巨民尚，諶 峰

（中國(guó)電建集團(tuán)江西省電力建設(shè)有限公司，江西 南昌 330009）

1 引言

發(fā)電機(jī)定子及直連母線絕緣破壞或其他原因引起定子接地故障較為普遍，當(dāng)故障發(fā)生后不及時(shí)采取措施，將會(huì)造成更嚴(yán)重的定子絕緣破壞或定子鐵心灼傷。定子接地保護(hù)能有效切除接地故障，杜絕事故進(jìn)一步擴(kuò)大。目前，發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)主要有①外接開(kāi)口三角電壓的95%定子接地保護(hù)，②開(kāi)口三角電壓與三次諧波電壓構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)，③外加信號(hào)源的注入式定子接地保護(hù)，④電流量的零流保護(hù)及其他后備保護(hù)[1，2]。

本文所述電廠采用了基波零序電壓和3次諧波電壓的100%定子接地保護(hù)，由于發(fā)電機(jī)定子直連廠用母線及公用母線，且發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)接地變接地，零流方向保護(hù)不能明顯起到保護(hù)作用，母線及支路接地保護(hù)的選擇性也不高，故母線及支路接地往往會(huì)引起發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作，保護(hù)無(wú)選擇性跳停機(jī)組。

零流保護(hù)選擇性較高，發(fā)電機(jī)、廠用母線及公用母線分支一般都予以配置，但該保護(hù)的整定值需躲過(guò)發(fā)電機(jī)及其連接母線本身的對(duì)地電容量影響，定值整定困難[3]。本文所述電廠中發(fā)電機(jī)母線上連接部件較多，其分布電容對(duì)零流保護(hù)靈敏度影響非常大。如果發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)電阻直接接地，則故障時(shí)接地電流較大，零流方向保護(hù)也可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性，但發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)電阻直接接地會(huì)人為增大接地故障電流，這對(duì)發(fā)電機(jī)定子鐵心不利，屬不理想定子接地保護(hù)方案[4]。本文所述電廠投入了發(fā)電機(jī)低電壓保護(hù)，將機(jī)端低電壓保護(hù)作為定子接地保護(hù)的后備保護(hù)。

基于該電廠設(shè)備一次接線結(jié)構(gòu)，以上保護(hù)都不能很好起到切除瞬間、局部故障作用，避免事故地進(jìn)一步擴(kuò)大。針對(duì)以上問(wèn)題，本電廠采取了相應(yīng)的防范措施，增加了一套接地消弧消諧裝置，有效地彌補(bǔ)了原接地保護(hù)的不足，提高了接地保護(hù)的可靠性和選擇性。

2 設(shè)備參數(shù)表及系統(tǒng)圖

（1）發(fā)電機(jī)參數(shù)表

表1 發(fā)電機(jī)參數(shù)

（2）發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)配置定值表

表2 發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)配置定值

（3）電廠主接線圖

圖1 電廠主接線

3 定子接地保護(hù)動(dòng)作原因分析

電廠總裝機(jī)為2×30 MW，兩臺(tái)機(jī)于2021年2月4日全部投產(chǎn)發(fā)電，自投入生產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，機(jī)組因10 kV接地故障多次跳停，其主要原因有以下幾點(diǎn)：

（1）發(fā)電機(jī)定子為直連10 kV母線的主接線結(jié)構(gòu)，電廠配置的接地保護(hù)單一，多次無(wú)選擇性跳停機(jī)組。

（2）電廠配置的接地保護(hù)不能很好地切除瞬間接地故障，避免事故地發(fā)生。

（3）電廠配置的接地保護(hù)可靠性不高，有可能會(huì)出現(xiàn)保護(hù)拒動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)一步使事故擴(kuò)大。

4 防范措施

4.1 防范措施及設(shè)備參數(shù)

針對(duì)該電廠多次因接地故障跳停機(jī)組的現(xiàn)象，在確定具體接地故障原因后，電廠果斷采取了防范措施，增設(shè)了一套接地消弧消諧裝置，裝置設(shè)備并接在發(fā)電機(jī)直連的10 kV母線側(cè)，接地消弧消諧設(shè)備及裝置、接線系統(tǒng)圖如下。

圖2 接地消弧消諧裝置系統(tǒng)接線

表3 電抗器參數(shù)

表4 接地變參數(shù)

4.2 防范措施設(shè)備的特點(diǎn)和功能

增設(shè)的接地消弧消諧成套組合裝置為上海思源光電公司XHK-Ⅳ型裝置，該裝置帶有接地選線功能，可與10 kV母線的零流保護(hù)配合使用，可設(shè)置該裝置接地選線電流值小于10 kV各分支的零流定值，一般設(shè)定選線延時(shí)大于零流延時(shí)，便于裝置快速補(bǔ)償選線回路電流。

