注入式定子接地保护在大型发电机组上的应用分析.pdf

第3 2 卷第5 期湖南电力H U N A NF L E C T R I CP O W E R2 0 1 2 年1 0 月d o i：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 0 1 9 8 2 0 1 2 0 5 0 0 7注人式定子接地保护在大型发电机组上的应用分析刘伟良，李刚。刘宇(湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙4 1 0 0 0 7)摘要：在分析回路角度偏差、接地变参数、二次回路接线方法对注入式定子接地保护测量接地电阻精度的影响基础上，归纳角度补偿、阻抗补偿、电阻折算系数补偿的现场试验和调整方法，试验结果表明该注入式定子接地保护的测量精度能满足工程要求。通过分析保护动作范围及可靠性，提出合理的零序接地电流、动作电阻定值整定方法。关键词：发电机；注入式；定子接地保护；试验；整定中图分类号：T M 7 7 2文献标识码：B文章编号：1 0 0 8 0 1 9 8(2 0 1 2)0 4 0 0 2 3 0 4A p p l i c a t i o na n da n a l y s i so fs t a t o rg r o u n d i n gp r o t e c t i o n耐t hv o l t a g ei n j e c t i o nf o rl a r g e-s i z e dg e n e r a t o r sL I UW e i-l i a n g，L IG a n g，L I UY u(H u n a nE l e c t r i cP o w e r C o m o r a t i o nR e s e a r c hI n s t i t u t e，C h a n g s h a41 0 0 0 7，C h i n a)A b s t r a c t：B ya n a l y z i n gt h ee f f e c t so nm e a s u r i n gp r e c i s i o no fe a r t h i n g r e s i s t a n c eo fs t a t o rg r o u d i n gp r o t e c t i o nw i t hv o l t a g ei n j e c t i o nb yc i r c u i ta n g l ed e v i a t i o n，e a r t h i n gt r a n s f o m m rp a r a m e t e r sa n de i l v u i tc o u n e e t i n gm e t h o d s，t h em e t h o d so ff i e l dt e s t sa n da d j u s t i n ga b o u tc o m p e n s a t i o no fa n g l e，r e s i s t a n c e，r e s i s t a n c ec o e f f i c i e n ta r es u m m a r i z e d。r h et e s tr e s u l t ss h o wt h a tm e a s u r i n gp r e c i s i o ni ss a t i s f a c t o r y I nt h ee n d，t h em e t h o d so fs u i t a b l ez e r o s e q u e n c ee u n e n ta n da c t i o nr e s i s t a n tf i x e dv a l u es e t t i n ga r ep r o p o s e db ya n a l y z i n gp r o t e c t i o na c t i o nr a n g ea n dr e l i a b i l i t y K e yw o r d s：g e n e r a t o r；v o l t a g ei n j e c t i o n；s t a t mg r o u n d i n gp r o t e c t i o n；t e s t；s e t t i n g发电机定子单相接地是一种常见故障，虽然与定子内部短路相比对发电机的损伤程度较小，但往往是相间或匝问短路的先兆1 1 准确可靠检测定子接地故障对发电机的安全稳定运行关系重大。对1 0 0M W 及以上的发电机，应装设保护区为1 0 0 的定子接地保护旧j 基波零序电压型保护不可避免地存在一定的保护死区。