1000MW机组发变组注入式定子接地保护应用探究

1000MW机组发变组注入式定子接地保护应用探究

刘沙，郭玉庆，胡启明

广西防城港核电有限公司，广西防城港市， 538001

摘要：随着电网技术的发展，发电厂机组容量逐步提升，发电机定子对地电容也随之增加，发电机定子接地是一种较为常见的接地故障，接地故障时接地电流很大，会对发电机组产生较大的危害。本文对发变组注入式定子接地保护原理进行了简介，总结了相关保护整定方法及关注事项，并结合现场常见问题进行了分析，给出了改进方法。

关键词：发变组 定子接地保护 注入式

0 引言

随着发电机容量不断增加，发电机定子对地电容也有所增加，发电机定子接地是一种较为常见的接地故障，接地故障时接地电流很大，对发电机组的危害很大。大型发电机组均配置了双重化的定子接地保护。^[1-2]一套采用的为90%基波零序电压加三次谐波电压判据组成100%定子接地保护，另一套采用的是外加20HZ电源注入式定子接地保护。20HZ注入式定子接地保护不受故障点位置、发电机运行工况等情况的影响，保持较高的灵敏度。因注入式定子接地保护在调试和运维过程中注意事项进行了分析研究。

1 注入式定子接地保护原理

某电厂发电机中性点采用接地变电阻接地，注入式定子接地保护采用的是南瑞继保RCS-985U装置，其二次接线如图 1 所示。^[3]

图 1 注入式定子接地保护回路原理图

发电机正常运行情况下装置采到的低频电流主要是发电机对地非常小的电容电流，当发电机组绝缘破坏造成金属性接地时，装置采到的电流为电阻性电流，通过图2的导纳法计算对地电阻，并与定值和相应的判据进行比较，进而报警或跳闸。

图2 注入式定子接地保护计算模型图

2、注入式定子接地保护整定

2.1相角补偿

保护装置采集的低频电压和电流的角度检测准确才能保证保护的可靠，则必须对采样相角采样进行补偿。补偿方式有两种，第一种方式：发电机组绝缘正常时，低频电流为容性,此时注入式接地保护装置检测到的低频电流滞后于低频电压270°，但由于一次连接设备及装置误差影响，低频电流与低频电压的角度并非纯容性，故需在发电机静止状态下进行相角补偿，使保护装置采样在270°附近，相角补偿即合理。第二种方式：利用纯阻性的负载进行。此时需要将穿心CT接线做改动，如图3中a, b接线，此时补偿至保护装置相角检测180°附近即可满足要求。^[5]

图3a 正常运行接线 图3b相角补偿接线

2.2 阻抗补偿

理想状态下，当发电机中性点金属性接地时，保护装置测量到的阻抗应该为0。但由于实际回路参数的影响，需对保护装置测量阻抗采样值进行补偿。阻抗补偿试验主要是补偿发电机中性点接地变漏抗，在发电机静止状态下，投入“补偿试验状态投入”控制字，模拟主变高压侧接地，对测量值进行补偿，退出“补偿试验状态投入”控制字，使电阻、电抗采样值均为0。待相位及阻抗补偿完成后，还需进一步补偿发电机容抗对地并联电抗，在模拟发电机正常运行状态下，读取电阻二次值，并将测量电阻补偿至接近最大量程30KΩ。

2.3 定值整定

2.3.1电压、电流回路监视定值

注入式定子接地保护主要利用低频电压、电流来判断发电机是否有接地故障，故需保护装置监测低频电压、电流值来判断相关回路正常与否。当测量值出现异常后，装置报警并闭锁注入式定子接地保护，以免发生误动或拒动^[6]。

当发电机发生金属性对地短路时，定子回路对地电阻降至最小，此时可测得低频电压最小值 ；当发电机正常运行无故障时，对地阻抗值最大，此时可测得低频电流最小值 。

(2-1)

(2-2)

其中 、 为低频电压、电流监视定值， 为可靠系数，一般取0.5

2.3.2电阻折算系数

发电机在出现接地故障时，保护装置计算出二次侧电阻 ,但保护装置是根据一次值来判断的，故需二次值 折算至一次电阻值 。理论上折算系数整定公式为：

(2-3)

(2-4)

式中 为电阻折算系数， 为接地变变比， 为负载抽头变比， 为接地变穿心CT变比。

实际试验中，可在中性点接入不同的接地电阻，从装置中读取测量一次值，来进行折算系数调整，但由于测量误差非线性，若把某一个值例如N调准后，会造成其他越远离的值误差越大。现场整定时，可将N定位为报警定值和跳闸定值中间数附近，保证达到报警和动作整定值时，装置的可靠性和灵敏性。

