发电机定子接地保护未正确动作原因

王艾婷，姚远

(1.云南电网有限责任公司怒江供电局，云南 怒江 673100；2.华能雨汪电厂，云南 曲靖 655507)

发电机定子接地保护未正确动作原因

王艾婷1，姚远2

(1.云南电网有限责任公司怒江供电局，云南 怒江 673100；2.华能雨汪电厂，云南 曲靖 655507)

对某电厂机组发生定子接地保护未正确动作的原因进行分析，提出解决处理方法、改进措施。

发电机；定子接地保护；电阻

0 前言

发电机定子绕组与铁芯之间的绝缘破坏会发生定子绕组单相接地故障，这是发电机最常见的一种故障。随着发电机单机容量不断增大，其定子绕组对地电容不断增加，相应的单相接地电流也不断增大，一旦发生单相接地故障，将严重危及定子铁芯，而且定子单相接地故障往往会诱发相间或匝间短路，因此，定子接地保护对于预防定子绕组严重短路故障具有重要意义[1-2]。

1 注入式定子接地保护原理

发电机外加20 Hz注入式定子接地保护接线如图1所示，发电机G中性点经过配电变压器Tn接地，配电变副边并联一接地电阻。外加20 Hz低频电源叠加在电阻上，通过配电变副边耦合至一次侧。发电机定子绕组侧绝缘正常时，计算出的接地电阻为无穷大，一旦发生定子绕组单相接地故障或绝缘下降，电压U、电流I均发生变化，从而可计算得到接地电阻值，动作于信号或跳闸[3-5]。

图1 外加20 Hz电源定子单相接地保护原理图

其中：Rn为Tn二次侧接地电阻值，VD为分压电阻，CT为电压互感器。

2 接地保护未正确动作情况

2.1 电厂情况及事故前运行方式

发电机与主变压器采用单元接线，发电机出口装设发电机断路器，发电电压母线采用离相封闭母线，500 kV开关站采用3串3/2断路器接线，出线2回。开关站与变压器高压侧间通过GIS管道母线相连。目前电站500 kV GIS及出线以及1、2、3、4号机组已投入运行。

2.2 4号机组保护动作过程

机组A柜发电机100%定子接地保护动作跳闸，电气事故停机，804开关跳闸，4号机组甩负荷590 MW。发电机保护B柜无异常。

2.3 接地保护检查情况

一次设备、接地变参数、20 Hz电源以及保护装置，检查结果均正常。另外，对发电机定子线圈使用绝缘表进行绝缘测试，同时也进行了发电机直流泄露试验，试验数据同以前相比基本一致，且符合相关标准。

2.4 误动原因分析

经过20 Hz保护装置进行检查。发现中性点20 Hz电压通道与发电机中性点U0通道相比存在明显差异，中性点20 Hz电压通道不平滑，有畸变现象且相位角滞后3.3 ms，即23.76°。针对此现象，开展了试验分析。(见图2)

图2 外加20 Hz定子接地保护启动录波图

2.4.1 模拟电压接线端子松动

模拟20 Hz电压接线端子接触不良，产生接触电阻，接触电阻的存在会导致电阻分压降低。在晃动DZ7与128之间的接线时，保护多次启动录波 (20 Hz注入式定子接地保护硬压板未投入)。从采样值看，晃动DZ7与128之间的接线时，电压的大小及与电流之间的夹角都出现变化，数据1的电压降低为正常时的一半，电流超前电压的角度为88°。数据5的电压降低为0.113 V，电流超前电压的角度为126°。从实验数据可以看出，晃动接线会导致测量电压下降及角度的变化。

