外加交流20Hz電源發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)說明文檔

1、外加交流20Hz電源發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)定子繞組的單相接地（定子繞組與鐵芯間的絕緣破壞）是發(fā)電機(jī)最常見的一種故障，由于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻抗接地，定子單相接地故障并不產(chǎn)生很大的故障電流，所以定子繞組單相接地保護(hù)通常只發(fā)信號而不跳閘，故障機(jī)組經(jīng)轉(zhuǎn)移負(fù)荷后平穩(wěn)停機(jī)。同時發(fā)電機(jī)單相接地故障往往是相間或匝間短路的先兆。定子繞組單相接地保護(hù)的可靠和靈敏動作可以大大降低更為嚴(yán)重的內(nèi)部短路故障發(fā)生的概率。如果定子單相接地故障電流不大，對發(fā)電機(jī)的定子鐵芯的損傷基本上可以避免，但如果定子單相接地故障時產(chǎn)生了較大的電流，那么嚴(yán)重時可以灼傷定子鐵芯，甚至可以造成難以修復(fù)的結(jié)局，因此定子繞組單相接地保護(hù)對預(yù)防

2、更為嚴(yán)重的內(nèi)部短路故障和保護(hù)發(fā)電機(jī)少受損壞有著重要的意義。發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)也成為大型發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中的一項重要的內(nèi)容。近年對全國大型發(fā)電機(jī)的故障進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，單相接地故障在發(fā)電機(jī)本體故障中占了很高的比例。定子單相接地保護(hù)是發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)中的重要組成部分之一，它的正確與靈敏動作將大幅降低發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路故障的發(fā)生幾率。目前采用的定子接地保護(hù)（雙頻式定子接地保護(hù)）存在一定的死區(qū)，且靈敏度不高，不適應(yīng)大型發(fā)變組對定子接地保護(hù)的要求。特別是在發(fā)電機(jī)停機(jī)狀態(tài)，發(fā)電機(jī)處于定子單相接地?zé)o保護(hù)狀態(tài)。外加交流20Hz電源發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)靈敏度高，保護(hù)無動作死區(qū)，接地電阻靈敏度能夠達(dá)到10k，且

3、在發(fā)電機(jī)停機(jī)狀態(tài)能起保護(hù)作用。外加交流20Hz電源發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)與雙頻式定子接地保護(hù)構(gòu)成發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)的雙套不同原理的保護(hù)，提高了發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)可靠性及發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的可靠性。1 保護(hù)原理外加交流20Hz電源發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)是在發(fā)電機(jī)定子回路對地之間外加一個交流20Hz電源，利用發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時，整個三相定子回路對地是絕緣的，20Hz電源幾乎不產(chǎn)生電流，而發(fā)生定子單相接地故障時這種對地絕緣就被破壞了，20Hz電源將產(chǎn)生電流使保護(hù)測量電阻減小，以此來區(qū)分正常運(yùn)行和接地故障。為了消除50Hz干擾電壓的干擾，保護(hù)裝置采用了與系統(tǒng)頻率不同的注入電源，這樣就可簡單地利用濾波

4、器將干擾隔開。保護(hù)算法：通過提取10Hz頻率的二次諧波分量的傅氏計算來實現(xiàn)的。這種方法不僅20Hz分量能有效地提取出來，而且可濾除其它所有10Hz的倍頻信號(包括50Hz工頻)干擾信號。由于發(fā)電機(jī)定子發(fā)生一點(diǎn)接地后，定子回路的阻抗將會發(fā)生變化。保護(hù)裝置測量到的動作電流相量是不等于正常電流相量的。為了充分利用這種故障前后電流相量的差別，采用了導(dǎo)納判據(jù)。計算公式：RK=n2×1/Re(I20/U20) (1)式中：n中性點(diǎn)接地變壓器的綜合變比；U20保護(hù)裝置測量到的20Hz電壓；I20保護(hù)裝置測量到的20Hz電流。當(dāng)接地故障電阻計算值低于電阻的高整定值時保護(hù)發(fā)信號告警，當(dāng)接地故障電阻計算

