水電站主變壓器高壓側接地故障傳遞電壓對發電機定子接地保護的影響

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(錦屏水力發電廠，四川 西昌 615000)

0 引 言

DL/T 684-2012《大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則》[1]明確要求發電機定子接地保護基波零序電壓整定值或延時要與系統接地保護配合。鑒于錦屏二級水電站發電機定子接地保護未經主變壓器高壓側零序電壓閉鎖，因此需校驗主變壓器高壓側系統發生接地故障時，故障點零序電壓經主變壓器高低壓繞組間耦合電容傳遞到發電機側對基波零序電壓定子接地保護的影響。發電機基波零序電壓定子接地保護在躲過主變壓器高壓側接地傳遞電壓的情況下，應盡量縮短延時，取0.3～1.0 s。

錦屏二級水電站是雅礱江流域龍頭電站，單機容量為600 MW，共8臺機組，采取一洞雙機聯合單元運行方式，總裝機容量為4 800 MW，機端電壓為20 kV，定子繞組接線方式為中性點經接地變壓器接地三相6分支Y形接線。發電機定子接地保護采用由“基波零序保護+3次諧波電壓”和注入式定子接地保護構成的雙重化100%定子接地保護。

1 對稱分量法計算主變壓器高壓側單相接地故障零序電壓

1.1 對稱分量法

不對稱故障通常通過對稱分量法可以簡化系統分析和運算。3個不對稱的相量可以唯一分解成3組對稱相量(即對稱分量)：正序分量、負序分量和零序分量[2]。

(1)

令α=ej120°，α2=ej240°，則3個不對稱相量則可以通過其中1個相量的3個序量進行計算，即

(2)

通過式(2)可知，對于電力系統中三相對稱元件中的不對稱電壓和不對稱電流，可通過分解成3組對稱的分量進行分別計算。由于每組分量的3相是對稱的，因此僅需分析1相，便可計算出其他兩相。

1.2 主變壓器高壓側系統單相接地故障計算

以錦屏二級水電站主變壓器高壓側發生a相接地短路為例，其系統圖如圖1所示。下面利用對稱分量法計算短路電流及短路點的電壓的關系式。

主變壓器高壓側f點發生單相接地故障，使得f點的三相電壓和三相電流均不對稱，而此時發電機的電動勢仍為三相對稱的正序電動勢，發電機、變壓器和線路的三相參數是對稱的。將故障處的電壓和故障電流分解成3組對稱分量，如圖2所示。

圖2 短路點電壓、電流各序分量

根據a相的電壓平衡關系有如下平衡關系。

(3)

式中,zG1、zT1、zL1為發電機、變壓器、線路的正序阻抗；zG2、zT2、zL2為發電機、變壓器、線路的負序阻抗；zT0、zL0為變壓器、線路的零序阻抗。由于主變壓器高壓側星形接地，故發電機側沒有零序電流流過，因而公式中零序阻抗無發電機零序阻抗。

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

(4)

利用對稱分量法可轉換為式(5)。

(5)

根據式(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 接地點零序電壓至發電機端的傳遞電壓計算

2.1 相關計算參數

2.2 計算等值電路圖

錦屏二級水電站發變組為聯合單元接線方式，即兩臺相鄰機組通過主變壓器高壓側并聯的接線方式接入系統，雙機系統最大運行方式下參數，各序量標幺值阻抗如圖3[3]。

2.3 主變壓器高壓側單相接地零序電壓計算

圖3 各序量標幺值阻抗圖

根據公式(7)，在主變壓器高壓側發生單相接地故障時，高壓側接地點的故障零序電壓計算如下。

=88.5 kV

2.4 傳遞電壓計算

錦屏二級主變壓器為特變電工衡陽變壓器有限公司提供，以其提供的某一臺主變壓器介質損耗因素測量相關試驗報告為例計算傳遞電壓，見表1 所示。

表1 錦屏二級水電站主變壓器電容值

實驗電路圖如圖4所示。

圖4 主變壓器電容試驗圖

通過表1和圖4可計算出主變壓器高低壓側間耦合電容為5.86 μF。

傳遞電壓計算所需的錦屏二級水電站發電機相關參數如表2。

錦屏二級水電站發電機定子接地保護原理圖如圖5所示。

表2 發電機相關計算參數

圖5 發電機定子接地保護原理圖

發電機定子接地保護等效電路圖如圖6所示[4]。

圖6 發電機定子接地保護電路圖

主變壓器高壓側發生短路接地故障，基波零序電壓88.5 kV通過主變壓器高低壓繞組間耦合電容CM=5.68 μF傳遞到發電機機端零序電壓U0為

U0=88.5 kV×

通過以上計算可知，主變壓器高壓側單相接地短路傳遞到發電機定子接地保護零序電壓0.73 V，遠小于定子接地零序電壓靈敏段定值8 V，符合技術監督要求校驗主變壓器接地零序傳遞電壓不影響發電機定子接地保護的要求。

3 結 論

DL/T 684-2012《大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則》取0.6倍主變壓器高壓側電壓作為主變壓器高壓側的零序電壓[4]。通過錦屏二級水電站的實際參數計算得出在主變壓器高壓側發生單相接地時，其零序電壓為相電壓的0.29倍。通過計算主變壓器高壓側傳遞至發電機端的零序電壓，驗證了錦屏二級水電站發電機基波零序電壓定子接地保護無需再增加主變壓器高壓側零序電壓閉鎖。由于躲開了主變壓器高壓側單相接地的傳遞電壓，因此發電機定子接地保護動作延時可適當縮短，更有利于保護發電機定子的安全運行。

[1] DL/T 684-2012，大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則[S].

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

[3] 巨爭號. 接地故障傳遞電壓對發電機定子接地保護的影響[J].神華科技，2011，9(5)：54-57.

[4] 季杰. 發電機定子接地保護在二灘水電站的應用[J].水電自動化與大壩監測，2012，36(3)：35-38.