水電站主變壓器高壓側(cè)接地故障傳遞電壓對(duì)發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的影響

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(錦屏水力發(fā)電廠，四川 西昌 615000)

0 引 言

DL/T 684-2012《大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》[1]明確要求發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)基波零序電壓整定值或延時(shí)要與系統(tǒng)接地保護(hù)配合。鑒于錦屏二級(jí)水電站發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)未經(jīng)主變壓器高壓側(cè)零序電壓閉鎖，因此需校驗(yàn)主變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，故障點(diǎn)零序電壓經(jīng)主變壓器高低壓繞組間耦合電容傳遞到發(fā)電機(jī)側(cè)對(duì)基波零序電壓定子接地保護(hù)的影響。發(fā)電機(jī)基波零序電壓定子接地保護(hù)在躲過(guò)主變壓器高壓側(cè)接地傳遞電壓的情況下，應(yīng)盡量縮短延時(shí)，取0.3～1.0 s。

錦屏二級(jí)水電站是雅礱江流域龍頭電站，單機(jī)容量為600 MW，共8臺(tái)機(jī)組，采取一洞雙機(jī)聯(lián)合單元運(yùn)行方式，總裝機(jī)容量為4 800 MW，機(jī)端電壓為20 kV，定子繞組接線方式為中性點(diǎn)經(jīng)接地變壓器接地三相6分支Y形接線。發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)采用由“基波零序保護(hù)+3次諧波電壓”和注入式定子接地保護(hù)構(gòu)成的雙重化100%定子接地保護(hù)。

1 對(duì)稱(chēng)分量法計(jì)算主變壓器高壓側(cè)單相接地故障零序電壓

1.1 對(duì)稱(chēng)分量法

不對(duì)稱(chēng)故障通常通過(guò)對(duì)稱(chēng)分量法可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)分析和運(yùn)算。3個(gè)不對(duì)稱(chēng)的相量可以唯一分解成3組對(duì)稱(chēng)相量(即對(duì)稱(chēng)分量)：正序分量、負(fù)序分量和零序分量[2]。

(1)

令α=ej120°，α2=ej240°，則3個(gè)不對(duì)稱(chēng)相量則可以通過(guò)其中1個(gè)相量的3個(gè)序量進(jìn)行計(jì)算，即

(2)

通過(guò)式(2)可知，對(duì)于電力系統(tǒng)中三相對(duì)稱(chēng)元件中的不對(duì)稱(chēng)電壓和不對(duì)稱(chēng)電流，可通過(guò)分解成3組對(duì)稱(chēng)的分量進(jìn)行分別計(jì)算。由于每組分量的3相是對(duì)稱(chēng)的，因此僅需分析1相，便可計(jì)算出其他兩相。

1.2 主變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)單相接地故障計(jì)算

以錦屏二級(jí)水電站主變壓器高壓側(cè)發(fā)生a相接地短路為例，其系統(tǒng)圖如圖1所示。下面利用對(duì)稱(chēng)分量法計(jì)算短路電流及短路點(diǎn)的電壓的關(guān)系式。

主變壓器高壓側(cè)f點(diǎn)發(fā)生單相接地故障，使得f點(diǎn)的三相電壓和三相電流均不對(duì)稱(chēng)，而此時(shí)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)仍為三相對(duì)稱(chēng)的正序電動(dòng)勢(shì)，發(fā)電機(jī)、變壓器和線路的三相參數(shù)是對(duì)稱(chēng)的。將故障處的電壓和故障電流分解成3組對(duì)稱(chēng)分量，如圖2所示。

圖2 短路點(diǎn)電壓、電流各序分量

根據(jù)a相的電壓平衡關(guān)系有如下平衡關(guān)系。

(3)

式中,zG1、zT1、zL1為發(fā)電機(jī)、變壓器、線路的正序阻抗；zG2、zT2、zL2為發(fā)電機(jī)、變壓器、線路的負(fù)序阻抗；zT0、zL0為變壓器、線路的零序阻抗。由于主變壓器高壓側(cè)星形接地，故發(fā)電機(jī)側(cè)沒(méi)有零序電流流過(guò)，因而公式中零序阻抗無(wú)發(fā)電機(jī)零序阻抗。

根據(jù)邊界條件，可知故障相的對(duì)地電壓為零，非故障相的對(duì)地故障電流為零，因此有如公式(4)的邊界關(guān)系。

(4)