5、值小于電阻的低整定值時保護(hù)動作于跳閘。導(dǎo)納判據(jù)中接地故障過渡電阻的計算值是單相接地保護(hù)執(zhí)行的動作性質(zhì)和監(jiān)測絕緣水平的主要依據(jù)，準(zhǔn)確地計算是十分必要的。但現(xiàn)有運(yùn)行的外加電源單相接地保護(hù)都沒有考慮中性點(diǎn)接地變壓器的參數(shù)影響，本保護(hù)通過對導(dǎo)納型判據(jù)進(jìn)行修正，提高了故障電阻計算的準(zhǔn)確度，進(jìn)一步提高檢測的靈敏度。圖1 外加20Hz電源單相接地保護(hù)原理圖發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器高阻接地（二次側(cè)接電阻）時，外加20Hz電源單相接地保護(hù)的接法如圖1所示。過去分析外加電源型單相接地保護(hù)的等效電路時，認(rèn)為配電變壓器的漏阻抗很小可以忽略不計，激磁阻抗很大認(rèn)為開路。實際上，配電變壓器的激磁阻抗并非無窮大，漏抗也會產(chǎn)生

6、壓降，如圖2是考慮配電變壓器參數(shù)的等效電路。圖2 考慮配電變壓器參數(shù)的T型等效電路，是一次側(cè)繞組漏阻抗；，是二次側(cè)繞組漏阻抗；、是激磁阻抗；各參數(shù)均為20Hz下折算到二次側(cè)的值，其中漏阻抗，；，是配電變壓器的短路阻抗。二次側(cè)計算的定子對地導(dǎo)納為 折算到一次側(cè)的接地過渡電阻值為 其中：，為電壓分壓器變比，為電流互感器變比，為接地配電變壓器變比。發(fā)電機(jī)外加20Hz電源定子接地保護(hù)的邏輯框圖如圖3圖3 外加20Hz電源單相接地保護(hù)邏輯框圖當(dāng)接地故障電阻計算值低于電阻的高整定值時保護(hù)發(fā)告警信號，當(dāng)接地故障電阻計算值低于電阻的低整定值時保護(hù)動作于跳閘。另外設(shè)有工頻零序過流定子接地保護(hù)作為外加交流20Hz

7、電源發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)的補(bǔ)充。外加交流20Hz電源發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)通常僅在有限的頻率范圍內(nèi)計算的電阻才是有效的，其頻率范圍與所采用的濾波器有關(guān)。有效頻率范圍設(shè)為f=47.5Hz 52.5Hz，在發(fā)電機(jī)啟、停過程中，只要頻率超過這個范圍就不計算電阻值即將其閉鎖，而靠接地工頻零序過流保護(hù)動作。這是考慮發(fā)電機(jī)頻率過低，會干擾20Hz測量值。2 定值整定2 1接地電阻整定計算211動作值國內(nèi)外對于單相接地后接地電流對發(fā)電機(jī)定子鐵心造成的損害也持有不同的意見。我國對于各容量機(jī)組的安全接地電流有明確的規(guī)定(機(jī)端電壓18kV以上不大于1A)。而有些國家由于電網(wǎng)容量儲備較大，定子接地保護(hù)大多作為發(fā)電

8、機(jī)的主保護(hù)，一旦絕緣下降到規(guī)定值以內(nèi)，便在短時間內(nèi)切機(jī)，避免事故擴(kuò)大造成嚴(yán)重?fù)p失。建議接地電阻低定值整定按在距發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的20以內(nèi)發(fā)生一點(diǎn)接地，接地故障點(diǎn)電流3I0不大于安全接地電流Is為原則。即：式中為發(fā)電機(jī)一次額定線電壓，為接地過渡電阻，為中性點(diǎn)一次接地電阻值，為每相對地的容抗。接地電阻高定值整定：按照發(fā)電機(jī)絕緣的健康水平和定子冷卻水的電導(dǎo)率，同時考慮中性點(diǎn)變壓器、機(jī)端電壓互感器、升壓變低壓側(cè)、高廠變高壓側(cè)、離相封閉母線的絕緣水平。在保證正常運(yùn)行情況下不誤發(fā)信號的前提下取值越大越好。212延時時間關(guān)于發(fā)電機(jī)注入信號構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)延時時間的選擇并沒有明確的規(guī)定。由于原理上注入信

9、號構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)不受系統(tǒng)接地故障的影響，接地電阻低定值宜取0.52秒； 接地電阻高定值宜取24秒2 2 后備工頻電流保護(hù)整定221動作值：在全偏移電壓下，保護(hù)測量電流為：。式中Rb 為中性點(diǎn)接地變壓器的二次電阻，為配電變壓器二次額定電壓。一般取保護(hù)范圍為發(fā)電機(jī)定子繞組的80，則當(dāng)偏移電壓達(dá)到全偏移電壓的20時，保護(hù)必須動作。因此，電流整定值也取20，則整定值為：222延時時間：取下列兩個條件的最小值，即接地變壓器的過載持續(xù)運(yùn)行時間與系統(tǒng)接地保護(hù)的配合時間。23啟動電壓整定1）實測20Hz電源及引線故障時的最大電壓。2）配電變壓器一次側(cè)發(fā)生金屬性接地故障時，保護(hù)裝置測得的二次20Hz

