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　　新型數(shù)字式發(fā)電機定子接地保護的研究萬慧！，吳濟安2，陸于平1 1.東南大學電氣工程系，江蘇南京210096；2.國電南京自動化股份有限公司，江蘇南京210003）保護。該保護能滿足不同容量和接線方式的發(fā)電機組定子接地保護的要求，保護算法不受發(fā)電機中性點接地方式的影響；同時，接地電阻判據(jù)可由基于平衡原理的保護算法求得，基波零序電壓可由機端和中性點的電壓互感器TF）獲取，對于基波零序電壓的取值要考慮到主變高壓側接地時的影響。

　　發(fā)電機定子繞組的單相接地是發(fā)電機最常見的一種故障，并且是相間或匝間短路的先兆。因此定子接地保護是大型機組保護1中重要的保護，它對預防定子繞組嚴重短路故障具有重要意義。

　　前期研究工作中，提出了基于平衡原理的新型注入交流式定子接地保護。它能在發(fā)電機中性點經(jīng)配電變壓器接地方式下提高定子接地電阻的檢測靈敏度。

　　基于以上原理的定子接地保護，又考慮到不同機組的定子接地保護要求，提出了新型數(shù)字式定子接地保護方案，詳細分析了方案的原理，且給出了保護判據(jù)的測量方法和取值原則。

　　1新型接地保護的提出1.1保護的原理基礎基于平衡原理的注入交流電源式保護是在常規(guī)注入交流電源式接地保護基礎上提出的。平衡臂的設立是為了消除發(fā)電機中性點經(jīng)配電變壓器低阻接地，常用低頻注入式保護靈敏度不高，為消除各種不平衡量的影響，提高檢測靈敏度而提出的。對于發(fā)電機經(jīng)消弧線圈接地，即使常規(guī)注入方式往入點不在中性點）也能獲得高靈敏度，而不必設置平衡臂或根本不考慮用此保護。

　　將注入交流電源！交流濾波器F，平衡臂F1及接地變壓器的接地電阻"看作注入交流電源電路。

　　如所示。

　　在未接入發(fā)電機之前，調整平衡臂參數(shù)使注入交流電源電路的交流濾波器支路1和平衡臂支路電流2相等，注入交流電源電路處于平衡狀態(tài)。接入發(fā)電機后，無故障時，由于發(fā)電機對地電容的作用，濾波器支路和平衡臂支路上的電流會有少量的差值；當發(fā)生接地故障時，兩臂電流會出現(xiàn)明顯的向量差。由于注入交流電源電路在發(fā)電機接入前已處于平衡狀態(tài)，因此，電流測量量的變化反映的是發(fā)電機定子的接地阻抗變化而產生的。且測量的電流量中幾乎沒有50Hz的不平衡分量，這提高了保護對低頻測量量的檢測靈敏度，接地電阻的計算將更為準確，不必再設立另外的判據(jù)即可得到100*定子接地保護范圍。

　　1.2新型數(shù)字式的定子接地保護2定子接地保護采用基波零序電壓原理是最簡單而可靠的方案，無論國內或國外，無論是否采用注入交流電源方式，還是發(fā)電機中性點是何種接地方式及保護裝置是模擬式或是數(shù)字式，均以基波零序電壓原理構成定子接地保護的基礎，只在考慮消除發(fā)電機中性點附近的保護死區(qū)時，才采用其他原理共同構成100*動作區(qū)方案。

　　基于以平衡原理定子接地保護的討論，現(xiàn)提出定子接地保護的新方案，如所示。

　　接地保護邏輯圖基于平衡原理的注入交流電源式接地保護，提高了接地電阻判據(jù)的靈敏度和準確性。接地電阻和零序電壓判據(jù)采用高、低兩套整定值�？紤]到接地電阻計算值較大時接地故障不嚴重）計算誤差可能帶來的影響，對高定值的接地電阻判據(jù)！<！h，dz與低定值零序電壓分量判據(jù)SsM.dz構成與門可靠檢測接地故障；再與低定值接地電阻判據(jù)高定值z經(jīng)或門構成完整的基于平衡原理的100%定子接地保護的接地判據(jù)。對應于！<！Wz判據(jù)，保護的出口時間%i根據(jù)發(fā)電機定子接地保護的要求而整定。對應于低定值的Sdz判據(jù)，應考慮動作值躲開發(fā)電機正常時的基波零序電壓，靈敏地反應接地故障；對應于高定值的3"0>"h，dz判據(jù)，動作值除考慮一定的可靠系數(shù)外，還應考慮主變高壓側接地故障時的零序電壓對基波零序電壓保護的影響。對于基波零序電壓保護原理，在發(fā)電機定子單相接地保護動作時間小于主變高壓側接地保護時間時，若保護無法獲取主變高壓側的零序電壓3=0），則考慮基波零序電壓保護的動作時間躲過主變高壓側單相接地的動作時間，所以%0>0.5s，2的取值應考慮%0的影響；反之，則利用主變高壓側接地的零序電壓3"0，>鎖基波零序電壓作判據(jù)，以防止基波零序電壓保護的誤動；當發(fā)電機定子接地保護動作時間大于主變高壓側接地保護的動作時間時，則無須考慮主變高壓側接地時的基波零序電壓對定子基波零序電壓的影響。

