王艾婷，姚遠

(1.云南電網(wǎng)有限責任公司怒江供電局，云南 怒江 673100；2.華能雨汪電廠，云南 曲靖 655507)

發(fā)電機定子接地保護未正確動作原因

王艾婷1，姚遠2

(1.云南電網(wǎng)有限責任公司怒江供電局，云南 怒江 673100；2.華能雨汪電廠，云南 曲靖 655507)

對某電廠機組發(fā)生定子接地保護未正確動作的原因進行分析，提出解決處理方法、改進措施。

發(fā)電機；定子接地保護；電阻

0 前言

發(fā)電機定子繞組與鐵芯之間的絕緣破壞會發(fā)生定子繞組單相接地故障，這是發(fā)電機最常見的一種故障。隨著發(fā)電機單機容量不斷增大，其定子繞組對地電容不斷增加，相應的單相接地電流也不斷增大，一旦發(fā)生單相接地故障，將嚴重危及定子鐵芯，而且定子單相接地故障往往會誘發(fā)相間或匝間短路，因此，定子接地保護對于預防定子繞組嚴重短路故障具有重要意義[1-2]。

1 注入式定子接地保護原理

發(fā)電機外加20 Hz注入式定子接地保護接線如圖1所示，發(fā)電機G中性點經(jīng)過配電變壓器Tn接地，配電變副邊并聯(lián)一接地電阻。外加20 Hz低頻電源疊加在電阻上，通過配電變副邊耦合至一次側。發(fā)電機定子繞組側絕緣正常時，計算出的接地電阻為無窮大，一旦發(fā)生定子繞組單相接地故障或絕緣下降，電壓U、電流I均發(fā)生變化，從而可計算得到接地電阻值，動作于信號或跳閘[3-5]。

圖1 外加20 Hz電源定子單相接地保護原理圖

其中：Rn為Tn二次側接地電阻值，VD為分壓電阻，CT為電壓互感器。

2 接地保護未正確動作情況

2.1 電廠情況及事故前運行方式

發(fā)電機與主變壓器采用單元接線，發(fā)電機出口裝設發(fā)電機斷路器，發(fā)電電壓母線采用離相封閉母線，500 kV開關站采用3串3/2斷路器接線，出線2回。開關站與變壓器高壓側間通過GIS管道母線相連。目前電站500 kV GIS及出線以及1、2、3、4號機組已投入運行。

2.2 4號機組保護動作過程

機組A柜發(fā)電機100%定子接地保護動作跳閘，電氣事故停機，804開關跳閘，4號機組甩負荷590 MW。發(fā)電機保護B柜無異常。

2.3 接地保護檢查情況

一次設備、接地變參數(shù)、20 Hz電源以及保護裝置，檢查結果均正常。另外，對發(fā)電機定子線圈使用絕緣表進行絕緣測試，同時也進行了發(fā)電機直流泄露試驗，試驗數(shù)據(jù)同以前相比基本一致，且符合相關標準。

2.4 誤動原因分析

經(jīng)過20 Hz保護裝置進行檢查。發(fā)現(xiàn)中性點20 Hz電壓通道與發(fā)電機中性點U0通道相比存在明顯差異，中性點20 Hz電壓通道不平滑，有畸變現(xiàn)象且相位角滯后3.3 ms，即23.76°。針對此現(xiàn)象，開展了試驗分析。(見圖2)

圖2 外加20 Hz定子接地保護啟動錄波圖

2.4.1 模擬電壓接線端子松動

模擬20 Hz電壓接線端子接觸不良，產(chǎn)生接觸電阻，接觸電阻的存在會導致電阻分壓降低。在晃動DZ7與128之間的接線時，保護多次啟動錄波 (20 Hz注入式定子接地保護硬壓板未投入)。從采樣值看，晃動DZ7與128之間的接線時，電壓的大小及與電流之間的夾角都出現(xiàn)變化，數(shù)據(jù)1的電壓降低為正常時的一半，電流超前電壓的角度為88°。數(shù)據(jù)5的電壓降低為0.113 V，電流超前電壓的角度為126°。從實驗數(shù)據(jù)可以看出，晃動接線會導致測量電壓下降及角度的變化。

2.4.2 模擬誤動分析

模擬接線如圖3所示，采用Matlab仿真模型進行計算，在分壓電阻VD上端增加電阻R，在分壓電阻VD下端增加電容C。

圖3 模擬接線圖

在發(fā)電機靜態(tài)模擬試驗。按照圖3的接線圖在圖接入R=700 Ω，C=44.6 μF，在發(fā)電機靜止狀態(tài)模擬虛接現(xiàn)象。保護的實時參數(shù)及錄波圖如圖4所示：

