吳禮貴，羅紅?。ㄈ龒{水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443000）

注入式定子接地保護離線整定平臺研究

吳禮貴，羅紅俊
（三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443000）

摘要：發(fā)電機保護新投運前需對定子接地保護整定補償參數(shù)，保證保護測量準確。補償參數(shù)整定建立在模擬接地試驗基礎上，不斷的重復接地試驗，調整參數(shù)，直到測量準確，這種方法效率較低。為解決該問題，提高工作效率，本文對注入式定子接地保護原理進行研究和分析，找出了南瑞發(fā)變組保護中注入式定子接地保護測量接地電阻的方法，并對其進行仿真，通過試驗，證明了仿真的正確性。在仿真正確的基礎上，建立了注入式定子接地保護離線整定平臺。通過做3次不同阻值的定子接地試驗，即可整定出注入式定子接地保護的補償參數(shù)，并通過試驗證明了平臺的實用性。

關鍵詞：定子接地保護；注入式；離線整定；補償值

1引言

大型水電機組要求配備100%定子接地保護，三峽電廠機組均配備了注入式定子接地保護。注入式定子接地保護原理簡單，物理意義明確，靈敏度在整個定子接地范圍內(nèi)一致，不受故障接地位置的影響，在發(fā)電機停止和運行過程中均能起到保護作用[1]。定子接地保護中有多項參數(shù)需要現(xiàn)場整定，整定方法為在現(xiàn)場模擬定子接地，由保護裝置測量接地電阻值大小，通過調整保護裝置補償參數(shù)，直至測量值與接地電阻值在誤差允許范圍內(nèi)。定子接地保護要求接地電阻在0～30kΩ內(nèi)均測量準確，需多次調整補償參數(shù)，才能將補償參數(shù)調整正確，此工作耗時耗力。在動態(tài)試驗時更不具備精確整定參數(shù)的條件，只能在靜態(tài)試驗基礎上進行簡單調整。為此，本文從注入式定子接地保護的原理出發(fā)，分析其實現(xiàn)原理，確定了南瑞RCS-985GW注入式定子接地保護裝置的測量計算方法并進行仿真，通過試驗證明了仿真的正確性。在仿真試驗正確的基礎上，建立了注入式定子接地保護離線整定平臺，并通過試驗確定了平臺的可用性。

2RCS-985GW注入式定子接地測量計算方法及仿真

注入式定子接地是在接地變二次負載兩端注入20Hz電壓，保護裝置在接地變二次側采集20Hz電壓和電流，計算接地電阻判斷故障情況，其原理如圖1所示[2、3]。

圖1中：n為內(nèi)阻，T為接地變壓器，變比為n，-j 20為20Hz注入源，g為定子單相接地過渡電阻，保護裝置經(jīng)負載電阻為定子對地容抗，n采集接地變壓器二次側20Hz電壓20，利用導納法可計算出接地故障電阻一次值。

圖1注入式定子接地保護原理圖

式中KR為電阻折算系數(shù)，綜合考慮了變壓器變比和電壓測量抽頭，以及電流互感器變比。由于式中是理想化的計算方法，在實際應用中采用此種算法會帶來很大的誤差，必須建立接地變壓器等效模型，目前，通用的變壓器等效模型采用T型或者Γ型。在實際應用中采用Γ型模型更簡單。其模型如圖2所示。

圖2接地變壓器模型

考慮接地變壓器模型，設Rt，Xt，Rc分別為經(jīng)過測量回路變換后保護裝置得到接地變壓器漏電阻、漏電抗和并聯(lián)電阻值，對應Γ型等效電路中的Rt，Xt，Rc。

故障接地電阻Rg'上電壓Uf由保護測量得到的值為：

以上計算中采用的是理想模型，忽略了激磁阻抗的影響，在實際計算中不能忽略其影響，此阻抗對電流幅值的影響甚微，但是，會影響到電流的相位，因此，在實際計算中采用相位補償?shù)霓k法來提高計算精度。

南瑞RCS-985GW 保護計算接地電阻就是采用如上計算公式，需要現(xiàn)場設定的參數(shù)有：相角補償值（）、電阻補償值（）、電抗補償值（）、并聯(lián)電阻補償值（）、電阻折算系數(shù)（）。南瑞保護裝置中可看到20Hz 電壓采樣值，單位為V。20Hz 電流采樣值，單位為mA。相角，為電壓超前電流相角，單位為°。

