田灣核電站二號機(jī)組發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)原理和計(jì)算

楊 濤，羅 剛

江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222042

由于田灣核電站發(fā)電機(jī)定子繞組中性點(diǎn)不接地（中性點(diǎn)經(jīng)電壓互感器接地屬于不接地系統(tǒng)），定子單相接地時(shí)短路電流較小，差動(dòng)保護(hù)不能動(dòng)作，但是如果再發(fā)生另一點(diǎn)接地，可發(fā)展成嚴(yán)重的相間或匝間短路，故必須設(shè)置獨(dú)立的接地保護(hù)。

100%發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)，由基波零序電壓保護(hù)（保護(hù)發(fā)電機(jī)機(jī)端向內(nèi)85%～95%定子繞組）和三次諧波電壓比率判據(jù)保護(hù)（保護(hù)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)向外25%左右的定子繞組）兩部分組成。

1 基波零序電壓保護(hù)

1.1 保護(hù)原理

對于中性點(diǎn)不接地發(fā)電機(jī)，具有一般不接地系統(tǒng)單相短路的特點(diǎn)。

假如某一相（如A 相）定子繞組離中性點(diǎn)位置為α 處單相接地，這時(shí)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)將發(fā)生位移，產(chǎn)生零序電壓。

故障點(diǎn)零序電壓為：

上式表明，發(fā)電機(jī)定子繞組某一相任意點(diǎn)單相接地時(shí)，故障點(diǎn)的零序電壓將隨著故障點(diǎn)位置不同而改變：在中性點(diǎn)附近（α ＝0）時(shí)，UK＝0；在機(jī)端時(shí)（α ＝1）時(shí)，UK＝ Ea。

所以，當(dāng)發(fā)生中性點(diǎn)附近的定子繞組接地時(shí)，基波零序電壓保護(hù)不能靈敏的動(dòng)作，即在中性點(diǎn)附近存在死區(qū)。

1.2 田灣核電站二號機(jī)組基波零序電壓整定值和保護(hù)范圍計(jì)算

基波零序電壓取自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變，設(shè)兩段定值：一段為靈敏段，另一段為高值段。

1.2.1 靈敏段保護(hù)定值

經(jīng)計(jì)算得發(fā)電機(jī)機(jī)端接地時(shí)，最大零序電壓為57.7V（PT二次側(cè)），單相接地電流為13.83A，而規(guī)程要求1000MW 以上機(jī)組定子接地電流不超過1A，故靈敏段整定值為：

1.2.2 高值段保護(hù)定值

高值段保護(hù)定值考慮躲過主變高壓側(cè)單相接地時(shí)耦合到低壓側(cè)的最大零序電壓（1.707V），防止區(qū)外故障時(shí)誤動(dòng)，可靠倍數(shù)取3，故高值段整定值為：

1.2.3 保護(hù)范圍計(jì)算

由保護(hù)原理可知距中性點(diǎn)α 處接地時(shí)，接地點(diǎn)零序電壓為：

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)PT 測得零序電壓為：

nTVN為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)PT 變比

當(dāng)U 大于靈敏段定值U0時(shí)，基波零序保護(hù)才可能動(dòng)作，即：

因此，只有當(dāng)距離中性點(diǎn)7.2%以上處接地時(shí)，基波零序保護(hù)才能動(dòng)作，其可以保護(hù)發(fā)電機(jī)機(jī)端向內(nèi)92.8%的定子繞組。

1.2.4 零序電壓保護(hù)出口

靈敏段和高值段均動(dòng)作于停機(jī)，延時(shí)0.5s。

靈敏段動(dòng)作于跳閘時(shí)，還需要主變高、中壓側(cè)零序電壓閉鎖，防止區(qū)外故障時(shí)，靈敏段誤動(dòng)。

2 三次諧波電壓比率定子接地保護(hù)

2.1 三次諧波保護(hù)原理

定子中的感應(yīng)電動(dòng)勢三次諧波在相電動(dòng)勢中設(shè)以 E3表示。

為便于分析，假定：

1）把發(fā)電機(jī)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(jī)的中性點(diǎn)N 和機(jī)端S。

2）將發(fā)電機(jī)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(jī)端S。

根據(jù)理論分析，在上述假設(shè)條件下，可得出下列結(jié)論：

4）當(dāng)在距發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)α（中性點(diǎn)到故障點(diǎn)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(shí)，中性點(diǎn)N 和機(jī)端S 處的三次諧波電壓恒為：

5）三次諧波保護(hù)整定和保護(hù)范圍計(jì)算

三次諧波保護(hù)的特點(diǎn)是保護(hù)很容易誤動(dòng)，需要在發(fā)電機(jī)額定負(fù)荷下調(diào)整保護(hù)平衡，其原因主要為以下幾點(diǎn)：

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前后機(jī)端對地電容有變化；

發(fā)電機(jī)3 次諧波電勢的大小和變化規(guī)律與發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)；

由保護(hù)原理可以理解定值整定的原則：

保護(hù)定值ω 整定的越大，則三次諧波保護(hù)范圍越小，但是保護(hù)不易誤動(dòng)

保護(hù)定值ω 整定的越小，則三次諧波保護(hù)范圍越大，但是保護(hù)容易誤動(dòng)

田灣核電站三次諧波保護(hù)范圍計(jì)算：

田灣三次諧波保護(hù)定值為0.8，即

即距離中性點(diǎn)距離小于41.9%處接地時(shí)，三次諧波保護(hù)動(dòng)作。

[1]朱海君，陸四新.淺談發(fā)電機(jī)的定子接地保護(hù).電氣時(shí)代.