2.3.3接地电流判据

当接地点靠近发电机机端时，低频故障分量会受到基波分量的影响。为提高灵敏度，增设了接地电流判据。接地电流判据能够反映距发电机机端80%~90%的定子绕组单项接地，越靠近发电机机端，灵敏度越高，同时增加了发电机机端开口三角零序电压闭锁来提高保护的可靠性。

其动作方程为：

(2-5)

接地电流作为电阻判据的后备，反映流过发电机中性点接地连接线上的电流，其定值整定原则为:

(2-6)

其中 为中性点接地电阻二次值

为发电机机端单相金属性接地时 上的电压

3、现场常见问题处理

3.1 相角采样异常

发电机对地绝缘良好时，由于发电机对地容抗的作用，20Hz电压信号和20Hz电流信号相角应该为270°左右。在进行静态试验时，若出现的相角测量若为180°左右，则是注入电源线把穿芯TA包络在内部，此时穿芯TA测量的电流是负载电阻的电流，负载电阻的电压和电流的夹角为180°。调整注入电源线的位置后，使穿芯TA测量发电机的容性电流，此时测量相角差为270°左右方为正常。若测量相角差为90°左右，则应是CT极性接反，交换CT接线后可测得相角差为270°。

3.2分接头选择

电压获取一般有3种情况：(1)在负载电阻上抽取100V分压；(2)从负载电阻取全电压，然后在注入电源分压器上进行分压。(3)从发电机中性点接地变二次抽头取电压。分压抽头选择原则是机端发生金属性接地时，经过分压后装置测到的电压为100V左右。抽头选择过大会导致发电机出口单相接地时，进入装置的基波零序电压过大而烧坏注入电源，抽头选择过小会导致低频分量测量不准确。

某电厂发电机中性点接地变变比为24/0.866kV,改造前注入式定子接地保护电压取自中性点接地变负载电阻Rn中100V抽头。设备投入运行后，保护装置只能采取57.7V的零序电压，为了保障保护的准确性和可靠性，对上述接线进行了改造，将二次电压更改为从注入式电源中的分压电阻抽头获取，使得保护装置采取电压为100V。提高了定子接地保护采样的准确性。其接线更改见图4（a） 改前图和图4（b）改后图。

（a）改前图 （b）改后图

图4 注入式定子接地分接头选择调整

3.3 保护动作起失灵问题

注入式定子接地保护不受机组运行方式的影响，在发电机静止状态下仍然可以起到保护作用。当发电机发生定子单相接地故障时，接地电阻跳闸段动作于停机，但接地故障点没有被隔离，接地电阻仍然满足动作判据，导致保护不返回。若启动断路器失灵，会扩大跳闸范围，故注入式定子接地保护均不启动断路器失灵。

3.4 保护PT接地点选择

某电厂在发电机停机期间进行注入式定子接地试验，投入注入式定子接地保护后发现，相角采样比停机前偏小5°左右，起机前已对发电机中性点接地变进行了检查，柜内无接地线，现场设备无异常。考虑到大修期间对发电机中性点PT进行过改造，现场对PT回路进行检查，发现该PT二次回路在发电机保护A/C柜内各有一个接地点，如图4，该部分形成环路，使得低频电流采样不准确。

图5 发电机中性点电压回路两点接地图

因为发电机中性点二次PT引入A/C柜为相同绕组，两个接地点等值电路图如图5，20HZ电源投入后低频电流通过接地点流向大地，会在大地表面形成分布电位 ,其中 为两个接地点之间的等效电阻，由此可知电容 中会流过相应的阻性电流，造成保护装置相角采样减小，有可能引起注入式定子接地装置报警或跳闸。两个电压回路两点接地，相当于减小了中性点接地变的电阻,运行时很可能会造成注入到一次的低频信号下降，相对应保护装置采到的低频分量也会减少，从而降低定子接地保护的灵敏性和可靠性^[5]。

图6 两个接地点等值电路图

PT的一次侧直接与电网系统的一次相连接，为了保护PT二次交流电压回路人员及设备的安全,PT二次交流电压回路必须接地的，且只能一点接地。现场拆除一个柜子接地点后，采样恢复正常。

4 结论

本文对大型发电机组注入式定子接地保护现场试验方法进行了总结，并对注入式定子接地保护现场试验常见问题进行了分析，并给出了解决方案，可对注入式定子接地保护调试和运维提供一定的借鉴意义。

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