將此仿真公式編入程序，對接地電阻測量進行仿真，對某柜試驗數(shù)據(jù)進行校核，計算結果見表1。

表1某柜試驗與仿真結果　單位：kΩ

通過對不同機組定子接地仿真，考慮到定子接地采樣本身的誤差與保護裝置測量值的誤差都比較小，證明此仿真計算方法是可以對定子接地保護測量值進行仿真計算的。由于定子接地保護本身測量精度問題，當測量值超過30kΩ時，裝置均顯示為30kΩ，實際運行時要求定子接地保護對20kΩ以下定子接地測量精確，保護裝置測量和仿真程序在20kΩ以下均保證了測量精度。

3注入式定子接地保護離線整定研究

實際應用中由于接地變鐵損很小，對計算結果幾乎無影響，所以在實際補償時，c均整定為最大值。忽略c的影響，根據(jù)公式（7）、（8）、（9）可知，測量電阻可以用式（10）表示：

改變相角補償值，通過仿真計算公式計算測量值，對某柜接地電阻5.06kΩ試驗值進行試驗，其變化情況如圖3所示。由曲線可知，在相角補償值合乎物理定律的范圍內(nèi)，測量值隨相角補償值增大而增大，是單調遞增的。補償角增加到一定程度會發(fā)生測量值畸變，測量值由正數(shù)變成負數(shù)，其值是不可能滿足補償要求的，對于此范圍內(nèi)的值離線整定不需要考慮。正常運行時，定子對地只存在電容，20Hz電流超前20Hz電壓90°。相角補償完后電流超前電壓相角不會偏離90°太遠，所以相角補償值在此值附近測量值隨相角補償值增大而增大且單調遞增。

圖3接地電阻5.06kΩ下測量值隨相角補償值變化曲線

（2）測量電阻與電阻補償值之間的關系

改變電阻補償值，通過仿真計算公式計算測量值，對某柜接地電阻20.21kΩ下試驗值進行試驗，其變化情況如圖4所示。由曲線可知，在合乎物理定律范圍內(nèi)測量值隨電阻補償值增大而增大，呈單調遞增。

增大到一定程度，會發(fā)生測量值畸變，測量值由正數(shù)變成負數(shù)，其值不可能滿足補償要求，對于此范圍內(nèi)的定值離線整定不需要考慮。補償電阻對應于接地變的短路電阻，最終的補償值不會偏離此值太遠，因此，在接地變短路電阻附近，測量值隨電阻補償值增大而增大且單調遞增。

圖4接地電阻20.21kΩ下測量值隨電阻補償值變化曲線

改變電抗補償值，通過仿真計算公式計算測量值，對某柜接地電阻22.06kΩ下試驗值進行試驗，其變化情況如圖5所示。由曲線可知，測量值隨電抗補償值增大而增大，是單調遞增函數(shù)。

圖5接地電阻22.06kΩ下測量值隨電阻補償值變化曲線

通過以上研究可發(fā)現(xiàn)，整個注入式定子接地在接地電阻值確定的情況下，在一定合理范圍內(nèi)測量值隨相角補償值、電阻補償值、電抗補償值呈單調遞增關系，跟電阻折算系數(shù)呈線性關系。注入式定子接地離線整定平臺研究的問題可簡化為優(yōu)化問題。

即在一定定值范圍內(nèi)滿足下述多目標函數(shù)：

4注入式定子接地保護離線整定平臺設計

為了提高整定效率，使注入式整定更加方便，可采用可視化程序。VisualC++具有功能強大、使用方便的各種用戶界面設計工具，如窗體、控件、菜單和對話框等，其可視化處理簡單方便。因此，可以使用VisualC++對上面提出的算法進行可視化處理，開發(fā)出注入式定子接地保護離線整定平臺。

注入式定子接地保護離線整定平臺是基于VisualC++開發(fā)的，其主界面顯示了本軟件的主要功能，分別為：注入式定子接地離線整定平臺、注入式定子接地單數(shù)據(jù)校核計算、注入式定子接地多組數(shù)據(jù)校核計算。主界面的下半部分顯示輸入?yún)?shù)與計算結果，同時會用對話框彈出輸出結果。