圖4 模擬試驗啟動錄波圖

從圖4中可以看出中性點20 Hz電壓通道滯后發(fā)電機中性點U0通道3.3 ms。

根據(jù)錄波數(shù)據(jù)，采用中性點20 Hz電流與中性點20 Hz電壓通道離線計算接地電阻如圖5所示。

圖5 中性點20 Hz電流與中性點20 Hz電壓通道離線計算接地電阻

通過離線計算20 Hz電流大小為0.015 A、電壓大小為0.504 V；20 Hz電流超前20 Hz電壓的角度為109°；接地電阻Rg為1.45 kΩ；模擬數(shù)據(jù)與前面分析保護動作情況一致類似。

根據(jù)錄波數(shù)據(jù)，采用中性點20 Hz電流與發(fā)電機中性點U0電壓通道離線計算接地電阻如圖6所示。

圖6 中性點20 Hz電流與發(fā)電機中性點U0電壓通道離線計算接地電阻

通過離線計算20 Hz電流大小為0.014 8 A、電壓大小為0.335 V；20 Hz電流超前20 Hz電壓的角度為86.6°；接地電阻 Rg為100 kΩ以上；測量電阻遠大于接地電阻定值。

采用中性點U0通道做計算，變比為6.385，即在Rn兩側電壓0.335?6.385=2.14 V，而中性點20 Hz電壓通道計算變比為2，則VD兩側電壓0.504?2=1.08 V。

從上面離線分析計算可以看出，模擬虛接的情況下20 Hz電壓減小一半且相角滯后22.4°，接地電阻計算值Rg為1.45 kΩ。這與本次20 Hz定子接地保護情況基本一致。

根據(jù)上面的分析，按照圖3的接線圖在圖中接入R=700 Ω，C=44.6 μF，在發(fā)電機靜止狀態(tài)模擬虛接現(xiàn)象與本次20 Hz注入式定子接地保護動作情況基本一致。

由以上分析知，通過現(xiàn)場實驗及模擬仿真，重現(xiàn)了保護誤動作現(xiàn)象。分析發(fā)現(xiàn)中性點20 Hz電壓波形存在比較明顯的畸變及角度滯后現(xiàn)象，正是這個角度滯后導致保護計算錯誤?；谝陨戏治黾霸囼炃闆r可以得出20 Hz注入式定子接地保護動作的原因可以定位為20 Hz電壓通道出現(xiàn)畸變角度滯后異常及幅值變小一半所致。

3 故障處理

1)更換機組20 Hz定子接地保護裝置接線端子，使其銅片較厚，接線面積增大，壓接螺釘力矩增大，同時更換保護采樣板。

2)使發(fā)電機保護裝置同時采集用于啟停機保護的20 Hz電壓信號 (由接地變二次側分壓電阻引出)，同時比較啟停機電壓信號和20 Hz定子接地保護電壓信號，當一個信號異常時告警、閉鎖該保護出口。

3)增加20 Hz電壓同20 Hz電流角度異常的識別、告警及閉鎖程序。增加保護裝置啟動CPU錄波啟動前的記錄時間。

4 結束語

20 Hz注入式定子接地保護不正確動作的原因是20 Hz電壓通道出現(xiàn)畸變、角度滯后23.76° (3.3 ms)及幅值變小一半所致。對電壓端子虛接情況的現(xiàn)場實驗、仿真分析情況正好與保護動作情況一致，進而證實了電壓、電流端子出現(xiàn)接觸不良的情況，會導致保護不正確動作。通過及時更改，保證了發(fā)電機的運行正常。

[1] 王維儉.機變壓器繼電保護應用 [M].北京：中國電力出版社，2005.

[2] 畢大強，王祥珩，桂林，等.基于零序電壓故障暫態(tài)分量的發(fā)電機定子單相接地保護方案研究 [J].中國電機工程學報，2003，23(11)：39-44.

[3] 畢大強，王祥珩，王維儉.基于三次諧波電壓故障暫態(tài)分量的發(fā)電機定子單相接地保護方案研究 [J].電力系統(tǒng)自動化，2003，27(13)：45-49.

[4] 唐清弟，譚建華.3ω定子接地保護誤動原因分析和對策[J].電力系統(tǒng)自動化，2001，25(1)：59-61.

[5] 李德佳，畢大強，王維儉.大型發(fā)電機注入式定子單相接地保護的調(diào)試和運行 [J].繼電器，2004，32(16)：51 -56.

Analysis and Treatment of Generator Stator Earth Protection Maloperation

WANG Aiting1，YAO Yuan2
(1.Nujiang Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid Co.，Ltd.，Nujiang，Yunnan 673100，China；2.Huaneng Yuwang Power Plant Production，Qujing，Yunnan 655507，China)

According to the simulation test data，the generator stator earth protection maloperation is caused by the generator voltage terminal virtual connection.Based on the fault process and reasons，the analysis and investigation has been set up.

generator；stator earth protection；resistance

TM30

B

1006-7345(2015)06-0032-03

2015-08-10

王艾婷(1983)，女，工程師，云南電網(wǎng)責任有限公司怒江供電局，從事繼電保護及自動裝置的檢驗、驗收及缺陷處理工作(e-mail)78849457＠qq.com。

姚遠 (1967)，男，講師，華能雨汪電廠，從事電力系統(tǒng)自動化專業(yè)工作。