發(fā)電機定子接地保護

大容量發(fā)電機為什么要采用100%定子接地保護？并說明附加直流電壓的100%定子繞組單相接地保護的原理？答：利用零序電流和零序電壓原理構(gòu)成的接地保護，對定子繞組都不能達到100%的保護范圍，在靠近中性點附近有死區(qū)，而實際上大容量的機組，往往由于機械損傷或水冷系統(tǒng)的漏水原因，在中性點附近也有發(fā)生接地故障的可能，如果對之不能及時發(fā)現(xiàn)，就有可能使故障擴展而造成嚴重損壞發(fā)電機事故。因此，在大容量的發(fā)電機上必須設(shè)100%保護區(qū)的定子接地保護。發(fā)電機正常運行時，電流繼電器線圈中沒有電流，保護不動作。當發(fā)電機定子繞組單相接地時，直流電壓通過定子回路的接地點，加到電流繼電器上，使之有電流通過而動作，并發(fā)出信號。根據(jù)3U。的計算公式，當故障發(fā)生在機端時U。的值最大，整定值容易選擇，當故障發(fā)生在中性點附近時，U。很小無法確定整定值。于是零序電壓接地保護在中性點附近存在死區(qū)。所以利用發(fā)電機相電壓中固有的少量三次諧波做三次諧波接地保護，三相繞組中的三次諧波電勢通過繞組對地分布電容和發(fā)電機所連接設(shè)備對地導納形成Us和Un，大小與機端和中性點對地等值導納成反比，由于機端所連接設(shè)備對地電容使機端等值電容增大，故通常Us<Un接地故障時，接地點迫使Us和Un發(fā)生變化，故障點越靠近中性點，Un減小得越多，而Us增大得越多，因此利用三次諧波電壓Us與Un的相對變化，可以有效的消除中性點附近的保護死區(qū)，與前述的3U。構(gòu)成100%接地保護發(fā)電機定子接地是指發(fā)電機定子繞組回路及與定子繞組回路直接相連的一次系統(tǒng)發(fā)生的單相接地短路。定子接按接地時間長短可分為瞬時接地、斷續(xù)接地和永久接地；按接地范圍可分為內(nèi)部接地和外部接地；按接地性質(zhì)可分為金屬性接地、電弧接地和電阻接地；按接地原因可分為真接地和假接地。1）定子接地的原因可能引起發(fā)電機定子接地的原因有：?小動物引起定子接地。如老鼠竄入設(shè)備，使發(fā)電機一次回路的帶電導體經(jīng)小動物接地，造成瞬時接地報警。?定子繞組絕緣損壞。除了絕緣老化的原因，主要還有各種外部原因引起絕緣損壞。如定子鐵芯疊裝松動、絕緣表面落下導電性物體（如鐵屑）、繞組線棒在槽中固定不緊等，在運行中產(chǎn)生振動使絕緣損壞；制造發(fā)電機時，線棒絕緣留有局部缺陷，運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子零件飛出，定子端部固定零件幫扎不緊，定子端部接頭開焊等因素均能引起絕緣損壞。?定子繞組引出線回路的絕緣瓷瓶受潮或臟物引起定子回路接地；?水冷機組漏水及內(nèi)冷卻水導電率嚴重超標，引起接地報警；?發(fā)變組單元接線中，主變壓器低壓繞組或高壓廠用變壓器高壓繞組內(nèi)部發(fā)生單相接地，都會引起定子接地報警信號；發(fā)電機帶開口三角形繞組的電壓互感器高壓熔斷器熔斷時，也會發(fā)出定子接地報警信號，這種現(xiàn)象通常稱為"假接地〃。2）定子接地的現(xiàn)象及判斷當發(fā)電機定子繞組及與定子繞組直接連接的一次回路發(fā)生單相接地或發(fā)電機電壓互感器高壓熔斷器熔斷時，均發(fā)出“'定子接地〃光字牌報警信號，按下發(fā)電機定子絕緣測量按鈕，"定子接地〃電壓表出現(xiàn)零序電壓指示。發(fā)電機發(fā)出"定子接地〃報警后，應(yīng)判斷接地相別和真、假接地。判斷的方法是：當定子一相接地為金屬性接地時，通過切換定子電壓表可測得接地相對地電壓為零，非接地相對地電壓為線電壓，各線電壓不變且平衡。