安谷水電站發(fā)電機(jī)注入式定子接地保護(hù)的應(yīng)用及存在的問題

劉 高， 梁 兵 鈺

(中國水電建設(shè)集團(tuán)圣達(dá)水電有限公司，四川 樂山 614013)

1 概 述

發(fā)電機(jī)注入式定子接地保護(hù)具有很多優(yōu)點(diǎn)：(1)整個定子繞組各處具有相同的保護(hù)靈敏度，不受接地位置的影響。(2)低頻信號和發(fā)電機(jī)的工頻、分?jǐn)?shù)次諧波、整數(shù)次諧波頻率不同，機(jī)組正常運(yùn)行或振蕩時不會影響接地故障電阻阻值的計算；保護(hù)不受發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況的影響。在發(fā)電機(jī)靜止、 起停過程、空載運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行等各種工況下，該保護(hù)均能可靠工作。(3)接地電阻跳閘判據(jù)設(shè)置了獨(dú)有的安全電流限制技術(shù)，當(dāng)接地故障電流很小時，可避免不必要的機(jī)組停機(jī)。(4)采用注入回路阻抗精確補(bǔ)償技術(shù)，無需測試接地變壓器的詳細(xì)參數(shù)，直接進(jìn)行現(xiàn)場模擬接地故障試驗即可完成參數(shù)補(bǔ)償。(5)可監(jiān)視定子繞組絕緣的緩慢變化。筆者介紹了注入式定子接地保護(hù)在安谷水電站應(yīng)用中出現(xiàn)的問題及采取的解決方法。

安谷水電站位于四川省樂山市市中區(qū)安谷鎮(zhèn)與沙灣區(qū)嘉農(nóng)鎮(zhèn)接壤的大渡河干流上，為大渡河干流梯級開發(fā)中的最后一級。壩址距上游沙灣水電站約35 km，下游距樂山市區(qū)15 km。電站采用一級混合式(河床式廠房加長尾水渠)開發(fā)，電站正常蓄水位高程398 m，安裝容量為4×190 MW+1×12 MW(生態(tài)機(jī)組)的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，屬國家大(一)型規(guī)模電站。

該電站首臺機(jī)組于2014年12月8日并網(wǎng)，至2015年8月第5臺機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，1年內(nèi)5臺機(jī)組全部建成投產(chǎn)。

安谷水電站采用南瑞 RCS-985 發(fā)電機(jī)保護(hù)，其注入式定子接地保護(hù)是由 RCS-985U 低頻注入電源和 RCS-985 保護(hù)裝置兩部分共同實(shí)現(xiàn)。其中，RCS-985U 定子接地保護(hù)輔助電源裝置提供外加低頻電源，將低頻電壓電流信號注入到發(fā)電機(jī)定子繞組中；RCS-985 發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置檢測注入低頻電壓、電流信號，當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生接地故障時，所注入的電壓、電流信號隨之發(fā)生變化，RCS-985可準(zhǔn)確計算出接地故障電阻的阻值，完成注入式定子接地保護(hù)。

2 注入式定子接地保護(hù)裝置在安谷水電站中的應(yīng)用

2.1 注入式定子接地保護(hù)配置的具體情況

RCS-985U 電源輔助裝置現(xiàn)場保護(hù)接線情況見圖1。裝置輸出的低頻電壓加在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器負(fù)載電阻Rn兩端，通過接地變壓器將低頻信號注入到發(fā)電機(jī)定子繞組上。負(fù)載電阻Rn兩端的電壓經(jīng)分壓器分壓后得到電壓UG0；另外，通過中間變流器(即中間CT)得到電流IG0。將電壓UG0和電流IG0引至RCS-985 保護(hù)裝置中。

2.2 保護(hù)原理及接地電阻判據(jù)