利用對(duì)稱(chēng)分量法可轉(zhuǎn)換為式(5)。

(5)

根據(jù)式(3)、(5)可推算出式(6)。

(6)

令,

Z1∑=ZG1+ZT1+ZL1

Z2∑=ZG2+ZT2+ZL2

Z0∑=ZT0+ZL0

則有

(7)

2 接地點(diǎn)零序電壓至發(fā)電機(jī)端的傳遞電壓計(jì)算

2.1 相關(guān)計(jì)算參數(shù)

2.2 計(jì)算等值電路圖

錦屏二級(jí)水電站發(fā)變組為聯(lián)合單元接線方式，即兩臺(tái)相鄰機(jī)組通過(guò)主變壓器高壓側(cè)并聯(lián)的接線方式接入系統(tǒng)，雙機(jī)系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下參數(shù)，各序量標(biāo)幺值阻抗如圖3[3]。

2.3 主變壓器高壓側(cè)單相接地零序電壓計(jì)算

圖3 各序量標(biāo)幺值阻抗圖

根據(jù)公式(7)，在主變壓器高壓側(cè)發(fā)生單相接地故障時(shí)，高壓側(cè)接地點(diǎn)的故障零序電壓計(jì)算如下。

=88.5 kV

2.4 傳遞電壓計(jì)算

錦屏二級(jí)主變壓器為特變電工衡陽(yáng)變壓器有限公司提供，以其提供的某一臺(tái)主變壓器介質(zhì)損耗因素測(cè)量相關(guān)試驗(yàn)報(bào)告為例計(jì)算傳遞電壓，見(jiàn)表1 所示。

表1 錦屏二級(jí)水電站主變壓器電容值

實(shí)驗(yàn)電路圖如圖4所示。

圖4 主變壓器電容試驗(yàn)圖

通過(guò)表1和圖4可計(jì)算出主變壓器高低壓側(cè)間耦合電容為5.86 μF。

傳遞電壓計(jì)算所需的錦屏二級(jí)水電站發(fā)電機(jī)相關(guān)參數(shù)如表2。

錦屏二級(jí)水電站發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)原理圖如圖5所示。

表2 發(fā)電機(jī)相關(guān)計(jì)算參數(shù)

圖5 發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)原理圖

發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)等效電路圖如圖6所示[4]。

圖6 發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)電路圖

主變壓器高壓側(cè)發(fā)生短路接地故障，基波零序電壓88.5 kV通過(guò)主變壓器高低壓繞組間耦合電容CM=5.68 μF傳遞到發(fā)電機(jī)機(jī)端零序電壓U0為

U0=88.5 kV×

通過(guò)以上計(jì)算可知，主變壓器高壓側(cè)單相接地短路傳遞到發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)零序電壓0.73 V，遠(yuǎn)小于定子接地零序電壓靈敏段定值8 V，符合技術(shù)監(jiān)督要求校驗(yàn)主變壓器接地零序傳遞電壓不影響發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的要求。

3 結(jié) 論

DL/T 684-2012《大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》取0.6倍主變壓器高壓側(cè)電壓作為主變壓器高壓側(cè)的零序電壓[4]。通過(guò)錦屏二級(jí)水電站的實(shí)際參數(shù)計(jì)算得出在主變壓器高壓側(cè)發(fā)生單相接地時(shí)，其零序電壓為相電壓的0.29倍。通過(guò)計(jì)算主變壓器高壓側(cè)傳遞至發(fā)電機(jī)端的零序電壓，驗(yàn)證了錦屏二級(jí)水電站發(fā)電機(jī)基波零序電壓定子接地保護(hù)無(wú)需再增加主變壓器高壓側(cè)零序電壓閉鎖。由于躲開(kāi)了主變壓器高壓側(cè)單相接地的傳遞電壓，因此發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作延時(shí)可適當(dāng)縮短，更有利于保護(hù)發(fā)電機(jī)定子的安全運(yùn)行。

[1] DL/T 684-2012，大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則[S].

[2] 李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析(第三版)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007：86-91.

[3] 巨爭(zhēng)號(hào). 接地故障傳遞電壓對(duì)發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的影響[J].神華科技，2011，9(5)：54-57.

[4] 季杰. 發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)在二灘水電站的應(yīng)用[J].水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2012，36(3)：35-38.