xiàn),二者均能實(shí)現(xiàn)100%范圍定子接地保護(hù),但是均不能實(shí)現(xiàn)定子接地故障定位功能。而保護(hù)動(dòng)作后,查找故障點(diǎn),特別是當(dāng)故障點(diǎn)位于定子繞組時(shí),將是一個(gè)耗時(shí)耗力的復(fù)雜過(guò)程。因此對(duì)于大型發(fā)電機(jī)組,快速準(zhǔn)確地定位故障點(diǎn)對(duì)于及時(shí)處理故障,盡快恢復(fù)機(jī)組運(yùn)行意義重大。

        故障錄波裝置能提供完整的故障過(guò)程波形數(shù)據(jù),為事故分析處理及保護(hù)動(dòng)作評(píng)價(jià)提供幫助。因此,我們可以通過(guò)分析故障數(shù)據(jù)波形來(lái)判斷定子接地保護(hù)動(dòng)作情況,并利用波形數(shù)據(jù)嘗試進(jìn)行定子接地故障定位計(jì)算,為故障點(diǎn)的定位查找提供依據(jù),方便快速進(jìn)行故障處理。

        1 定子接地故障定位分析

        發(fā)電機(jī)A相經(jīng)過(guò)渡電阻接地故障示意圖如圖1所示。

        圖1 發(fā)電機(jī)A相接地故障示意圖

        根據(jù)圖1有:

        (1)

        解得:

        (2)

        發(fā)電機(jī)出口三相對(duì)地電壓分別為:

        (3)

        (4)

        (5)

        (6)

        (7)

        (8)

        由上式可見(jiàn),發(fā)電機(jī)出口三相對(duì)地電壓大小關(guān)系為:A相經(jīng)過(guò)渡電阻接地時(shí),B相電壓與A相電壓的大小關(guān)系由K值決定,C相電壓則不低于B相電壓。當(dāng)K>0時(shí),A相即故障相電壓最低,當(dāng)K<0時(shí)則B相即故障相的下一相電壓最低。而發(fā)電機(jī)的RN、Xc均為已知參數(shù),因此可以根據(jù)定子接地故障時(shí)的錄波數(shù)據(jù),分析A、B、C相電壓大小關(guān)系來(lái)準(zhǔn)確判斷故障相。

        (9)

        (10)

        由以上分析可知,根據(jù)錄波數(shù)據(jù)還可以通過(guò)計(jì)算M值的方法求出接地電阻Rg以及接地位置。

        2 定子接地故障實(shí)例

        2.1 事件概況

        2010年1月2日11:30,2號(hào)發(fā)變組保護(hù)定子接地保護(hù)64G1、64G2均動(dòng)作,2號(hào)機(jī)組跳閘。裝置報(bào)文顯示64G1跳閘,動(dòng)作值0.1 kΩ;64G2跳閘,動(dòng)作值0.306UN。

        2號(hào)發(fā)變組保護(hù)為雙套配置的ABB公司生產(chǎn)的REG216微機(jī)型發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng),定子一點(diǎn)接地保護(hù)64G1采用的是外加12.5 Hz交流電源的接地保護(hù),64G2采用的是反應(yīng)基波零序電壓的保護(hù),取中性點(diǎn)側(cè)的電壓,保護(hù)定子的95%。兩套不同原理保護(hù)均動(dòng)作,基本可以判定發(fā)電機(jī)確實(shí)發(fā)生了定子接地故障。

        2.2 故障錄波波形分析

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取回的錄波數(shù)據(jù),故障過(guò)程中發(fā)電機(jī)定子電壓、中性點(diǎn)零序電壓波形以及保護(hù)動(dòng)作過(guò)程如圖2所示。

        圖2 定子接地故障過(guò)程波形圖

        由圖2可以看出,在0時(shí)刻發(fā)生了定子接地故障,B相電壓降低,A、C相電壓升高,在故障540 ms后第二套定子接地保護(hù)64G2動(dòng)作跳閘,保護(hù)動(dòng)作出口后約73 ms GCB跳開(kāi),機(jī)組跳閘,而在故障發(fā)生后9 512 ms第一套定子接地保護(hù)64G1動(dòng)作跳閘。

