發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)

發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)發(fā)電運(yùn)行部鐘應(yīng)貴發(fā)電機(jī)定子單相接地的危害設(shè)發(fā)電機(jī)定子繞組為每相單分支且中性點(diǎn)不接地，發(fā)電機(jī)定子繞組接線示意圖及機(jī)端電壓向量圖（圖1）CBACBA（a）定子繞組接地示意圖UB UC（b）定子繞組接地電壓向量圖設(shè)A相定子繞組發(fā)生接地故障，接地點(diǎn)距中性點(diǎn)的電氣距離為。（所謂電氣距離，就是發(fā)電機(jī)單相定子繞組的長度，a為中性點(diǎn)到故障點(diǎn)的繞組占全部繞組的百分?jǐn)?shù)），此時，在接地點(diǎn)會出現(xiàn)一個零序電壓。由圖1（b）向量圖可以看出，入相接地時，使B相及C相對地電壓，由相電壓升高到另一值。當(dāng)機(jī)端A相接地時，B、C兩相的對地電壓由相電壓升高到線電壓。另外，發(fā)電機(jī)定子繞組及機(jī)端連接元件（包括主變低壓側(cè)及廠用變高壓側(cè)）對地有分布電容，零序電壓通過分布電容向故障點(diǎn)供給電流。此時，如果發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)某一電阻接地，則發(fā)電機(jī)零序電壓通過電阻也為接地點(diǎn)供給電流。綜合上述分析，發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地的危害是：1、 非接地相對地電壓升高，將危及對地絕緣，當(dāng)原來絕緣較弱時可能會造成非接地相相間發(fā)生接地故障，從而造成相間接地短路，損害發(fā)電機(jī)。2、 流過接地點(diǎn)的電流具有電弧性質(zhì)，會產(chǎn)生電弧，可能燒傷定子鐵芯。分析表明：接地點(diǎn)距發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)越遠(yuǎn)，對發(fā)電機(jī)的危害越大；反之越小。二、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)的構(gòu)成1、 利用零序電壓構(gòu)成的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)由上述分析：畫出零序電壓3U。隨故障點(diǎn)位置a變化的曲線，見圖2。圖2定子繞組單相接地時3U0與a的關(guān)系曲線越靠近機(jī)端，故障點(diǎn)的零序電壓越高。利用基波零序電壓構(gòu)成定子單相接地保護(hù)，圖中Uop為零序電壓定子接地保護(hù)的動作電壓。定子繞組單相接地保護(hù)用的零序電壓的獲取見圖3。

室/100室/100圖3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地接線原理零序電壓可以從發(fā)電機(jī)機(jī)端YH二次可口三角形獲取，也可以從發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)單相YH獲取。假定機(jī)端電壓互感器U/100,100的變比為書Fa，如果機(jī)端發(fā)生金屬性單相接地故障，從機(jī)端得到的基波零序電壓二次值為100V,距中性點(diǎn)a處發(fā)生單相金屬性接地故障時，基波零序電壓二次值為aX100V。利用基波零序電壓作為發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)是一種不完全的保護(hù)，從圖2中可以看出，它只能保護(hù)到定子繞組的90-95%。要達(dá)到100%定子接地保護(hù)，就需要由其它原理的保護(hù)共同構(gòu)成100%定子接地保護(hù)。目前普遍采用三次諧波電壓構(gòu)成的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)與零序電壓相配合的100%定子單相接地保護(hù)。2、利用三次諧波電壓構(gòu)成的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)1)2、由于發(fā)電機(jī)氣隙磁通密度的非正弦分布和鐵磁飽和的影響，在定子繞組中感應(yīng)的電動勢除基波分量外，還含有高次諧波分量，其中三次諧波分量是零序性質(zhì)的分量。如果把發(fā)電機(jī)的對地電容等效地看作集中在發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)N和機(jī)端S，且每相的電容大小都是0.5Cf，并將發(fā)電機(jī)機(jī)端引出線、升壓變壓器低壓側(cè)母線、廠用變壓器以及電壓互感器等設(shè)備的每相對地電容cw也等效在機(jī)端，并設(shè)三次諧波電動勢為e3。