　　的基波零序電壓保護原理，3"0n>和3"0t<判據(jù)的與門具有機端TV斷線的斷線閉鎖功能，此方案不必增設專門的TV斷線閉鎖。如所示。

　　采用平衡原理的保護算法實現(xiàn)接地電阻的保護判據(jù)，注入交流電源電路在接入發(fā)電機之前，由于平衡臂的作用，/：=/2；當注入交流電源電路接入發(fā)電機之后，由于配電變壓器的電阻兩端并聯(lián)的發(fā)電機定子對地阻抗，使得/：>/2. dz判據(jù)檢測注入交流電源后的成或門檢測接地故障。

　　2保護分析2.1保護對于不同機組的適應不同保護原理的判據(jù)通過軟件中的控制字來投入或退出。

　　對于中、小型發(fā)電機組定子繞組，針對發(fā)電機直接與母線相連的接線方式，與發(fā)電機有電聯(lián)系的元件較多，外接元件每相對地電容較定子對地電容大，因而從外接元件流來的電容電流也較大，接地故障時接地電流也較大，因而對于小型機組的定子接地保護一般可采用常規(guī)的零序電流原理3/0>3/0，z作為保護的主判據(jù)。

　　對于大型機組定子接地保護，為確保定子鐵芯的安全，必須要求保護有100；的動作范圍和高靈敏度。對于發(fā)電機與升壓變壓器單元接線方式，發(fā)電機與系統(tǒng)中其他元件無電的聯(lián)系，接地故障發(fā)生時，僅有發(fā)電機本身的電容、連接發(fā)電機與升壓變壓器導線的電容、升壓主變壓器低壓繞組與廠用變、電壓互感器高壓繞組的對地電容引起的電流不會很大，則采用上述完整的兩套整定值的接地電阻和基波零序電壓，及基波零序電流30>3/0，dz判據(jù)構成的接地保護。

　　另外，對于發(fā)電機中性點無TV抽頭的情況下，基波零序電壓則只采用取自于機端TV的零序電壓。此時，需增設專門的機端TV斷線閉鎖。

　　2.2保護方案對中性點不同接地方式的適應大型發(fā)電機組，中性點一般采用經(jīng)配電變壓器或者消弧線圈而接地�；�于平衡原理的注入交流電源式的接地保護，經(jīng)消弧線圈接地的就從注入交流電源電路中解除平衡臂，保護則可按常規(guī)的注入交流電源方式運行。如所示。

　　注入交流電源式定子接地保護的等效電路圖對于接地電阻判據(jù)，采用基于平衡原理的接地保護算法。

　　發(fā)電機經(jīng)配電變壓器接地方式，如-）所示。定子接地導納由/i，/2計算而得：發(fā)電機經(jīng)消弧線圈接地方式，如E）所示，求得：若采用上述推導式1）和式2）―致，可見基于平衡原理的接地電阻的算法也適用于發(fā)電機經(jīng)消弧線圈接地方式下的接地電阻的計算。接地電阻判據(jù)的算法不受發(fā)電機中性點接地方式的影響。

　　2.3保護方案測量環(huán)節(jié)的實現(xiàn)和取值原則注入交流電源故障信號由UE　　接地電阻R由測量電流計算而得，對于高低定值的選取，可考慮低定值為3 k！，高定值為8注入交流電源電路的測量電流，2消弧線圈接地方式下沒有），取自于注入交流電源電路的電流互感器TA二次側。

　　在發(fā)電機定子回路中某點發(fā)生單相接地時，定子回路各點均有零序電壓，因此保護動作參量的基波零序電壓可取自發(fā)電機中性點單相接地TV或消弧線圈的二次電壓，也可取自機端三相TV的第三繞組肝口三角接線）的電壓，對于發(fā)電機經(jīng)中性點配電變壓器接地的基波零序電壓則取自配電變壓器的二次電壓。對于與接地電阻構成復合判據(jù)的零序電壓，3U>Ui，dZ判據(jù)的動作值只需整定躲開正常運行時發(fā)電機定子的不平衡電壓。對常規(guī)的基波零序電壓原理保護的動作電壓，一般要躲開正常運行時由于發(fā)電機定子的三相電容不對稱引起的不平衡電壓及三次諧波電壓。

　　發(fā)電機外部發(fā)生單相接地故障時，也會引起發(fā)電機中性點對地電壓變化，可能導致保護誤動。因而還必須用發(fā)電機外部接地時的基波零序電壓制動發(fā)電機基波零序電壓定子接地保護。所以，基波零序電壓判據(jù)高定值除考慮一定的可靠系數(shù)以外，還應考慮主變高壓側接地時的基波零序電壓對零序基波電壓保護的影響。

　　零序電流3/0可取自于發(fā)電機端出口處的TA二次側，中性點配電變壓器二次側TA或消弧線圈二次側TA；按常規(guī)的零序電流原理動作電流則應躲過發(fā)電機正常時定子電容引起的泄漏電流及發(fā)電機外部故障時參數(shù)不對稱形成的零序不平衡電流。

　　3結論基于平衡原理的低頻注入式定子接地保護和基波零序分量保護原理提出了新的定子接地保護判據(jù)及實現(xiàn)方法。它具有100%的保護范圍及可靠、高靈敏度的優(yōu)點。采用高低兩套定值構成的保護判據(jù)能滿足不同容量和接線方式的發(fā)電機定子接地保護的要求；保護判據(jù)不受發(fā)電機中性點接地方式的影響。