10、電壓值最小，在發(fā)生接地故障時，20Hz電壓會大于上述最小值。實測配電變壓器一次側(cè)發(fā)生金屬性接地故障時的電壓。為保證發(fā)電機(jī)發(fā)生金屬性單相接地故障時，保護(hù)可靠動作，取實測配電變壓器一次側(cè)發(fā)生金屬性接地故障時的電壓的0.8倍。啟動電壓按上述兩個電壓的最大電壓整定。24啟動電流整定在一次側(cè)絕緣正常時，保護(hù)裝置測得的二次20Hz電流值最小，在發(fā)生接地故障時，20H z電流會大于上述最小值，而20H z電源及引線故障時，電流會小于上述最小值，因此啟動電流按此最小電流整定。3定值清單定值名稱整定范圍備 注20Hz定子接地保護(hù)接地電阻高定值0.10k50.00k接地電阻低定值0.10k50.00k零序動作電流

11、0.01INA10.00INAIN為電流互感器二次額定電流（1A或5A）啟動電壓0.05V20.00V啟動電流0.01INA1.00INAIN為電流互感器二次額定電流（1A或5A）配電變壓器變比1.00500.00電流互感器變比1.00500.00分壓器變比1.0050.00漏電阻0.0099.00漏電抗0.0099.00激磁電阻0.01k99.00k激磁電抗0.01k99.00k高定值延時時間0.20s10.00s低定值延時時間0.20s10.00s零序電流延時時間0.20s10.00s以下為保護(hù)軟壓板高定值軟壓板：投入 ×：退出低定值軟壓板：投入 ×：退出零序過流軟壓板

12、：投入 ×：退出4工程應(yīng)用41 外加交流20Hz電源發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)與雙頻式定子接地保護(hù)構(gòu)成發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)的雙套不同的原理，提高發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)可靠性及發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的可靠性。42 外加交流20Hz電源發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)主要應(yīng)用于經(jīng)配電變壓器接地的大中型發(fā)電機(jī)組。20Hz電源裝置采用德國由西門子公司生產(chǎn)的20Hz電源裝置和20Hz濾波器。20Hz電源裝置型號為：7XT3110-1/CC，20Hz濾波器，型號為：7XT3200-0/CC。也可采用許繼電公司自制的電源。采用何種電源在訂貨時需要特別注明（兩種電源的價格不一樣）。43保護(hù)裝置輸入電壓是經(jīng)過分壓器的，分

13、壓器的輸入電壓不應(yīng)取自保護(hù)屏，應(yīng)直接取自中性點(diǎn)接地電阻。如圖1。44 電流互感器的選取20Hz定子一點(diǎn)接地保護(hù)包括反映50Hz基波電流的后備保護(hù)和反映20Hz測量電阻的主保護(hù)，保護(hù)裝置的測量電流輸入回路是公用的。因此，中間變流器變比的選擇要兩方面兼顧。對于中間電流互感器的變比選擇原則：（1）在保護(hù)靈敏度及測量精度期望值的要求下，首先要保證二次保護(hù)裝置的測量精度；（2）在考慮接地故障時基波電流的影響下，選取電流互感器的額定值，不使電流互感器飽和。45 中性點(diǎn)接地電阻值的選取：其電阻吸收功率大于或等于三相對地電容的無功伏安，為限值動態(tài)過電壓不超過2.6倍額定相電壓，接地電阻（一次值）。46 中性點(diǎn)

14、接地變壓器變比大小與定子單相接地保護(hù)靈敏度的相互配合根據(jù)20Hz注入電源電壓的幅值一般為13發(fā)電機(jī)額定相電壓值的要求來校核中性點(diǎn)接地變壓器的變比選擇的是否合適。47 20Hz電源裝置的輸入電源選取20Hz電源裝置輸入電源通常取自發(fā)電機(jī)機(jī)端的電壓互感器和廠用電系統(tǒng)供電，正常時使用前者。這樣當(dāng)發(fā)電機(jī)單相接地故障是，仍能可靠供給電源。而且保護(hù)不會受到廠用電系統(tǒng)干擾的影響。另外，也可以保證在發(fā)電機(jī)停機(jī)時，不會有雜散電壓施加在發(fā)電機(jī)上。在停機(jī)時電源可切換到由廠用電系統(tǒng)供電，進(jìn)行接地試驗。缺點(diǎn)是增加了電壓互感器的負(fù)載。20Hz電源裝置輸入電源也可選取直流電源，在停機(jī)時可通過汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速檢測器自動斷開輸入電源

