发电机100%定子接地保护误动作分析

第４０卷第５期　中国电力　ＶｏＩ．４０．Ｎｏ．５　年５月　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　Ｐ０ＷＥＲ　Ｍａｙ　２００７　桃　％寇　攘　傣　壤莉律分　徐金兵　，楼国才２　（浙江省火电建设公司调试所，浙江杭州３１００１６）　摘　要：某电厂６００ＭＷ机组在发电机空载试验时发生１００％定子接地保护动作．经发现设计方案无法满足　机组并网前继电保护要求。通过对原来设计方案和机组启动过程出现的问题进行了分析．找出问题的原因．　并对原来的设计方案进行优化，对优化后的方案进行了调试。结果表明优化后的方案较好地解决了问题．　满足了机组并网前后１００％定子接地保护的要求　关键词：定子接地；设计方案：６００ＭＷ机组　中图分类号：ＴＭ７７２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００４．９６４９（２００７）０５．００６７．０４　发电机并网前断路器位置接点开关量输入置　１　系统情况　０，辅助判剧为机端正序电压大于０．５　，机端、中性　点零序电压回路分别引入三次谐波电压．微机保护　某电厂４号发电机组为水一氢冷汽轮机组．额　装置通过计算发电机机端与中性点三次谐波电压有　定功率６００ＭＷ．额定线电压为２０　ｋＶ．机端采用出　效值的比值判别三次谐波电压比率判据动作。　口开关方式．中性点采用变比为２０／０．２３　ｋＶ变压器　发电机并网后断路器位置接点开关量输入置　接地方式．中性点变压器二次侧接有０．１８５　ｎ的电　１，辅助判剧为机端正序电压大于０．５　，机端、中性　阻，并从其抽头取得中性点三次谐波电压，发电机组　点零序电压回路分别引入三次谐波电压．微机保护　一次系统如图１所示　装置通过计算发电机机端与中性点三次谐波电压有　效值的比值判别三次谐波电压比率判据动作　至系统　２发电机１　００％定子接地构成原理　由于发电机气隙磁通密度的非正弦分布和铁芯　图１　４号机组一次系统　饱和的影响．其定子绕组中感应电动势除基波以外。　Ｆｉｇ．１　Ｐｒｉｍａｒｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｕｎｉｔ　４　还含有三、五、七次等高次谐波。因三次谐波具有零　序分量性质．在线电动势中虽然不存在．但是依然存　发电机１００％定子接地采用南瑞ＲＣＳ－９８５系列　在于相电动势中．设以　表示。　发电机保护装置．动作条件为并网前及并网后机端　假定将发电机定子绕组每相对地电容等效集中　与中性点三次谐波电压比例判剧。其原理为：（１）“三　在发电机机端Ｌ和中性点Ｎ，分别为　ｃ　，并将机　次谐波比率判据投入”置１．动作判据为机端与中性　端引出线、出口开关、主变压器、厂用变压器和电压　点三次谐波电压有效值比值：并网前Ｋ３ｗ＞Ｋ，　，并　互感器等外接元件对地电容Ｃ　也等效地置于机端，　网后Ｋ３ｗ＞Ｋ，　，Ｋ　为机端与中性点三次谐波电压　在不计对地泄漏电阻影响之下正常运行．其等效电　有效值比值，Ｋ，　为并网前三次谐波比率判据比例　路如图２所示．由此可以得出机端和中性点三次谐　系数，Ｋ，　为并网后三次谐波比率判据比例系数；　波电压分别为：　（２）“三次谐波保护报警投入”置１．１００％定子接地　保护动作于报警；（３）“三次谐波保护跳闸投入”置　＝　（１）　１，三次谐波电压比率保护动作于跳闸：（４）定子三次　＝谐波电压比率判据：辅助判据：机端正序电压大于　一（器２　Ｃ　）　Ｕ　３　（２）　０．５　，机端三次谐波电压值大于０－３　Ｖ。　这时。机端三次谐波电压与中性点三次谐波电　收稿日期：加０７－０１－１４：修回日期：２００７－０３－０２　作者简介：徐金兵（１９８２－），男，江西景德镇人，助理工程师，从事继电保护调试。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｕｊｉｎｂｉｎｇ２０００＠１６３．ｃｏｍ　维普资讯 http://www.cqvip.com

