發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)未正確動作原因

王艾婷，姚遠(yuǎn)

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司怒江供電局，云南 怒江 673100；2.華能雨汪電廠，云南 曲靖 655507)

發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)未正確動作原因

王艾婷1，姚遠(yuǎn)2

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司怒江供電局，云南 怒江 673100；2.華能雨汪電廠，云南 曲靖 655507)

對某電廠機(jī)組發(fā)生定子接地保護(hù)未正確動作的原因進(jìn)行分析，提出解決處理方法、改進(jìn)措施。

發(fā)電機(jī)；定子接地保護(hù)；電阻

0 前言

發(fā)電機(jī)定子繞組與鐵芯之間的絕緣破壞會發(fā)生定子繞組單相接地故障，這是發(fā)電機(jī)最常見的一種故障。隨著發(fā)電機(jī)單機(jī)容量不斷增大，其定子繞組對地電容不斷增加，相應(yīng)的單相接地電流也不斷增大，一旦發(fā)生單相接地故障，將嚴(yán)重危及定子鐵芯，而且定子單相接地故障往往會誘發(fā)相間或匝間短路，因此，定子接地保護(hù)對于預(yù)防定子繞組嚴(yán)重短路故障具有重要意義[1-2]。

1 注入式定子接地保護(hù)原理

發(fā)電機(jī)外加20 Hz注入式定子接地保護(hù)接線如圖1所示，發(fā)電機(jī)G中性點(diǎn)經(jīng)過配電變壓器Tn接地，配電變副邊并聯(lián)一接地電阻。外加20 Hz低頻電源疊加在電阻上，通過配電變副邊耦合至一次側(cè)。發(fā)電機(jī)定子繞組側(cè)絕緣正常時，計(jì)算出的接地電阻為無窮大，一旦發(fā)生定子繞組單相接地故障或絕緣下降，電壓U、電流I均發(fā)生變化，從而可計(jì)算得到接地電阻值，動作于信號或跳閘[3-5]。

圖1 外加20 Hz電源定子單相接地保護(hù)原理圖

其中：Rn為Tn二次側(cè)接地電阻值，VD為分壓電阻，CT為電壓互感器。

2 接地保護(hù)未正確動作情況

2.1 電廠情況及事故前運(yùn)行方式

發(fā)電機(jī)與主變壓器采用單元接線，發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器，發(fā)電電壓母線采用離相封閉母線，500 kV開關(guān)站采用3串3/2斷路器接線，出線2回。開關(guān)站與變壓器高壓側(cè)間通過GIS管道母線相連。目前電站500 kV GIS及出線以及1、2、3、4號機(jī)組已投入運(yùn)行。

2.2 4號機(jī)組保護(hù)動作過程

機(jī)組A柜發(fā)電機(jī)100%定子接地保護(hù)動作跳閘，電氣事故停機(jī)，804開關(guān)跳閘，4號機(jī)組甩負(fù)荷590 MW。發(fā)電機(jī)保護(hù)B柜無異常。

2.3 接地保護(hù)檢查情況

一次設(shè)備、接地變參數(shù)、20 Hz電源以及保護(hù)裝置，檢查結(jié)果均正常。另外，對發(fā)電機(jī)定子線圈使用絕緣表進(jìn)行絕緣測試，同時也進(jìn)行了發(fā)電機(jī)直流泄露試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)同以前相比基本一致，且符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 誤動原因分析

經(jīng)過20 Hz保護(hù)裝置進(jìn)行檢查。發(fā)現(xiàn)中性點(diǎn)20 Hz電壓通道與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)U0通道相比存在明顯差異，中性點(diǎn)20 Hz電壓通道不平滑，有畸變現(xiàn)象且相位角滯后3.3 ms，即23.76°。針對此現(xiàn)象，開展了試驗(yàn)分析。(見圖2)

圖2 外加20 Hz定子接地保護(hù)啟動錄波圖

2.4.1 模擬電壓接線端子松動

模擬20 Hz電壓接線端子接觸不良，產(chǎn)生接觸電阻，接觸電阻的存在會導(dǎo)致電阻分壓降低。在晃動DZ7與128之間的接線時，保護(hù)多次啟動錄波 (20 Hz注入式定子接地保護(hù)硬壓板未投入)。從采樣值看，晃動DZ7與128之間的接線時，電壓的大小及與電流之間的夾角都出現(xiàn)變化，數(shù)據(jù)1的電壓降低為正常時的一半，電流超前電壓的角度為88°。數(shù)據(jù)5的電壓降低為0.113 V，電流超前電壓的角度為126°。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，晃動接線會導(dǎo)致測量電壓下降及角度的變化。

2.4.2 模擬誤動分析

模擬接線如圖3所示，采用Matlab仿真模型進(jìn)行計(jì)算，在分壓電阻VD上端增加電阻R，在分壓電阻VD下端增加電容C。

圖3 模擬接線圖

在發(fā)電機(jī)靜態(tài)模擬試驗(yàn)。按照圖3的接線圖在圖接入R=700 Ω，C=44.6 μF，在發(fā)電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)模擬虛接現(xiàn)象。保護(hù)的實(shí)時參數(shù)及錄波圖如圖4所示：

圖4 模擬試驗(yàn)啟動錄波圖

從圖4中可以看出中性點(diǎn)20 Hz電壓通道滯后發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)U0通道3.3 ms。