且高压侧系统发生接地时可能使保护误动，三次谐波零序电压保护经过不断改进，灵敏度和可靠性得到了提高 3-4)，但由于受运行工况的影响在现场应用时多数情况只是投“发信”。注入式(又称外加电源式)定子接地保护由于保护测量接地电阻与接地位置无关、在发电收稿日期：2 0 1 1 1 1 1 8改回|期：2 0 1 2-0 5 2 9机静态时能监视其绝缘等特点，得到较广泛的应用，现场多采用中性点接地变二次侧注入2 0H z 交流电压的方式，并积累了一定的试验、运行经验已逐渐成为大型机组定子接地保护首选方案。文中就某公司R C S 9 8 5 G 型保护注入式定子接地保护在大唐金竹山电厂“3 机(6 0 0M W)上的应用情况。归纳现场试验、调整方法对相关定值进行了整定和分析。1 保护装置基本原理R C S 9 8 5 G 型保护采用注入2 0H z 交流原理，如图1 所示，方波发生器经2 0H z 带通滤波器得到2 0H z 为主的交流电源，接在发电机中性点接地变的2 3 万方数据第3 2 卷第5 期湖南电力2 0 1 2 年1 0 月二次侧电阻两端，从而注入到发电机定子绕组巾。微机保护装置采样分压后的注人电压和注入电流k，经数字滤波处理计算2 0H z 的交流电压和电流，通过一定的角度补偿、阻抗补偿后再计算单相接地故障的过渡电阻，计算方法见式(1)，其中后：为电阻折算系数，妒k 为角度补偿，z k 阻抗补偿。图l注入式定子接地保护原理图尺，=k f R e(=1)，z=e 伸“一Z 如(1)Z1 该保护测量接地电阻与定子绕组的接地点无关。可以反映发电机定子绕组1 0 0 范同内的单相接地故障。接地电阻判据高定值段作用于报警，低定值段作用于延时跳闸，另外增设接地电流辅助判据反映距发电机机端8 0。9 0 的定子绕组单相接地，两者一起可构成1 0 0 定子接地保护。2 接地电阻计算准确度影响因素及现场调整方法图2 是图1 所示原理图转换至接地变二次侧的等值电路图，尺。为中性点接地变二次侧电阻，R，为二次回路电阻，尺，7 和X，7 分别为定子绕组接地电阻和对地容抗折算值接地变二次侧的值，虚线框包围电路是接地变采用“r”等值后的电路。保护测量接地电阻的准确度受诸多因素影响，其中接地变的参数影响最大，测量回路角度误差、变比误差、分压的均匀度、二次回路接线方法、注入电源内阻等都会对注人式定子接地保护动作的正确性产生不同程度的影响。为消除这些影响，在设计阶段必须综合考虑设备参数的选型、二次回路设计，在现场调试阶段通过各种试验进行必要的角度、阻抗补偿及电阻折算系数调整。2 4 图2更流2 0H z 等值电路2 1回路角度偏差测量及调整由式(1)可知，回路角度偏差对保护计算接地电阻精度会产生影响，角度偏差主要来源与零序T A、接地变及保护装置本身元器件。可以通过现场试验确定角度偏差并进行相应补偿。首先，将图1，2 中接地变低压侧l，n 断开，并将零序T A 改接至回路中(如图2 所示位置)叠加低频电压到电阻足。上保护装置测量阻抗角度为1 7 3。说明零序T A 及保护装置本身元器件的角度偏差为7。(1 8 0。1 7 3。)。然后，初设角度补偿为7。后，恢复正常接线方式，保护装置测量发电机定子回路(包括励磁变高压侧、主变低压侧及高厂变高压侧绕组)对地的2 0H z 电容电流的角度为2 7 5。，说明接地变角度的偏差为一5 0。(即2 7 0。2 7 5。)。最后，设角度补偿为一2。(5。一7。)，再次测量发电机定子回路电容电流的角度基本上等于2 7 0。，验证了补偿角度的设置正确。2 2 接地变参数的影响分析2 2 1 参数选型发电机中性点接地变参数选型首先要考虑限制动态过电压的要求。即满足：尺n 2 1(3 w C，)(2)式中C，为发电机定子每相对地电容：5 x 为接地变容量。注入式定子接地保护要求接地变二次电阻值不能过低，否则会导致注入电压过低将影响注入式定子接地保护的灵敏度厂家推荐为lQ 左右，设计选择接地变二次电阻值为l，1 1 3Q。发电机定子每相对地电容为0 2 4 7 斗F，式(2)左端计算值为4 3 0 0Q，则计算变比不应大于6 2。根据上述要求，选择接地变的的变比为2 0k V 0 3 5k V=5 7 1 容量选4 0k V A。接地变容量校核：当发电机机端发生金属性接地短路时接地变二次侧电阻上消耗的功率为：(3 5 0,3)2 1 1 1 3=3 6。6 8(k W)4 0(k V A)，容量满足要求。万方数据第3 2 卷第5 期支U 伟良等：注入式定子保护在大型发电机组上的应用分析2 0 1 2 年1 0 月2 2 2 阻抗补偿调整及接地变参数影响分析阻抗补偿调整试验的目的是消除接地变参数对测量精度的影响，即补偿后接地变高压侧金属性阶段短路时保护装置测量到的接地电阻应为零。