作．故障时发电机机端及中性点零序ｏｇ／￣．、三次谐波　电压数据如表１所示。　表１　故障时三次谐波电压分布（不同电压下）　Ｔａｂ．１　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｗｈｅｎ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｉｎ　ｆａｕｌｔ（ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｖｏｌｔａｇｅ）　ｃ　发电机相对地电容；ｃ　一发电机引出线相对地电容；　一发　电机总三次谐波电压；　一发电机机端三次谐波电压；　ｍ一发电机　中性点三次谐波电压　图２发电机电容分布等效电路　Ｆｉｇ．２　Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　０ｆ　ｇｅｎｅｒａｔ０ｒ　ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｄｉｓｔ　ｒｉｂｕｔｉ０ｎ　压之比为：　＝　Ｃｗ　＜１　（３）　从表１数据可以看出，机端三次谐波电压已大　于中性点三次谐波电压值，发电机１００％定子接地　在正常运行时，发电机中性点三次谐波电压总　保护比例动作定值Ｋ　一设定为０．５，发电机保护装　是要大于发电机机端三次谐波电压，当发电机并网　置动作正确。发电机机端三相基波电压均正常。根据　之前孤立运行时，Ｃｒ＝Ｏ，故１　。１＝１　ｌ。　经验判断．中性点接地变压器二次电阻阻抗值偏小　当在距发电机中性点Ｏｌ（中性点到故障点的匝　引起了发电机机端及中性点三次谐波电压有效值比　数所占每相分支总匝数的百分比），则中性点和机端　例偏大　三次谐波电压值分别为：　４发电机中性点经接地变压器等值回路及　＝（１－ｏ１）　（４）　计算分析　Ｎ３＝Ｏｌ　（　４．１　经中性点变压器接地的发电机等值回路　按式（４）、（５）可以做出中性点与机端三次谐波　以　表示发电机三次谐波总量。发电机的对地　电压曲线如图３所示。　电容可等效地集中发电机中性点Ｎ和机端Ｌ，每端　为　ｃ　。发电机端引出线、升压变压器、厂用变压器　（中性点）　（机端）　以及电压互感器等设备的每相对地电容　等效放　在机端　发电机中性点接地阻抗为尺　。则发电机的　等值电路如图４所示。图４中Ｃ　为发电机相对　地电容、Ｃ　为发电机引出线相对地电容、尺　发电　机中性点接地变的阻抗（折算值）、　为发电机　中性点三相对地容抗、　为发电机机端三相对　图３　与　随　的变化曲线　地容抗。　由等效电路可知：　Ｆｉｇ．３　ａｎｄ　ｃｕｒｖｅａｌｏｎｇｗｉｔｈｏ￣　由图３可以得出　与　皆为线性关系函数，　（６）　相交于　：０．５处。当　≤０．５时，有　≥￡，　，发电机　定子１００％接地保护延时动作，且接地点越接近中　（７）　性点．灵敏度越高。　ｚＮ＝　ＺＲＮ　ｄ￣Ｚ　ｃＮ　（８）　３故障相关情况简介　＝某电厂４号发电机进行空载试验升压过程中，　彘　发变组发电机定子１００％接地三次谐波比例保护动　（９）　＝彘　维普资讯 http://www.cqvip.com

时，发电机机端三次谐波电压值要大于发电机中性　点三次谐波．发电机变压器组发电机定子１００％接　地保护延时动作。　通过计算分析可知．发电机并网前发电机机端　与中性点阻抗之比为１．２４．因此发电机并网前发电　机１００％￣子接地保护达到动作条件。　４．３提高中性点接地变压器二次电阻阻值后三次　谐波比例分析　经讨论分析后．为了验证因中性点变压器二次　电阻阻值偏小而引起保护误动作的论点．决定将中　性点接地变压器二次电阻阻值进行更改．以便提高　厶　发电机中性点变压器阻抗．其阻抗值更改为８Ｘ　图４发电机的等值电路　０．１８５＝１．４８（Ｑ）。　Ｆｉｇ．４　Ｇｅｎｅｒ￣ｏｒ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　发电机中性点对地基波电阻阻值Ｒ　为：８Ｘ　０．１８５ｘ（２０／０．２３）２＝ｌｌ　１９１（Ｑ）。　因此：　由式（６）～（１０）计算得出：　＝３　００２　－７４．４５。（Ｑ）　＝　（１０）　所以：　Ｋ３ｗ＝０．５２７　４．２发电机定子１　００％接地保护动作原因分析　对照更改后中性点接地变压器二次电阻之后　机组并网前后．机端等值容抗有较大变化．因此　发电机机端与中性点三次谐波电压值（保护装置　三次谐波电压比率关系也随之变化．保护装置在机　显示二次值）如表２所示。从表２数据可以得出，通　组并网前后各设一段定值．随机组出口断路器位置　过更改中性点接地变压器二次电阻阻抗值．使得　接点开关量输入变化自动切换。经查阅设备厂家提　机组并网前发电机机端和中性点三次谐波电压比　供的参数可知：发电机相对地电容ＣＷ＝０．２２７　ｔｘＦ，并　值改变。　网前电机及机端外接元件有出口断路器接有０．１　Ｆ，　表２优化设计后三次谐波分布（并网前、不同电压下）　发电机端引出线、励磁变压器以及电压互感器等设　Ｔａｂ．