2.4.2 模拟误动分析

模拟接线如图3所示，采用Matlab仿真模型进行计算，在分压电阻VD上端增加电阻R，在分压电阻VD下端增加电容C。

图3 模拟接线图

在发电机静态模拟试验。按照图3的接线图在图接入R=700 Ω，C=44.6 μF，在发电机静止状态模拟虚接现象。保护的实时参数及录波图如图4所示：

图4 模拟试验启动录波图

从图4中可以看出中性点20 Hz电压通道滞后发电机中性点U0通道3.3 ms。

根据录波数据，采用中性点20 Hz电流与中性点20 Hz电压通道离线计算接地电阻如图5所示。

图5 中性点20 Hz电流与中性点20 Hz电压通道离线计算接地电阻

通过离线计算20 Hz电流大小为0.015 A、电压大小为0.504 V；20 Hz电流超前20 Hz电压的角度为109°；接地电阻Rg为1.45 kΩ；模拟数据与前面分析保护动作情况一致类似。

根据录波数据，采用中性点20 Hz电流与发电机中性点U0电压通道离线计算接地电阻如图6所示。

图6 中性点20 Hz电流与发电机中性点U0电压通道离线计算接地电阻

通过离线计算20 Hz电流大小为0.014 8 A、电压大小为0.335 V；20 Hz电流超前20 Hz电压的角度为86.6°；接地电阻 Rg为100 kΩ以上；测量电阻远大于接地电阻定值。

采用中性点U0通道做计算，变比为6.385，即在Rn两侧电压0.335∗6.385=2.14 V，而中性点20 Hz电压通道计算变比为2，则VD两侧电压0.504∗2=1.08 V。

从上面离线分析计算可以看出，模拟虚接的情况下20 Hz电压减小一半且相角滞后22.4°，接地电阻计算值Rg为1.45 kΩ。这与本次20 Hz定子接地保护情况基本一致。

根据上面的分析，按照图3的接线图在图中接入R=700 Ω，C=44.6 μF，在发电机静止状态模拟虚接现象与本次20 Hz注入式定子接地保护动作情况基本一致。

由以上分析知，通过现场实验及模拟仿真，重现了保护误动作现象。分析发现中性点20 Hz电压波形存在比较明显的畸变及角度滞后现象，正是这个角度滞后导致保护计算错误。基于以上分析及试验情况可以得出20 Hz注入式定子接地保护动作的原因可以定位为20 Hz电压通道出现畸变角度滞后异常及幅值变小一半所致。

3 故障处理

1)更换机组20 Hz定子接地保护装置接线端子，使其铜片较厚，接线面积增大，压接螺钉力矩增大，同时更换保护采样板。

2)使发电机保护装置同时采集用于启停机保护的20 Hz电压信号 (由接地变二次侧分压电阻引出)，同时比较启停机电压信号和20 Hz定子接地保护电压信号，当一个信号异常时告警、闭锁该保护出口。

3)增加20 Hz电压同20 Hz电流角度异常的识别、告警及闭锁程序。增加保护装置启动CPU录波启动前的记录时间。

4 结束语

20 Hz注入式定子接地保护不正确动作的原因是20 Hz电压通道出现畸变、角度滞后23.76° (3.3 ms)及幅值变小一半所致。对电压端子虚接情况的现场实验、仿真分析情况正好与保护动作情况一致，进而证实了电压、电流端子出现接触不良的情况，会导致保护不正确动作。通过及时更改，保证了发电机的运行正常。

[1] 王维俭.机变压器继电保护应用 [M].北京：中国电力出版社，2005.

[2] 毕大强，王祥珩，桂林，等.基于零序电压故障暂态分量的发电机定子单相接地保护方案研究 [J].中国电机工程学报，2003，23(11)：39-44.

[3] 毕大强，王祥珩，王维俭.基于三次谐波电压故障暂态分量的发电机定子单相接地保护方案研究 [J].电力系统自动化，2003，27(13)：45-49.

[4] 唐清弟，谭建华.3ω定子接地保护误动原因分析和对策[J].电力系统自动化，2001，25(1)：59-61.

[5] 李德佳，毕大强，王维俭.大型发电机注入式定子单相接地保护的调试和运行 [J].继电器，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，工程师，云南电网责任有限公司怒江供电局，从事继电保护及自动装置的检验、验收及缺陷处理工作(e-mail)78849457＠qq.com。

姚远 (1967)，男，讲师，华能雨汪电厂，从事电力系统自动化专业工作。