首先，根据上述设计参数计算接地变2 0 H z 交流等值阻抗：z r=2 0 u d(5 0 S。)=2 0 x 0 0 4 3 5)3 5 0 2(5 0 4 0o o o)=0 0 6 61-1然后，结合计算结果、现场试验数据判断保护装置记录的R，和x，正确性。接地变交流2 0H z 短路试验时保护装置记录数据如表1 所示根据分压比和电流互感器变比计算接地变的测量阻抗为：Z r7=玉。U(j n)=2 0 0 8 8 0 0 0 61 8 x 4 0 0=0 0 7 1QZ，=0 0 7 1Q，与设计参数计算结果基本吻合。将补偿阻抗值整定后重做短路试验测量阻抗显示为零，证实了阻抗补偿的正确性。表1 接地变交流2 0H z 短路试验结果参考文献 5 6 分析考虑发电机接地变参数后，很大程度提高了2 0 H z 交流注入式定子接地保护测量接地电阻的精度，不考虑接地变的参数影响时，在接地电阻小于1 k 1 时，计算误差更大J。接地变激磁阻抗折算至二次侧一般有几百欧甚至于欧，可以不考虑其影响。忽略了接地变参数，比较计算接地电阻值和保护装置测量电阻(乘以折算系数后)，两者相差不大，但与接地实际电阻误差较大，如表3 所示，进一步说明忽略接地变参数难以保证保护的测量精度。表2 忽略接地变参数测量接地电阻误差2 0H z 电流、电压较低，特别是发电机定子发生接地故障时，例如1k 1 2 电阻接地时保护采样的2 0H z电压只有0 3V 左右。1k l l 电阻折算至接地变二次侧电阻只有0 3 0 6Q 与二次回路电缆的电阻相当，如果保护测量电压用的二次电缆直接在2 0H z电源输出端，那么相当于测量回路里串接二次回路电缆电阻2 x R，(参见图2)，将导致很大的测量误差。正确的接线参见图l：从接地变二次侧电阻R。上引电缆接至分压电阻上R，(R，尺。)，保证保护采样的电压反映的是R。两端的电压从而消除了二次回路接线引起的测量误差，同时避免了电源内阻对保护测量精度带来的负面影响。另外二次电缆应采用截面积大(4m m 2)带屏蔽的电缆，屏蔽两端接至铜排等电位接地网上，尽可能消除各种外部干扰。2 4 电阻折算系数调整保护测量的二次侧电阻乘以电阻折算系数后为一次侧接地电阻值，该系数计算值为1 6 3 3(k e r n r 2 n 张=2 X(2 0 0，3 5)2 4 0 0，k 为分压比)，因为接地变变比误差、分压电阻分压不均等原因，直接用该值作为电阻折算系数会导致一定的测量接地电阻误差，可通过静态的定子接地试验来调整。预设电阻折算系数为1 6 3 3，在发电机静态情况下用不同阻值的标准电阻直接接地，不断小幅调整折算系数使测量误差达到最小。表3 是确定折算系数为1 7(设定了角度、阻抗补偿)时接地电阻试验结果，在1 0k f l 以下误差很小在其它范围内也基本满足要求。且测量范围上限达到了3 0k l i。表3 保护测量接地电阻误差实际电阻k Q1 4 81 61 7 71 9 52 4 52 7，5测量电阻k I l1 5 4 2 1 6 8 71 8 6 92 0 5 62 5 8 2 2 9，2 9误差4 25 45 65 45 46 52 3 二次回路接线方式3定值整定受2 0H z 电源输出电压大小、内阻及感应到发中性点经接地变接地的发电视定子绕组发生接电机定子回路电压大小限制，接人到保护装置的地故障时的等效零序电路如图3 所示，仅为中性点2 5 万方数据第3 2 卷第5 期湖南电力2 0 1 2 年1 0 月布故障点乙l 刮的L O _ 数占一利总甲联I 韭效的白分比，E。为发电机相电动势，用式(3)可计算对应送至保护装置接地零序电流，式(4)表示接地零序电流与接地电阻及接地位置之问的关系。弘高等I(蒜州I 卜引(4)图3 接地故障零序等值电路3 1 零序动作电流整定根据规程3，机端电压为2 0k V 发电机的定子绕组单相接地故障的允许电流为lA，设，为1A，代人相关数据(X。=4 3k,Q，R。=1 11 3n，n，=2 0 0 3 5，站似=4 0 0 1)，计算出，r7 为0 1 1A，考虑一定的灵敏度和可靠系数后。整定保护零序动作电流为0 0 5A。设I r=0 0 5A，R，=0，联立式(3)和式(4)解出a=0 0 3，即接地电流判据能够反映距发电机机端9 7 范围内的定子绕组单相接地故障，而且接地点越靠近发电机机端其灵敏度越高。3 2 接地动作电阻整定在定子绕组单相接地故障的安全电流为1A 的条件下，按式(4)计算d=1 时R 产1 0 9 5k n，d=0 5 时R 产5 1 6k 1 2，越靠近中性点允许的过渡电阻越低。