２　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｆｔｅｒ　ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　备的每相对地电容估计值ｏ．０１　Ｆ。并网后发电机及　机端外接元件有出口断路器ｏ．５　Ｆ、主变压器低压　ｄｅｓｉｇｎ（ｂｅｆｏｒｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ，ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｖｏｌｔａｇｅ）　绕组每相对地电容０．０１５　Ｆ、２台高压厂用变压器　０．０２０　８２　Ｆ、励磁变压器高压绕组、电压互感器高压　绕组及母线等估计值０．０１　Ｆ，每相对地总电容为：　∑Ｃ＝０．２２７＋０．１＋０．００１＝０．３３７（　Ｆ）（并网前）；∑Ｃ＝　０．２２７＋０．５＋０．０１５＋２ｘ０．０１０４１＋０．０４＝０．７７　２８（　Ｆ）（并　网后）；ＣＥ＝０．１＋０．０１＝０．１ｌ（　Ｆ）（并网前）；ＣＥ＝Ｏ．５＋　０．０１５＋０．０２０　８２＋０．０１＝０．５４５　８２（　Ｆ）（并网后）；ＲＮ　为发电机中性点对地基波电阻．厂家提供数据为　０．１８５ｘ（２０／０．２３）２－１　４００（Ｑ）。　根据以上参数进行发电机并网前各等效阻抗　１　１　计算：｝Ｃｗ＝０．１ｌ３　５　Ｆ，｝ｃＷ＋ｃＥ＝０．２２３　５　ｔ＊Ｆ。　４．４维持设计要求并网后机组的三次谐波分析　按设计要求．发电机中性点接地变压器二次电　由式（６）～（１０）计算得出：　阻为０．１８５　Ｑ，当发电机组并网后，机端等值容抗变　Ｎ＝－ｊ３　ｌｌ６．１　Ｑ　化为：｝ｃ　ｃＥ＝０．６５９　３３　Ｆ。　Ｌ＝－Ｉｊ１　５８２．４Ｑ　＝１　２７７．０３　一２４．１９。（Ｑ）　由式（６）～（１０）计算得出：　因此：　－ｊ３　１１６．１　Ｑ　Ｋ　＝１．２４　Ｌ＝－ｊ５３６．４２　Ｑ　对照表１可以得出在发电机并网前空载试验　ＺＮ＝１　２７７．０３　一２４．１９。（Ｑ）　自　维普资讯 http://www.cqvip.com

中国电力　第４０卷　所以：　Ｋ抑＝Ｏ．４２　保护误动作分析．计算并与实际记录参数比照．可以　得出结论：（１）按设计要求，发电机空载并网之前机　端与中性点三次谐波电压比值为１．２４．为避免发电　机保护装置误动，可以提高并网前的Ｋ　值。（２）当　发电机组并网后．机端等值容抗变化．通过计算可以　得出发电机并网之后机端与中性点三次谐波电压比　值为０．４２，符合正常运行要求。（３）经调整后发电机　发电机组并网后机端与中性点三次谐波数据如　表３所示。可以得出，对发电机中性点接地变压器　二次电阻值的选取是满足机组并网后实际运行要　求的。　表３维持原设计后三次谐波分布（并网后、不同有功下）　定子１００％接地保护比例系数为１．８（并网前）、０．６　Ｔａｂ．３　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｆｔｅｒ　ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ　（并网后）．满足发电机定子接地保护要求，并能够消　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｄｅｓｉｇｎ（ａｆｔｅｒｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ，ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｐｏｗｅｒ）　除基波零序电压元件保护不到的死区。　参考文献：　『１］国家电力调度通信中心．电力系统继电保护实用技术问答［Ｍ］．　北京：中国电力出版社，１９９９．　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ．Ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ａｎｓｗｅｒｓ　ｆｏｒ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｍ］．　Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｒｅｓｓ，１９９９．　ｆ２］王广延．吕继绍．电力系统继电保护原理与运行分析：下册［Ｍ］．　北京：中国电力出版社，１９９８．　