按下定子絕緣測量按鈕，“定子接地”電壓表指示為零序電壓值，其值應(yīng)為100V。如果一點接地發(fā)生在定子繞組內(nèi)部或發(fā)電機出口且為電阻性，或接地發(fā)生在發(fā)變組主變壓器低壓繞組內(nèi)，切換測量定子電壓表，測得的接地相對地電壓大于零而小于相電壓，非接地相對地電壓大于相電壓而小于線電壓，"定子接地〃電壓表指示小于100V。當發(fā)電機電壓互感器高壓側(cè)一相或兩相熔斷器熔斷時，其二次側(cè)開口三角形繞組端電壓也要升高。如U相熔斷器熔斷，發(fā)電機各相一次對地電壓未發(fā)生變化，仍為相電壓，但電壓互感器二次側(cè)電壓測量值因U相熔斷器熔斷發(fā)生了變化，即UUV、UWU降低，而UVW仍為線電壓（線電壓不平衡），各相對地電壓UV0、UW0接近相電壓，UU0明顯降低（相對地無電壓升高），“定子接地〃電壓表指示為100/3V，發(fā)出"定子接地〃光字牌信號（假接地）。綜上所述，真、假接地的根本區(qū)別在于：真接地時，定子電壓表指示接地相對地電壓降低（或等于零），非接地相對地電壓升高（大于相電壓但不超過線電壓），而線電壓仍平衡；假接地時，相對地電壓不會升高，線電壓也不平衡。這是判斷真、假接地的關(guān)鍵。3）發(fā)電機定子接地的處理對于中性點不接地或經(jīng)中性點經(jīng)消弧線圈接地的發(fā)電機（200MW及以下），當發(fā)生單相接地時，接地點六均不超過允許值（2?4A），故可繼續(xù)運行，并查找和處理接地故障，若判明接地點在發(fā)電機內(nèi)，應(yīng)立即減負荷停機，若接地點在機外，運行時間不超過2h；對于中性點經(jīng)高阻接地的發(fā)電機（200MW及以上），當發(fā)生單相接地時，姐弟保護一般作用于跳閘，動作跳閘待機停轉(zhuǎn)后，通過搖測接地電阻，找出故障點。這是考慮接地點發(fā)生在發(fā)電機內(nèi)部時，接地電弧電流易使鐵芯損壞，對大機組來說，鐵芯損壞不易修復。另外，接地電容電流能使鐵芯熔化，融化的鐵芯又會引起損壞區(qū)擴大，使有效鐵芯“著火”，由單相短路發(fā)展為相間短路。由上所述，當接到"定子接地〃報警后，若判明為真接地，應(yīng)檢查發(fā)電機本體及所連接的一次回路，如接地點在發(fā)電機外部，應(yīng)設(shè)法消除。如將廠用電倒為備用電源供電觀察接地是否消失。如接地無法消除，應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)停機。如果查明接地點在發(fā)電機內(nèi)部，應(yīng)立即減負荷停機，并向上級調(diào)度匯報。如果現(xiàn)場檢查不能發(fā)現(xiàn)明顯故障，但“定子接地〃報警又不消失，應(yīng)視為發(fā)電機內(nèi)部接地，必須停機檢查處理。若判明為假接地，應(yīng)檢查并判明發(fā)電機電壓互感器熔斷器熔斷的相別，視具體情況，帶電或停機更換熔斷器。如果帶電更換熔斷器，應(yīng)做好人身安全措施和防止繼電保護誤動的措施。利用三次諧波電壓構(gòu)成的100%發(fā)電機定子接地保護的工作原理是什么？由于發(fā)電機氣隙磁通密度的非正旋分布和鐵芯飽和的影響，其定子中的感應(yīng)電動勢除基波外，還含有三、五、七次等高次諧波。因為三次諧波具有零序分量的性質(zhì)，在線電動勢中它們雖然不存在，但在相電動勢中亦然存在，設(shè)以E3表示之。為便于分析，假定：（1） 把發(fā)電機每相繞組對地電容CG分成相等的兩部分，每部CG/2分等效地分別集中在發(fā)電機的中性點N和機端S。（2） 將發(fā)電機端部引出線、升壓變壓器、廠用變壓器以及電壓互感器等設(shè)備的每相對地電容CS也等效的集中放在機端。