当接地点靠近发电机机端时，由于检测量中的基波分量会明显增加，导致检测量中低频故障分量的检测精度受到较大影响所以取动作电阻为5k q。在距发电机机端5 0 范围内发生接地电阻大于5k D 的安全电流将可能大于lA 但零序电流判据会可靠动作，而接地动作电阻判据与接地位置无关，因此，两者配合一起能够构成完整的高灵敏的1 0 0 定子接地保护。4结束语注入式定子接地保护测量精度受回路角度偏差、接地变参数、二次回路接线的影响所以现场调整试验非常重要。通过角度补偿、阻抗补偿、电阻折算系数补偿调整后，该注入式定子接地保护的测量精度能满足工程要求。再者，整定值合理与否将决定保护的动作范围和可靠性，进行相应的分析和核算是非常必要的。该机组的注入式定子接地保护从投运至今，运行情况良好。参考文献 1 王维俭，王祥珩，王赞基大型发电机变压器内部故障分析与继电保护 M 北京：中国电力出版社，2 0 0 6 23G B T1 4 2 8 5 2 0 0 6 继电保护和安全自动装置技术规程(s 北京：中国标准出版社2 0 0 6(3)Z i e l i c h o w s k i l，M a n dF u l c z y k，M O p t i m i z a t i o no ft h i r dh a r m o n i cg r o u d-f a u t tp r o t e c t i o ns y s t e m so fu n i t c o n n e c t e dg e n e r a t o r sg r o u n dt h r o u g hn e u t r a l i z e r J E l e c t r i cP o w e rS y s t e m sR e s e a r c h，1 9 9 8，2 7(4 5)：1 4 9 1 6 2 4 毕大强，王祥珩，王维俭基于3 次谐波电压故障暂态分量的定子单相接地保护 J 电力系统自动化，2 0 0 3，2 7(1 3)：4 5 4 9(5 毕大强，王祥珩，王维俭发电机中性点接地装置等效电路的分析 J 继电器，2 0 0 3，3 1(1)：1 2 1 6(6 毕大强；王祥珩；余高旺，等高准确度外加2 0H z 电源定于单相接地保护的研制 J 电力系统自动化。2 0 0 4。2 81 6)：7 5-7 8(7 D I J T 6 8 4 1 9 9 9 大型发电机变压器继电保护整定计算导则 S 北京：中国电力出版社，2 0 0 5 作者简介刘伟良(1 9 7 4 一)，男，硕士，工程师，从事电力继电保护技术工作，征订启事本刊2 0 1 3 年度征订工作已经开始，需订阅本刊的单位或个人可通过邮局订阅或与本刊编辑部直接联系的方式进行汀阅。本刊全年出刊6 期，逢双月出版，每期每份定价l O 元，年定价每份6 0 元。本刊邮发代号：4 2 2 9 5本刊地址：湖南省长沙市东塘水电街7 9 号湖南省电2 6 力公司科学研究院邮编：4 1 0 0 0 7本刊联系电话：0 7 3 1 8 5 5 4 2 7 0 2(外线)，9 3 3 1 2 2 7 0 2(电力系统)湖南电力编辑部万方数据注入式定子接地保护在大型发电机组上的应用分析注入式定子接地保护在大型发电机组上的应用分析作者：刘伟良，李刚，刘宇，LIU Wei-liang，LI Gang，LIU Yu作者单位：湖南省电力公司科学研究院,湖南 长沙,410007刊名：湖南电力英文刊名：Hunan Electric Power年，卷(期)：2012,32(5)参考文献(7条)参考文献(7条)1.王维俭;王祥珩;王赞基 大型发电机变压器内部故障分析与继电保护 20062.继电保护和安全自动装置技术规程 20063.Zielichowskil,M;Fulczyk,M Optimization of third harmonic groud-fault protection systems of unit-connected generatorsground through neutralizer 1998(45)4.毕大强,王祥珩,王维俭 基于3次谐波电压故障暂态分量的定子单相接地保护期刊论文-电力系统自动化 2003(13)5.毕大强,王祥珩,王维俭 发电机中性点接地装置等效电路的分析期刊论文-继电器 2003(1)6.毕大强,王祥珩,余高旺,李德佳,王维俭 高准确度外加20 Hz电源定子单相接地保护的研制期刊论文-电力系统自动化 2004(16)7.大型发电机变压器继电保护整定计算导则 2005 引用本文格式：刘伟良.李刚.刘宇.LIU Wei-liang.LI Gang.LIU Yu 注入式定子接地保护在大型发电机组上的应用分析期刊论文-湖南电力 2012(5)