ＷＡＮＧ　Ｇｕａｎｇ－ｙａｎ，ＬＵ　Ｊｉ—ｓｈａｏ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　５结语　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ：ｓｅｃｏｎｄ　ｖｏｌｕｍｅ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｒｅｓｓ，１９９８．　通过对某电厂４号机组发电机１００％定子接地　（责任编辑张重实）　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｍａｌ—ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　１００％ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｓｔａｔｏｒ　ＸＵ　Ｊｉｎ—ｂｉｎｇ　．ＬＯＵ　Ｇｕｏ—ｃａｉ　（Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３　１００１６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　６００　ＭＷ　ｕｎｉｔ　ｈａｄ　１００％ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ｗｈｅｎ　ｎｏ—ｌｏａｄ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｉｔ　ｗａｓ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃａｎ　ｔ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｂｅｆｏｒｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｉｎｇ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｒｏｕｂｌｅ　ｏｆ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｆｏｒ　ｉｔ　ｗｅｒｅ　ｆｏｕｎｄ．Ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｗａｓ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ａｎｄ　ｄｅｂｕｇ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｃａｎ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｔｏ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｂｅｆｏｒｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｉｎｇ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔａｔｏｒ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｄｅｓｉｇｎ　ｓｃｈｅｍｅ；６００　ＭＷ　ｕｎｉｔ　依赖传统能源的状况。　内蒙古自治区政府还要求各地加快生物质能利用、牧　区离网风电和风光互补发电等技术的推广应用。今后还将　▲“十一五”期间内蒙古风电装机容量将达　推进大型风电设备制造技术．建设２个风电设备制造基　５．０　ＧＷ　“十一五”期间．内蒙古自治区将大力开发利用　地。每年安排小型风光互补设备２万台，同时组织建设一　可再生能源．其中风电装机容量将达到５．０ＧＷ。建设５个　批生物质能技术、生活垃圾和秸秆发电、太阳能利用等新　ＧＷ级风电基地　能源示范项目　内蒙古自治区政府提出要建设全国重要的绿色能源　目前内蒙古已经开始研究拟定《内蒙古自治区实施　输出基地的战略目标．并着手制定一系列措施，加快能源　（可再生能源法）办法》，通过制定主要耗能产品单位能耗　结构调整．积极发展利用风能、太阳能和生物质能等可再　定额和限额指标以及配套的管理措施，为节能执法监督和　生能源．提高可再生能源在一次能源中的比重。改变过度　节能技术准入提供依据。　７０　ｉ