當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組對地絕緣正常時，注入到定子繞組的低頻電流主要是流過定子繞組對地電容的電容電流，當(dāng)對地絕緣受到破壞、出現(xiàn)接地故障時，所注入的電流將流過接地故障點(diǎn)，出現(xiàn)一部分電阻性電流。保護(hù)裝置檢測到注入的低頻電壓、電流，通過導(dǎo)納法可準(zhǔn)確計算出接地故障時的過渡電阻值，計算出的電阻值與定子繞組的接地故障位置無關(guān)，可以反映發(fā)電機(jī) 100%的定子繞組單相接地。

圖1 保護(hù)接線示意圖

該保護(hù)具有以下特點(diǎn)：

(1)保護(hù)范圍為 100%定子繞組，包括發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)，無保護(hù)死區(qū)。

(2)整個定子繞組各處具有相同的保護(hù)靈敏度，不受接地位置影響。

(3)低頻信號和發(fā)電機(jī)的工頻、分?jǐn)?shù)次諧波、整數(shù)次諧波頻率不同，機(jī)組正常運(yùn)行或振蕩時不會影響接地故障電阻阻值的計算，保護(hù)不受發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況的影響。在發(fā)電機(jī)靜止、起停過程、空載運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行等各種工況下，該保護(hù)均能可靠工作。

(4)可監(jiān)視定子繞組絕緣的緩慢變化。

(5)注入到發(fā)電機(jī)繞組上的低頻電壓不超過 1%～3%的額定相電壓，不會損壞定子繞組的絕緣。

接地電阻判據(jù)反映發(fā)電機(jī)定子繞組接地電阻的大小，設(shè)有兩段接地電阻定值，高定值段作用于報警，低定值段作用于延時跳閘，延時可分別整定。

低定值段(跳閘段)動作方程為：

REISAFE

高定值段(報警段)動作方程為：

RE

式中RE為發(fā)電機(jī)定子繞組接地電阻(一次值)；RE.SET.H和RE.SET.L分別為發(fā)電機(jī)定子繞組接地電阻的高、低定值(一次值)；IG0為流過發(fā)電機(jī)接地設(shè)備的零序電流(二次值)；ISAFE為對應(yīng)于發(fā)電機(jī)定子接地安全電流的定值(二次值)。對于低定值的跳閘段，只有接地電流超過設(shè)定的安全電流定值方允許跳閘。

3 安谷水電站注入式定子接地保護(hù)在調(diào)試中出現(xiàn)的問題

3.1 注入式定子接地保護(hù)專用CT安裝位置問題

#1機(jī)組投運(yùn)前，投入注入式定子接地保護(hù)電源后，保護(hù)一直動作，檢測接地電阻值為0.64 Ω，反復(fù)檢查發(fā)電機(jī)一次回路，沒有裝設(shè)接地線，絕緣電阻值很高，在中性點(diǎn)柜檢查發(fā)現(xiàn)注入式定子接地保護(hù)專用CT旁的一根二次接地有變化。圖2顯示的是由1號位置改到2號位置的情況。

圖2 專用CT安裝位置示意圖

該接線的變化造成注入式接地保護(hù)檢測對象發(fā)生變化(圖3、4)。

圖3 CT位置對測量電流電壓影響示意圖

圖4 CT位置對測量電流電壓影響示意圖

改變接線位置后，注入式定子保護(hù)裝置檢測電阻等于注入電壓與專用CT電流之比，接線改接后，檢測電阻由檢測發(fā)電機(jī)一次電阻變?yōu)闄z測接地變負(fù)載電阻的電阻值，固定為0.64 Ω。其原因是中性點(diǎn)接地裝置廠家在整理柜內(nèi)接線時將一根二次接線由圖中1號位置改接為2號位置，從而造成注入式定子接地保護(hù)錯誤。

3.2 定子接地試驗中燒損了注入式定子接地保護(hù)的電源

安谷水電站#2機(jī)調(diào)試進(jìn)行定子接地試驗時，在發(fā)電機(jī)出口PT柜A相接一根短路接地線，手動加勵磁升高發(fā)電機(jī)電壓。“注入式定子接地退出”壓板投入，發(fā)電機(jī)電壓升高至30%時，注入式定子接地保護(hù)裝置電源燒損，電源裝置冒煙、完全損壞。

