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　　新型數(shù)字式發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的研究萬(wàn)慧！，吳濟(jì)安2，陸于平1 1.東南大學(xué)電氣工程系，江蘇南京210096；2.國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇南京210003）保護(hù)。該保護(hù)能滿足不同容量和接線方式的發(fā)電機(jī)組定子接地保護(hù)的要求，保護(hù)算法不受發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式的影響；同時(shí)，接地電阻判據(jù)可由基于平衡原理的保護(hù)算法求得，基波零序電壓可由機(jī)端和中性點(diǎn)的電壓互感器TF）獲取，對(duì)于基波零序電壓的取值要考慮到主變高壓側(cè)接地時(shí)的影響。

　　發(fā)電機(jī)定子繞組的單相接地是發(fā)電機(jī)最常見(jiàn)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(hù)是大型機(jī)組保護(hù)1中重要的保護(hù)，它對(duì)預(yù)防定子繞組嚴(yán)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(hù)。它能在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器接地方式下提高定子接地電阻的檢測(cè)靈敏度。

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

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

　　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(jī)之前，調(diào)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(jī)后，無(wú)故障時(shí)，由于發(fā)電機(jī)對(duì)地電容的作用，濾波器支路和平衡臂支路上的電流會(huì)有少量的差值；當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，兩臂電流會(huì)出現(xiàn)明顯的向量差。由于注入交流電源電路在發(fā)電機(jī)接入前已處于平衡狀態(tài)，因此，電流測(cè)量量的變化反映的是發(fā)電機(jī)定子的接地阻抗變化而產(chǎn)生的。且測(cè)量的電流量中幾乎沒(méi)有50Hz的不平衡分量，這提高了保護(hù)對(duì)低頻測(cè)量量的檢測(cè)靈敏度，接地電阻的計(jì)算將更為準(zhǔn)確，不必再設(shè)立另外的判據(jù)即可得到100*定子接地保護(hù)范圍。

　　1.2新型數(shù)字式的定子接地保護(hù)2定子接地保護(hù)采用基波零序電壓原理是最簡(jiǎn)單而可靠的方案，無(wú)論國(guó)內(nèi)或國(guó)外，無(wú)論是否采用注入交流電源方式，還是發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)是何種接地方式及保護(hù)裝置是模擬式或是數(shù)字式，均以基波零序電壓原理構(gòu)成定子接地保護(hù)的基礎(chǔ)，只在考慮消除發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近的保護(hù)死區(qū)時(shí)，才采用其他原理共同構(gòu)成100*動(dòng)作區(qū)方案。

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

　　接地保護(hù)邏輯圖基于平衡原理的注入交流電源式接地保護(hù)，提高了接地電阻判據(jù)的靈敏度和準(zhǔn)確性。接地電阻和零序電壓判據(jù)采用高、低兩套整定值。考慮到接地電阻計(jì)算值較大時(shí)接地故障不嚴(yán)重）計(jì)算誤差可能帶來(lái)的影響，對(duì)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(gòu)成與門(mén)可靠檢測(cè)接地故障；再與低定值接地電阻判據(jù)高定值z(mì)經(jīng)或門(mén)構(gòu)成完整的基于平衡原理的100%定子接地保護(hù)的接地判據(jù)。對(duì)應(yīng)于！<！Wz判據(jù)，保護(hù)的出口時(shí)間%i根據(jù)發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的要求而整定。對(duì)應(yīng)于低定值的Sdz判據(jù)，應(yīng)考慮動(dòng)作值躲開(kāi)發(fā)電機(jī)正常時(shí)的基波零序電壓，靈敏地反應(yīng)接地故障；對(duì)應(yīng)于高定值的3"0>"h，dz判據(jù)，動(dòng)作值除考慮一定的可靠系數(shù)外，還應(yīng)考慮主變高壓側(cè)接地故障時(shí)的零序電壓對(duì)基波零序電壓保護(hù)的影響。對(duì)于基波零序電壓保護(hù)原理，在發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)動(dòng)作時(shí)間小于主變高壓側(cè)接地保護(hù)時(shí)間時(shí)，若保護(hù)無(wú)法獲取主變高壓側(cè)的零序電壓3=0），則考慮基波零序電壓保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間躲過(guò)主變高壓側(cè)單相接地的動(dòng)作時(shí)間，所以%0>0.5s，2的取值應(yīng)考慮%0的影響；反之，則利用主變高壓側(cè)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(hù)的誤動(dòng)；當(dāng)發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作時(shí)間大于主變高壓側(cè)接地保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間時(shí)，則無(wú)須考慮主變高壓側(cè)接地時(shí)的基波零序電壓對(duì)定子基波零序電壓的影響。