注入式定子接地離線整定平臺有基礎參數(shù)輸入界面，輸入?yún)?shù)包括接地變的短路電阻和短路電抗（折算到二次側）、接地變壓器一次和二次電壓、中間小CT變比以及電壓分壓比。試驗參數(shù)輸入界面需要輸入3個不同阻值的試驗參數(shù)，為使離線整定效率更高，3次試驗接地電阻取值區(qū)間要合理，最好1次小于1kΩ，1次大于15kΩ，再取1個中間值覆蓋整個測量區(qū)間。由于注入式定子接地保護的測量精度問題，大值不要取太大。還需要設定整定條件，整定條件越嚴格，整定效果越好，但是，太嚴格有可能會找不到合適的參數(shù)。計算結果界面的輸入?yún)?shù)信息欄可以看到輸入?yún)?shù)，檢查參數(shù)是否輸入正確，計算結果欄可以看到離線整定參數(shù)以及通過此參數(shù)計算的試驗數(shù)據(jù)，可檢查整定值是否滿足設定條件。同時，對話框會顯示離線整定參數(shù)，此參數(shù)可用于保護裝置，作為補償參數(shù)的整定值。

此外，平臺還提供注入式定子接地單數(shù)據(jù)校核計算和多組數(shù)據(jù)校核功能，可校核定子接地試驗結果，檢查補償參數(shù)整定是否合理，還可根據(jù)結果修改補償參數(shù)，重新計算，通過人工方式優(yōu)化補償值。

5注入式定子接地保護離線整定平臺應用

注入式定子接地離線整定平臺操作界面簡潔，使用方便，具有離線整定功能和校核計算功能。使用離線整定時，采用了上文所說的優(yōu)化方法，能快速尋找出滿足條件的注入式定子接地保護補償參數(shù)。在11F定子接地保護投運前，采用該平臺進行了離線整定。

進行3次模擬定子接地試驗，分別模擬0.51kΩ、7.9kΩ和15kΩ電阻接地。其試驗結果如表2所示，所有數(shù)據(jù)以裝置顯示為準。

表211FA柜3次模擬接地數(shù)據(jù)

通過注入式定子接地離線整定平臺進行整定計算，A柜整定結果如圖6所示。

將注入式定子接地離線整定平臺整定出的補償參數(shù)整定到A柜保護裝置內(nèi)，對定子接地進行全范圍模擬接地，校驗補償參數(shù)整定是否合理，試驗結果如表3所示。

從試驗結果可以看出，此結果完全可以作為正常運行時的投運參數(shù)，其誤差滿足設備運行條件，整定效率遠遠大于正常通過多次試驗確定定子接地保護補償參數(shù)的方法，整定補償參數(shù)在半個小時內(nèi)即可完成，利用注入式定子接地離線整定平臺大大提高了工作效率。

圖611FA柜定子接地離線整定結果

表3采用離線補償整定結果模擬接地測量結果

6結語

本文對注入式定子接地保護離線整定平臺的研究，解決了注入式定子接地保護整定補償參數(shù)耗時過長的問題，通過3次模擬接地試驗，即可整定出滿足運行條件的注入式定子接地保護補償參數(shù)，可得到如下結論：

（1）接地電阻測量值與相角補償值、電阻和電抗補償值在物理定義附近呈單調遞增關系。

（2）通過3次模擬接地試驗，可整定出滿足運行條件的注入式定子接地保護補償參數(shù)。

（3）通過建立注入式定子接地保護離線整定平臺，解決了RCS-985GW注入式定子接地保護補償參數(shù)整定時間過長問題，大大提高了工作效率，保證了參數(shù)補償?shù)臏蚀_性。

通過試驗證明了注入式定子接地保護離線整定平臺的實用性。

參考文獻：

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[3]張琦雪，陳佳勝，陳俊，等.大型發(fā)電機注入式定子接地保護判據(jù)的改進[J].電力系統(tǒng)及其自動，2008,32（3），66-69.

[3]陳琰，林峰，陳亨思，等.發(fā)電機雙端注入式轉子接地保護原理及回路缺陷探討[J].水利科技，2012（1）：73-74.

中圖分類號：TM862

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5387（2015）04-0031-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.04.009

收稿日期：2015-01-16

作者簡介：吳禮貴（1980-），男，工程師，從事發(fā)電廠繼電保護維護和管理工作。