那么當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地時，其等值電路如圖4(a)。圖4圖4(a)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時，其等值電路如圖4（b）。氏3 3L[ 丁亍丁亍TCw US3圖4（b）中性點(diǎn)不接地時，中性點(diǎn)和機(jī)端的三次諧波電壓分別為:C氏3 3L[ 丁亍丁亍TCw US3圖4（b）中性點(diǎn)不接地時，中性點(diǎn)和機(jī)端的三次諧波電壓分別為:C+2C(1—1)U= f——Es3 2(C+C)3(1—2)fw機(jī)端三次諧波電壓US3與中性點(diǎn)三次諧波電壓UN3之比為:UC——s3= fUC+2C(1—3)N3 fw由式（1-3）可知，在正常運(yùn)行時，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)的三次諧波電壓un3總是大于發(fā)電機(jī)機(jī)端的三次諧波電壓us3。當(dāng)發(fā)電機(jī)孤立運(yùn)行時，即發(fā)電機(jī)出線端開路，Cw=0時，Un3=Us3發(fā)電機(jī)經(jīng)消弧線圈接地時，假設(shè)基波電容電流被完全補(bǔ)償，即3o(Cf+Co)此時發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)對三次諧波的等值電抗為cc-2如(3割")3①C f—3①(3L)--^-3①Cf整理后得XN3一3(7C-2C)f?發(fā)電機(jī)機(jī)端對三次諧波的等值電抗為XS3 3o(Cf+2C?)此時發(fā)電機(jī)機(jī)端三次諧波和中性點(diǎn)三次諧波電壓之比為(1—4)U_Xs_7Cf-(1—4)UN3-X^—9(Cf+2C)式(1-4)表明，接入消弧線圈后，中性點(diǎn)的三次諧波電壓un3在正常運(yùn)行時比機(jī)端三次諧波電壓us3更大。在發(fā)電機(jī)出線端開路后，即Cw=0時，則(1—5)在正常運(yùn)行情況下，盡管發(fā)電機(jī)的三次諧波電動勢E3隨著發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行狀態(tài)而改變，但是其機(jī)端三次諧波電壓與中性點(diǎn)三次諧波電壓的比值總是符合以上關(guān)系的。當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生金屬性單相接地時，設(shè)接地點(diǎn)發(fā)生在距中性點(diǎn)a處，其等值電路如圖5所示。此時不管發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)是否接有消弧線圈，總是有Un3=aE3和Us3=(1-a)E3，兩者相比，得S3(1—6S3中性點(diǎn)三次諧波電壓Un3和機(jī)端三次諧波電壓Us3隨故障點(diǎn)a的變化曲線如圖6所示。因此，如果利用機(jī)端三次諧波電壓us3作為動作量，而用中性點(diǎn)三次諧波電壓un3作為制動量來構(gòu)成接地保護(hù)。且當(dāng)us3Nun3時作為保護(hù)的動作條件，則在正常運(yùn)行時保護(hù)是不可能動作的，而當(dāng)中性點(diǎn)附近發(fā)生

接地時，則具有很高的靈敏性。利用此原理構(gòu)成的接地保護(hù)，可以反應(yīng)距中性點(diǎn)約50%范圍內(nèi)的接地故障。圖5發(fā)電機(jī)單相接地時三次諧波電動勢分布的等值電路圖圖6中性點(diǎn)電壓UN3和機(jī)端電壓US3隨故障點(diǎn)a的變化曲線利用三次諧波構(gòu)成的接地保護(hù)可以反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組中aV0.5范圍內(nèi)的單相接地故障。并且當(dāng)故障點(diǎn)越靠近中性點(diǎn)時，保護(hù)的靈敏性就越高；利用基波零序電壓構(gòu)成的接地保護(hù)，則可以反應(yīng)a〉0.10范圍內(nèi)的單相接地故障。且當(dāng)故障點(diǎn)越靠近機(jī)端時，保護(hù)的靈敏性就越高。兩種不同原理的保護(hù)優(yōu)勢互補(bǔ)。因此，利用三次諧波電壓比值和基波零序電壓的組合構(gòu)成了100%的定子繞組單相接地保護(hù)。2)、改進(jìn)的反應(yīng)三次諧波電壓比值的定子繞組單相接地保護(hù)反應(yīng)三次諧波電壓比值的定子繞組單相接地保護(hù)的動作判據(jù)為IUS3/UN3l2 (1—7)式中B——整定比值動作判據(jù)為IUS3/UN3I〉B，可以改寫成為IUS3I＞B|UN3I,即US3為動作量，UN3為制動量。該判據(jù)的靈敏度仍不夠高，且容易發(fā)生誤動。改進(jìn)的措施是增加調(diào)整系數(shù)Kp，進(jìn)一步減小動作量，這樣也就進(jìn)一步減小制動量，即可減小制動系數(shù)B,使BVV1.0，從而可獲得更高靈敏度和防誤動能力。