根據(jù)錄波數(shù)據(jù)，采用中性點(diǎn)20 Hz電流與中性點(diǎn)20 Hz電壓通道離線計(jì)算接地電阻如圖5所示。

圖5 中性點(diǎn)20 Hz電流與中性點(diǎn)20 Hz電壓通道離線計(jì)算接地電阻

通過離線計(jì)算20 Hz電流大小為0.015 A、電壓大小為0.504 V；20 Hz電流超前20 Hz電壓的角度為109°；接地電阻Rg為1.45 kΩ；模擬數(shù)據(jù)與前面分析保護(hù)動作情況一致類似。

根據(jù)錄波數(shù)據(jù)，采用中性點(diǎn)20 Hz電流與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)U0電壓通道離線計(jì)算接地電阻如圖6所示。

圖6 中性點(diǎn)20 Hz電流與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)U0電壓通道離線計(jì)算接地電阻

通過離線計(jì)算20 Hz電流大小為0.014 8 A、電壓大小為0.335 V；20 Hz電流超前20 Hz電壓的角度為86.6°；接地電阻 Rg為100 kΩ以上；測量電阻遠(yuǎn)大于接地電阻定值。

采用中性點(diǎn)U0通道做計(jì)算，變比為6.385，即在Rn兩側(cè)電壓0.335?6.385=2.14 V，而中性點(diǎn)20 Hz電壓通道計(jì)算變比為2，則VD兩側(cè)電壓0.504?2=1.08 V。

從上面離線分析計(jì)算可以看出，模擬虛接的情況下20 Hz電壓減小一半且相角滯后22.4°，接地電阻計(jì)算值Rg為1.45 kΩ。這與本次20 Hz定子接地保護(hù)情況基本一致。

根據(jù)上面的分析，按照圖3的接線圖在圖中接入R=700 Ω，C=44.6 μF，在發(fā)電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)模擬虛接現(xiàn)象與本次20 Hz注入式定子接地保護(hù)動作情況基本一致。

由以上分析知，通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)及模擬仿真，重現(xiàn)了保護(hù)誤動作現(xiàn)象。分析發(fā)現(xiàn)中性點(diǎn)20 Hz電壓波形存在比較明顯的畸變及角度滯后現(xiàn)象，正是這個角度滯后導(dǎo)致保護(hù)計(jì)算錯誤。基于以上分析及試驗(yàn)情況可以得出20 Hz注入式定子接地保護(hù)動作的原因可以定位為20 Hz電壓通道出現(xiàn)畸變角度滯后異常及幅值變小一半所致。

3 故障處理

1)更換機(jī)組20 Hz定子接地保護(hù)裝置接線端子，使其銅片較厚，接線面積增大，壓接螺釘力矩增大，同時更換保護(hù)采樣板。

2)使發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置同時采集用于啟停機(jī)保護(hù)的20 Hz電壓信號 (由接地變二次側(cè)分壓電阻引出)，同時比較啟停機(jī)電壓信號和20 Hz定子接地保護(hù)電壓信號，當(dāng)一個信號異常時告警、閉鎖該保護(hù)出口。

3)增加20 Hz電壓同20 Hz電流角度異常的識別、告警及閉鎖程序。增加保護(hù)裝置啟動CPU錄波啟動前的記錄時間。

4 結(jié)束語

20 Hz注入式定子接地保護(hù)不正確動作的原因是20 Hz電壓通道出現(xiàn)畸變、角度滯后23.76° (3.3 ms)及幅值變小一半所致。對電壓端子虛接情況的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)、仿真分析情況正好與保護(hù)動作情況一致，進(jìn)而證實(shí)了電壓、電流端子出現(xiàn)接觸不良的情況，會導(dǎo)致保護(hù)不正確動作。通過及時更改，保證了發(fā)電機(jī)的運(yùn)行正常。

[1] 王維儉.機(jī)變壓器繼電保護(hù)應(yīng)用 [M].北京：中國電力出版社，2005.

[2] 畢大強(qiáng)，王祥珩，桂林，等.基于零序電壓故障暫態(tài)分量的發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)方案研究 [J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2003，23(11)：39-44.

[3] 畢大強(qiáng)，王祥珩，王維儉.基于三次諧波電壓故障暫態(tài)分量的發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)方案研究 [J].電力系統(tǒng)自動化，2003，27(13)：45-49.

[4] 唐清弟，譚建華.3ω定子接地保護(hù)誤動原因分析和對策[J].電力系統(tǒng)自動化，2001，25(1)：59-61.

[5] 李德佳，畢大強(qiáng)，王維儉.大型發(fā)電機(jī)注入式定子單相接地保護(hù)的調(diào)試和運(yùn)行 [J].繼電器，2004，32(16)：51 -56.

Analysis and Treatment of Generator Stator Earth Protection Maloperation

WANG Aiting1，YAO Yuan2
(1.Nujiang Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid Co.，Ltd.，Nujiang，Yunnan 673100，China；2.Huaneng Yuwang Power Plant Production，Qujing，Yunnan 655507，China)

According to the simulation test data，the generator stator earth protection maloperation is caused by the generator voltage terminal virtual connection.Based on the fault process and reasons，the analysis and investigation has been set up.

generator；stator earth protection；resistance

TM30

B

1006-7345(2015)06-0032-03

2015-08-10

王艾婷(1983)，女，工程師，云南電網(wǎng)責(zé)任有限公司怒江供電局，從事繼電保護(hù)及自動裝置的檢驗(yàn)、驗(yàn)收及缺陷處理工作(e-mail)78849457＠qq.com。

姚遠(yuǎn) (1967)，男，講師，華能雨汪電廠，從事電力系統(tǒng)自動化專業(yè)工作。