        故障發(fā)生至發(fā)電機(jī)跳閘、滅磁過(guò)程為0~540 ms,在此過(guò)程中發(fā)電機(jī)定子電壓和中性點(diǎn)零序電壓波形如圖3所示。

        圖3 定子接地故障電壓錄波圖

        由圖3可以看出:B相電壓降低為41.6 V,A相電壓升高為67.2 V,C相電壓升高為67.5 V,A、C相電壓均升高且基本相等,中性點(diǎn)零序電壓約為22 V。

        2.3 故障定位計(jì)算

        二灘發(fā)電機(jī)參數(shù)如下:發(fā)電機(jī)出口額定電壓18 kV,發(fā)電機(jī)出口PT變比n=18/0.1,定子繞組每相對(duì)地電容Cg=1.687 μF,接地變壓器變比nN=14.4/0.12,中性點(diǎn)接地變負(fù)載電阻RN=0.091 2 Ω,因此有發(fā)電機(jī)三相對(duì)地容抗:

        中性點(diǎn)接地變負(fù)載電阻折算到一次側(cè):

        RN=n2Rn=1 313.28 Ω

        即當(dāng)發(fā)電機(jī)單相接地電阻Rg不超過(guò)6.338 kΩ時(shí)K≥0,此時(shí)發(fā)電機(jī)出口電壓最低的即為故障相。而根據(jù)故障錄波波形可以看出B相電壓為41.6 V,A、C相電壓基本相等,M值趨于無(wú)窮大,因此接地電阻基本為0,可判斷為金屬性接地短路,B相為接地故障相。此時(shí),由式(10)可以看出,接地位置可由中性點(diǎn)零序電壓直接計(jì)算得出。

        由圖3可以看出,中性點(diǎn)零序電壓二次值為22 V。同時(shí),現(xiàn)場(chǎng)接入保護(hù)裝置與故障錄波的中性點(diǎn)零序電壓還經(jīng)過(guò)了120/100的分壓電阻進(jìn)行分壓。機(jī)端電壓與中性點(diǎn)零序電壓相關(guān)系數(shù)為:

        故將中性點(diǎn)零序電壓折算到機(jī)端電壓側(cè):

        故接地位置為:

        定子繞組每分支匝數(shù)為27,因此自中性點(diǎn)起故障位置所在導(dǎo)體匝數(shù)為:

        X=27×30%=8.1

        考慮到過(guò)渡電阻影響及計(jì)算誤差,定位故障位置應(yīng)為B相每個(gè)分支自中性點(diǎn)第7~9槽導(dǎo)體處。

        根據(jù)故障后實(shí)際檢查結(jié)果,故障點(diǎn)位于第462槽下端部齒壓板轉(zhuǎn)彎處,正是B相第六分支自中性點(diǎn)起第8槽導(dǎo)體,與定位分析結(jié)果吻合。因此上述基于故障錄波數(shù)據(jù)的定子接地故障定位分析是合理有效的。

        3 結(jié)論

        (1) 對(duì)照定子接地保護(hù)動(dòng)作跳閘定值設(shè)置,根據(jù)定子接地保護(hù)動(dòng)作時(shí)的故障錄波數(shù)據(jù)分析,可以迅速判斷定子接地保護(hù)動(dòng)作是否正確動(dòng)作,并能通過(guò)以上計(jì)算驗(yàn)證接地電阻值大小。

        (2) 通過(guò)對(duì)故障錄波數(shù)據(jù)分析計(jì)算,可以對(duì)接地故障相作出準(zhǔn)確判斷,對(duì)接地位置作出近似的定量判斷,對(duì)定子接地故障點(diǎn)的實(shí)際查找提供幫助。

        (3) 對(duì)于定子單相金屬性接地(接地電阻值較小時(shí)),接地位置可由中性點(diǎn)零序電壓與發(fā)電機(jī)相電壓的相對(duì)大小快速近似確定。

        [1] 畢大強(qiáng),王祥珩,李德佳,等.發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障的定位方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2004,28(22)

        [2] 王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用[M].第2版.北京:中國(guó)電力出版社,2001

        [3] 王翔,張成,沈全榮.一次典型的定子接地故障分析與優(yōu)化保護(hù)原理[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2006,30(11)

        2014-09-12

        王思良(1986—),男,湖北黃岡人,工程師,研究方向:水電廠繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)管理。

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