事故發(fā)生后，現(xiàn)場技術(shù)人員和南瑞繼保、調(diào)試人員進(jìn)行了原因分析、問題查找，一致確認(rèn)其為發(fā)電機(jī)零序電倒灌注入式定子接地保護(hù)、持續(xù)時間過長而造成注入式定子接地保護(hù)電源燒壞。南瑞繼保因安谷水電站注入式定子接地保護(hù)電源燒壞事故專門制定了RCS-985U注入式定子接地保護(hù)現(xiàn)場做發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)試驗時的調(diào)試注意事項：

* 試驗時應(yīng)投入注入式定子接地保護(hù)裝置電源；

* 試驗時應(yīng)退出“注入式定子接地退出”壓板；

* 試驗時間的時間不能太長；

* 最安全的做法：應(yīng)在端子排上滑開注入電源至負(fù)載電阻間的滑片。

3.3 注入式定子接地保護(hù)對轉(zhuǎn)速測量的影響

#1機(jī)手動開機(jī)后，機(jī)組轉(zhuǎn)速已為零，但制動屏轉(zhuǎn)速表顯示為40%。輸入電壓測量為1V左右。轉(zhuǎn)速顯示為40%，轉(zhuǎn)速裝置中的很多接點(diǎn)不能開出，如啟動制動器的接點(diǎn)，使自動停機(jī)程序不能進(jìn)行。經(jīng)過反復(fù)查找、分析得知：注入式定子接地保護(hù)電源注入在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)變壓器二次的電壓頻率為20 Hz，與轉(zhuǎn)速表顯示相對應(yīng)，該電壓經(jīng)中性點(diǎn)變壓器升壓后送到發(fā)電機(jī)定子線圈，然后經(jīng)機(jī)端PT降壓后接入轉(zhuǎn)速表。拉開注入式定子接地保護(hù)電源后，轉(zhuǎn)速表顯示回到零，分析出造成問題的原因，相當(dāng)于是發(fā)電機(jī)定子零序電壓的影響。由于定子三相線圈零序電壓方向、大小相同，采用線電壓作為檢測電壓可以消除零序電壓影響，將轉(zhuǎn)速測量電壓由A-N相改接A-B相后，故障消除。

3.4 注入式定子接地保護(hù)對發(fā)電機(jī)同期的影響

#1機(jī)調(diào)試時，同期并網(wǎng)時間很長，每次同期所用時間均在3 min以上，經(jīng)常發(fā)出同期裝置超時，需要復(fù)位同期裝置、重新啟動后才能并網(wǎng)，檢查同期裝置各項參數(shù)無異常，觀察并網(wǎng)時同期裝置動作行為有增速、減速現(xiàn)象，動作亦不是很頻繁。聯(lián)想到同期電壓也是選擇A-N相，會不會與轉(zhuǎn)速表原因相同。由于注入式定子接地保護(hù)的影響，設(shè)計、施工、調(diào)試人員經(jīng)現(xiàn)場協(xié)商，同期電壓由A-N相改接為A-B相后，多次試驗并網(wǎng)時間均小于1 min。由此可以確定：同期裝置和轉(zhuǎn)速測量裝置均是受注入式定子接地保護(hù)注入電源的影響。

4 結(jié) 語

筆者通過對南瑞繼保RCS-985注入式定子接地保護(hù)在安谷水電站應(yīng)用中出現(xiàn)的專用CT位置、電源燒損以及對轉(zhuǎn)速測量裝置、同期裝置影響幾個問題的原因分析以及處理方式的介紹，希望能為南瑞繼保RCS-985注入式定子接地保護(hù)在設(shè)計和調(diào)試中避免相同問題再次出現(xiàn)提供一些經(jīng)驗教訓(xùn)。