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

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

　　2保護(hù)分析2.1保護(hù)對(duì)于不同機(jī)組的適應(yīng)不同保護(hù)原理的判據(jù)通過(guò)軟件中的控制字來(lái)投入或退出。

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

　　對(duì)于大型機(jī)組定子接地保護(hù)，為確保定子鐵芯的安全，必須要求保護(hù)有100；的動(dòng)作范圍和高靈敏度。對(duì)于發(fā)電機(jī)與升壓變壓器單元接線方式，發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)中其他元件無(wú)電的聯(lián)系，接地故障發(fā)生時(shí)，僅有發(fā)電機(jī)本身的電容、連接發(fā)電機(jī)與升壓變壓器導(dǎo)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(duì)地電容引起的電流不會(huì)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(gòu)成的接地保護(hù)。

　　另外，對(duì)于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)無(wú)TV抽頭的情況下，基波零序電壓則只采用取自于機(jī)端TV的零序電壓。此時(shí)，需增設(shè)專門(mén)的機(jī)端TV斷線閉鎖。

　　2.2保護(hù)方案對(duì)中性點(diǎn)不同接地方式的適應(yīng)大型發(fā)電機(jī)組，中性點(diǎn)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(hù)，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(hù)則可按常規(guī)的注入交流電源方式運(yùn)行。如所示。

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

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

　　2.3保護(hù)方案測(cè)量環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)和取值原則注入交流電源故障信號(hào)由UE　　接地電阻R由測(cè)量電流計(jì)算而得，對(duì)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(cè)量電流，2消弧線圈接地方式下沒(méi)有），取自于注入交流電源電路的電流互感器TA二次側(cè)。

　　在發(fā)電機(jī)定子回路中某點(diǎn)發(fā)生單相接地時(shí)，定子回路各點(diǎn)均有零序電壓，因此保護(hù)動(dòng)作參量的基波零序電壓可取自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)單相接地TV或消弧線圈的二次電壓，也可取自機(jī)端三相TV的第三繞組肝口三角接線）的電壓，對(duì)于發(fā)電機(jī)經(jīng)中性點(diǎn)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(duì)于與接地電阻構(gòu)成復(fù)合判據(jù)的零序電壓，3U>Ui，dZ判據(jù)的動(dòng)作值只需整定躲開(kāi)正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)定子的不平衡電壓。對(duì)常規(guī)的基波零序電壓原理保護(hù)的動(dòng)作電壓，一般要躲開(kāi)正常運(yùn)行時(shí)由于發(fā)電機(jī)定子的三相電容不對(duì)稱引起的不平衡電壓及三次諧波電壓。

　　發(fā)電機(jī)外部發(fā)生單相接地故障時(shí)，也會(huì)引起發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)對(duì)地電壓變化，可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。因而還必須用發(fā)電機(jī)外部接地時(shí)的基波零序電壓制動(dòng)發(fā)電機(jī)基波零序電壓定子接地保護(hù)。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(yīng)考慮主變高壓側(cè)接地時(shí)的基波零序電壓對(duì)零序基波電壓保護(hù)的影響。

　　零序電流3/0可取自于發(fā)電機(jī)端出口處的TA二次側(cè)，中性點(diǎn)配電變壓器二次側(cè)TA或消弧線圈二次側(cè)TA；按常規(guī)的零序電流原理動(dòng)作電流則應(yīng)躲過(guò)發(fā)電機(jī)正常時(shí)定子電容引起的泄漏電流及發(fā)電機(jī)外部故障時(shí)參數(shù)不對(duì)稱形成的零序不平衡電流。

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