另外，XHK-Ⅳ型接地消弧消諧裝置可選配24路出線接地選線功能，選線方式可選擇綜合選線法或者并聯(lián)中電阻選線法。并聯(lián)中電阻選線法是采用接地時(shí)在消弧線圈兩端瞬間投切并聯(lián)電阻的方法，瞬時(shí)向接地點(diǎn)注入電流有功分量，使接地點(diǎn)的電流幅值和相位都有很明顯的變化，接地選線的準(zhǔn)確率達(dá)100%。

XHK-Ⅳ型接地消弧消諧裝置充分考慮到系統(tǒng)的安全性，一次設(shè)備采用調(diào)匝式消弧線圈，在系統(tǒng)出線故障時(shí)，相應(yīng)閉鎖消弧線圈有載開(kāi)關(guān)，裝置補(bǔ)償感性電流不需二次設(shè)備來(lái)維持，其系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。另外，XHK-Ⅳ型接地消弧消諧裝置安裝了阻尼電阻，可以在全范圍調(diào)節(jié)時(shí)避免出線諧振過(guò)電壓。

XHK-Ⅳ型接地消弧消諧裝置在調(diào)節(jié)消弧線圈補(bǔ)償電流時(shí)判斷依據(jù)指標(biāo)是脫諧度和殘流值，設(shè)備投運(yùn)前預(yù)先將脫諧度和接地殘流值設(shè)定為某一個(gè)范圍，當(dāng)系統(tǒng)脫諧度和殘流值超出此范圍時(shí)，裝置控制器發(fā)出指令，調(diào)整消弧線圈檔位，使得調(diào)整后的脫諧度和接地殘流滿足要求。

XHK-Ⅳ型接地消弧消諧裝置采用的獨(dú)特選線法克服了對(duì)高阻接地選線不準(zhǔn)的缺點(diǎn)，也克服了殘流增量法接地后調(diào)整消弧線圈缺點(diǎn)，裝置可以對(duì)金屬接地、高阻接地、母線接地進(jìn)行準(zhǔn)確選線，對(duì)非常難以判斷的出線也可以準(zhǔn)確選線，選線準(zhǔn)確率較高。

電廠增設(shè)的接地消弧消諧裝置采用并聯(lián)中電阻選線方式，既有預(yù)調(diào)式消弧線圈補(bǔ)償速度快優(yōu)點(diǎn)，也有電阻接地選線方式準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，在確保電阻接地方式可以準(zhǔn)確選線的同時(shí)，也減少了接地點(diǎn)殘流，預(yù)調(diào)式補(bǔ)償方式的消弧線圈還限制了弧光接地過(guò)電壓，確保對(duì)瞬時(shí)性接地進(jìn)行有效補(bǔ)償和對(duì)永久性接地故障準(zhǔn)確選線，必要時(shí)可以跳閘。

另外，XHK-Ⅳ型接地消弧消諧裝置裝設(shè)阻尼電阻后，可以限制當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)中性點(diǎn)的位移電壓值小于15%相電壓值，維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行，防止產(chǎn)生過(guò)電壓。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)流過(guò)很大電流，這時(shí)須將阻尼電阻短接。

該電廠XHK-Ⅳ型接地消弧消諧裝置投運(yùn)后系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 XHK-Ⅳ型接地消弧消諧裝置參數(shù)

從投入運(yùn)行后接地消弧消諧裝置參數(shù)值來(lái)看，系統(tǒng)容性電流較大，這與整個(gè)10 kV系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。裝置中點(diǎn)電壓和中點(diǎn)電流值正常，殘流和脫諧度基本符合設(shè)計(jì)要求。

該電廠在接地消弧消諧裝置投入運(yùn)行近半年以來(lái)，繼電保護(hù)系統(tǒng)未發(fā)生接地報(bào)警現(xiàn)象，機(jī)組已連續(xù)安全運(yùn)行超6個(gè)月。

5 結(jié)語(yǔ)

定子接地保護(hù)在未采取措施前其可靠性和選擇性不高，不管是瞬時(shí)性接地還是可以補(bǔ)償接地電流的接地，機(jī)組都會(huì)跳閘停機(jī)，接地故障對(duì)機(jī)組連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行已造成嚴(yán)重影響， 廠方在對(duì)接線結(jié)構(gòu)、具體保護(hù)故障深入分析后，有力地采取了防范措施，確保了機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

另外，本文實(shí)例電廠采取的措施是增加一套接地消弧消諧成套組合設(shè)備，顯著提高了接地保護(hù)動(dòng)作特性，消弧消諧成套組合設(shè)備還完善了原有零流保護(hù)的選擇性和可靠性功能，確保對(duì)瞬時(shí)性接地故障進(jìn)行有效補(bǔ)償和對(duì)永久性接地故障準(zhǔn)確選擇選線跳閘。