15、或用滅磁開關(guān)來進(jìn)行控制。5保護(hù)性能測試51技術(shù)條件a) 接地電阻定值整定范圍：0.10k50.00k，誤差不超過±10%或0.10k；b) 動作電流整定范圍：0.01In10.00In，誤差不超過±2.5%或±0.01In；c) 動作延時整定范圍：0.20s10.00s當(dāng)延時時間在0.20s1.00s時，誤差不超過±25ms；當(dāng)延時時間大于1s時，誤差不超過±2.5%（對于過量保護(hù)施加1.2倍動作值進(jìn)行測試，欠量保護(hù)施加0.8倍動作值進(jìn)行測試）。52測試方法將定子接地保護(hù)的硬壓板和軟壓板投入，其他所有保護(hù)的硬壓板和軟壓板均退出，接地高定值、低定

16、值、零序過流分別測試。a) 性能測試 接線如圖4：圖4端子為二次電流，端子為經(jīng)過分壓器后的二次電壓，為測頻電壓。接地電阻計算公式為： 其中：，為電壓分壓器變比，為電流互感器變比，為配電變壓器折算到二次側(cè)的漏阻抗，為配電變壓器折算到二次側(cè)的激磁阻抗，為接地配電變壓器變比。將高定值判據(jù)延時整定為最小，施加20Hz電流、電壓，且電流、電壓值都大于其啟動值，至保護(hù)出口指示燈亮，測量電阻應(yīng)為高定值電阻整定值，誤差符合技術(shù)條件要求。將低定值判據(jù)延時整定為最小，施加20Hz電流、電壓，且電流、電壓值都大于其啟動值，至保護(hù)出口指示燈亮，測量電阻應(yīng)為低定值電阻整定值，誤差符合技術(shù)條件要求。施加20Hz電流、電壓

17、，且電流、電壓值任一項小于其啟動值時，高定值及低定值可靠不動作。施加47.5Hz52.5Hz頻率范圍（大于47.5Hz，小于52.5Hz）的，高定值及低定值的電阻測量誤差應(yīng)符合技術(shù)條件要求。當(dāng)頻率在此范圍之外時，高定值及低定值不動作。零序電流判據(jù)延時整定為最小，施加50Hz電流，至保護(hù)出口指示燈亮，所加電流應(yīng)為零序電流動作整定值，誤差符合技術(shù)條件要求。b) 延時時間測試 施加0.8 倍動作電阻（20Hz）, 用毫秒計(或微機(jī)測試儀的時間測試功能)測延時，結(jié)果應(yīng)符合技術(shù)條件要求（測電阻動作時間時，采用測量阻值從大值降至0.8 倍動作電阻的測試方法）。施加1.2 倍零序動作電流（50Hz）, 用毫

18、秒計(或微機(jī)測試儀的時間測試功能)測延時，結(jié)果應(yīng)符合技術(shù)條件要求。6 配電變壓器的激磁阻抗及漏電抗的計算61變壓器的T形等效電路圖5變壓器T形等效電路圖變壓器的T形等效電路是一個四端網(wǎng)絡(luò)，故參數(shù)可以通過空載試驗和短路試驗測出。近似認(rèn)為短路試驗與空載試驗都是在變壓器的低壓側(cè)作試驗，計算的阻抗值為折算到二次側(cè)的值。62利用短路試驗及空載試驗計算漏電抗及激磁阻抗a) 短路時計算變壓器的漏阻抗忽略變壓器的激磁阻抗的影響。假設(shè)在20Hz的頻率下實測變壓器短路試驗時的短路電流電壓分別為b) 空載時計算變壓器的激磁阻抗忽略變壓器的漏阻抗的影響假設(shè)在20Hz的頻率下實測變壓器空載試驗時的空載電流電壓分別為63利用配電變壓器的銘牌值計算激磁阻抗及漏電抗631利用短路試驗銘牌值計算變壓器的漏阻抗632利用空載試驗銘牌值計算變壓器的激磁阻抗舉例如下：樹脂膠注干式接地變壓器：型號：DDBC-50/20；額定容量：50KVA；額定電壓：20/0.865/0.173kV；額定電流：2.5/58/1.2A；負(fù)載損耗：727.9W(750C)；阻抗電壓：4.34%；空載損耗：328.1W；空載電流：1.62%。a)短路時計算變壓器的漏阻