根據(jù)理論分析，在上述加設(shè)條件下，可得出下列結(jié)論：（1） 當發(fā)電機中性點絕緣時，發(fā)電機在正常運行情況下，機端S和中性點N處三次諧波電壓之比為US3/UN3=CG/（CG+2CS）V1（2） 當發(fā)電機中性點經(jīng)消弧線圈接地時，若基波電容電流被完全補償，發(fā)電機在正常運行情況下，機端S和中性點N處三次諧波電壓之比為US3/UN3=(7CG-2CS)/9(CG+2CS)V1不論發(fā)電機中性點是否接有消弧線圈，當在距發(fā)電機中性點a(中性點到故障點的匝數(shù)占每相分支總匝數(shù)的百分比)處發(fā)生定子繞組金屬性單相接地時，中性點N和機端S處的三次處的三次諧波電壓恒為UN3二aE3 US3=(1-a)E3如圖所示：M中性點) H機端)0 0.5 L.0a從上圖中可以看出，UN3二f(a)、US3=f(a)皆為線性關(guān)系，它們相交于a=0.5處；當發(fā)電機中性點接地時，a=0,UN3=0,US3=E3；當機端接地時，a=1,UN3=E3,US3=0；當aVO.5時，恒有US3〉UN3；當a〉O.5時，恒有UN3>US3o綜上所述，用US3作為動作量，UN3作為制動量構(gòu)成發(fā)電機定子繞組單相接地保護，且當US3>UN3時保護動作，則在發(fā)電機正常運行時保護不會誤動，而在發(fā)電機中性點附近發(fā)生接地時，保護具有很高的靈敏度。用這種原理構(gòu)成的發(fā)電機定子繞組單相接地保護，可以保護定子繞組中性點及其附近范圍內(nèi)的接地故障，對其余范圍則可用反應(yīng)基波零序電壓的保護，從而構(gòu)成了100%發(fā)電機定子繞組接地保護。一、零序電壓式定子接地保護的整定計算1、零序動作電壓零序電壓式定子接地保護的動作電壓，應(yīng)按躲過發(fā)電機正常工況下及惡劣條件下發(fā)電機系統(tǒng)產(chǎn)生的最大橫向零序電壓來整定，即Udz0=Krel*U0maxUdz0：零序電壓式定子接地保護的動作電壓Krel：可靠系數(shù)，取1.2~1.3U0max:發(fā)電機正常運行時的最大橫向零序電壓影響U0max的因素主要有：a、 發(fā)電機的三次諧波電勢b、 機端三相TV各相間的變比及角誤差（主要是TV一次繞組對三次繞組之間的比誤差）c、 發(fā)電機電壓系統(tǒng)中三相對地絕緣不一致d、 主變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地故障時由變壓器高壓側(cè)傳遞到發(fā)電機系統(tǒng)的零序電壓測量表明：a、 并網(wǎng)運行發(fā)電機的三次諧波電勢與發(fā)電機的負荷有關(guān)，最大可達發(fā)電機電壓的5%~7%。在發(fā)電機機端TV開口三角形繞組兩端及中性點TV二次產(chǎn)生的電壓最大各位3V。如果定子接地保護能有效濾去三次諧波電壓，在進行定值整定時可不考慮這一電壓。b、 機端三相TV的一次繞組對三次繞組之間變比不一致，在機端TV開口三角形繞組兩端產(chǎn)生基波電壓通常有0.5~1.5V。c、 主變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地故障時，有變壓器高壓側(cè)傳遞到發(fā)電機系統(tǒng)的零序電壓，主要決定于變壓器高壓側(cè)繞組與發(fā)電機側(cè)（低壓側(cè)）繞組之間的耦合電容。對于電壓等級為220kV及以上的變壓器，高壓側(cè)零序電壓傳遞到發(fā)電機系統(tǒng)側(cè)的分量很小。另外通過延時可以躲過這一電壓的影響。因此，整定定子接地保護的動作電壓時，可以不考慮這一因素。d、 引起發(fā)電機三相對地絕緣不一致的因素是多種多樣的，主要是發(fā)電機三相繞組對地絕緣固有的