改進(jìn)的動作判據(jù)為IUS3-KPUN3I＞們UN3I (1—8)當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生單相接地時，若故障點(diǎn)在機(jī)端附近，US3減小而UN3增大；若故障點(diǎn)在中性點(diǎn)附近，US3增大而UN3減小。這樣改進(jìn)后的結(jié)果是：故障點(diǎn)在中性點(diǎn)附近時組合動作量IUS3-KpUN3I顯著增大，而此時制動量BIUN3I卻比較小，保護(hù)可靈敏動作；即使在機(jī)端發(fā)生金屬性接地故障，IUN3I雖會顯著增大，但制動量BIUN3I卻因為BVV1.0不會很大，而此時動作量IUS3-KpUN3I=IKpUN3I，由于匕接近1.0，所以動作量IKpUN3I很大，于是保護(hù)仍可靈敏動作。三、 龔站發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)的配置和保護(hù)動作后果1、龔站發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)的配置。龔站發(fā)電機(jī)是擴(kuò)大單元接線方式，且出線端母線較長。定子單相接地保護(hù)是利用基波零序電壓與改進(jìn)型的反應(yīng)三次諧波電壓比值構(gòu)成100%的定子單相接地保護(hù)。即反應(yīng)零序電壓的大小和反應(yīng)三次諧波電壓比值絕對值的大小。零序電壓3U0取自機(jī)組中性點(diǎn)消弧線圈，三次諧波電壓33取自機(jī)端電壓互感器二次側(cè)開口三角形和中性點(diǎn)消弧線圈。對于擴(kuò)大單元接線，即兩機(jī)一變接線方式的機(jī)組，反應(yīng)三次諧波電壓比值IUs3/Un3I〉8為判據(jù)時，該判據(jù)的動作靈敏度仍不夠高，容易發(fā)生誤動作。因此，龔站機(jī)組定子單相接地保護(hù)采用了改進(jìn)的反應(yīng)三次諧波電壓比值的保護(hù)，在判據(jù)中增加了調(diào)整系數(shù)kp，從而獲得了更高靈敏度和防誤動能力。改進(jìn)后的判據(jù)為此廠W3＞時七3I兩機(jī)一變的接線方式，整定調(diào)整系數(shù)Kp值時，對于另一機(jī)組斷路器合閘與否，其中性點(diǎn)的接地容抗是不同的。因此，在整定調(diào)整系數(shù)Kp值時，要與另一臺機(jī)組斷路器合閘和跳閘時分別整定。3、龔站發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)動作后果。反應(yīng)基波零序壓3U0動作經(jīng)過一定延時跳發(fā)電機(jī)出口斷路器和發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)；反應(yīng)三次諧波電壓比值（33）動作，經(jīng)過一定延時發(fā)信號。四、定子接地保護(hù)動作處理現(xiàn)象：1、上位機(jī)、集控均報“X機(jī)組定子一點(diǎn)接地”信號，同時15.75KV、接地信號”亦可能發(fā)出。2、 機(jī)組保護(hù)屏1#、2#均有“定子接地3U。」、“3UO「'、“3W」、“3W”紅燈亮。 01 11 13、 "機(jī)組出口斷路器跳閘、滅磁開關(guān)跳閘。4、 狀態(tài)指示有“出口跳閘”、“出口信號”紅燈亮。5、 機(jī)組可能有超速聲。處理：1、 檢查發(fā)電機(jī)出口斷路器和滅磁開關(guān)是否斷開良好，否則動拉開。拉開隔離刀閘，切除操作電源。2、 對機(jī)組進(jìn)行全面檢查，包括風(fēng)洞、母線、機(jī)組YH、勵磁變、消弧線圈、穿墻套管等，有無明顯接地點(diǎn)。進(jìn)風(fēng)洞檢查應(yīng)兩人進(jìn)行，戴正壓呼吸器，發(fā)現(xiàn)有著火，按發(fā)電機(jī)著火處理。3、 若機(jī)組出口斷路器和滅磁開關(guān)已跳開，“15.75KV接地”信號未消失，應(yīng)穿上絕緣鞋對15.75KV母線、主變低壓側(cè)YH等一次設(shè)備進(jìn)行檢查，并檢查另一臺機(jī)有無定子接地信號（33）。若發(fā)現(xiàn)YH故障應(yīng)立即拉開YH刀閘，若發(fā)現(xiàn)15.75KV母線有明顯接地點(diǎn)，應(yīng)立即匯報調(diào)度（集控），倒廠用電，做好相應(yīng)主變停電準(zhǔn)備。4、 根據(jù)當(dāng)時情況，機(jī)組可執(zhí)行“空轉(zhuǎn)一一停機(jī)”流程停機(jī)或手動停機(jī)，注意加閘。若機(jī)組過速，保護(hù)已動作，按過速保護(hù)動作處理。5、 若機(jī)組停機(jī)后，所有信號均能復(fù)歸，應(yīng)判斷接地點(diǎn)在出口斷路器內(nèi)側(cè)，做好相應(yīng)措施，測量定子絕緣，通知維護(hù)作進(jìn)一步檢查。6、若檢查未發(fā)現(xiàn)明顯接地，且絕緣測量合格，經(jīng)總工程師（