田灣核電站二號機組發電機定子接地保護原理和計算

楊 濤，羅 剛

江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222042

由于田灣核電站發電機定子繞組中性點不接地（中性點經電壓互感器接地屬于不接地系統），定子單相接地時短路電流較小，差動保護不能動作，但是如果再發生另一點接地，可發展成嚴重的相間或匝間短路，故必須設置獨立的接地保護。

100%發電機定子接地保護，由基波零序電壓保護（保護發電機機端向內85%～95%定子繞組）和三次諧波電壓比率判據保護（保護發電機中性點向外25%左右的定子繞組）兩部分組成。

1 基波零序電壓保護

1.1 保護原理

對于中性點不接地發電機，具有一般不接地系統單相短路的特點。

假如某一相（如A 相）定子繞組離中性點位置為α 處單相接地，這時發電機中性點將發生位移，產生零序電壓。

故障點零序電壓為：

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

所以，當發生中性點附近的定子繞組接地時，基波零序電壓保護不能靈敏的動作，即在中性點附近存在死區。

1.2 田灣核電站二號機組基波零序電壓整定值和保護范圍計算

基波零序電壓取自發電機中性點接地變，設兩段定值：一段為靈敏段，另一段為高值段。

1.2.1 靈敏段保護定值

經計算得發電機機端接地時，最大零序電壓為57.7V（PT二次側），單相接地電流為13.83A，而規程要求1000MW 以上機組定子接地電流不超過1A，故靈敏段整定值為：

1.2.2 高值段保護定值

高值段保護定值考慮躲過主變高壓側單相接地時耦合到低壓側的最大零序電壓（1.707V），防止區外故障時誤動，可靠倍數取3，故高值段整定值為：

1.2.3 保護范圍計算

由保護原理可知距中性點α 處接地時，接地點零序電壓為：

發電機中性點PT 測得零序電壓為：

nTVN為發電機中性點PT 變比

當U 大于靈敏段定值U0時，基波零序保護才可能動作，即：

因此，只有當距離中性點7.2%以上處接地時，基波零序保護才能動作，其可以保護發電機機端向內92.8%的定子繞組。

1.2.4 零序電壓保護出口

靈敏段和高值段均動作于停機，延時0.5s。

靈敏段動作于跳閘時，還需要主變高、中壓側零序電壓閉鎖，防止區外故障時，靈敏段誤動。

2 三次諧波電壓比率定子接地保護

2.1 三次諧波保護原理

定子中的感應電動勢三次諧波在相電動勢中設以 E3表示。

為便于分析，假定：

1）把發電機每相繞組對地電容CG 分成相等的兩部分，每部CG/2 分等效地分別集中在發電機的中性點N 和機端S。

2）將發電機端部引出線、升壓變壓器、廠用變壓器以及電壓互感器等設備的每相對地電容CS 也等效的集中放在機端S。

根據理論分析，在上述假設條件下，可得出下列結論：

4）當在距發電機中性點α（中性點到故障點的匝數占每相分支總匝數的百分比）處發生定子繞組金屬性單相接地時，中性點N 和機端S 處的三次諧波電壓恒為：

5）三次諧波保護整定和保護范圍計算

三次諧波保護的特點是保護很容易誤動，需要在發電機額定負荷下調整保護平衡，其原因主要為以下幾點：

發電機并網前后機端對地電容有變化；

發電機3 次諧波電勢的大小和變化規律與發電機的結構有關；

由保護原理可以理解定值整定的原則：

保護定值ω 整定的越大，則三次諧波保護范圍越小，但是保護不易誤動

保護定值ω 整定的越小，則三次諧波保護范圍越大，但是保護容易誤動

田灣核電站三次諧波保護范圍計算：

田灣三次諧波保護定值為0.8，即

即距離中性點距離小于41.9%處接地時，三次諧波保護動作。

[1]朱海君，陸四新.淺談發電機的定子接地保護.電氣時代.