注入式定子接地保护离线整定平台研究

2015-07-28吴礼贵罗红俊三峡水力发电厂湖北宜昌443000

水电站机电技术 2015年4期

吴礼贵，罗红俊（三峡水力发电厂，湖北宜昌 443000）

注入式定子接地保护离线整定平台研究

吴礼贵，罗红俊
（三峡水力发电厂，湖北宜昌 443000）

摘要：发电机保护新投运前需对定子接地保护整定补偿参数，保证保护测量准确。补偿参数整定建立在模拟接地试验基础上，不断的重复接地试验，调整参数，直到测量准确，这种方法效率较低。为解决该问题，提高工作效率，本文对注入式定子接地保护原理进行研究和分析，找出了南瑞发变组保护中注入式定子接地保护测量接地电阻的方法，并对其进行仿真，通过试验，证明了仿真的正确性。在仿真正确的基础上，建立了注入式定子接地保护离线整定平台。通过做3次不同阻值的定子接地试验，即可整定出注入式定子接地保护的补偿参数，并通过试验证明了平台的实用性。

关键词：定子接地保护；注入式；离线整定；补偿值

1引言

大型水电机组要求配备100%定子接地保护，三峡电厂机组均配备了注入式定子接地保护。注入式定子接地保护原理简单，物理意义明确，灵敏度在整个定子接地范围内一致，不受故障接地位置的影响，在发电机停止和运行过程中均能起到保护作用[1]。定子接地保护中有多项参数需要现场整定，整定方法为在现场模拟定子接地，由保护装置测量接地电阻值大小，通过调整保护装置补偿参数，直至测量值与接地电阻值在误差允许范围内。定子接地保护要求接地电阻在0～30kΩ内均测量准确，需多次调整补偿参数，才能将补偿参数调整正确，此工作耗时耗力。在动态试验时更不具备精确整定参数的条件，只能在静态试验基础上进行简单调整。为此，本文从注入式定子接地保护的原理出发，分析其实现原理，确定了南瑞RCS-985GW注入式定子接地保护装置的测量计算方法并进行仿真，通过试验证明了仿真的正确性。在仿真试验正确的基础上，建立了注入式定子接地保护离线整定平台，并通过试验确定了平台的可用性。

2RCS-985GW注入式定子接地测量计算方法及仿真

注入式定子接地是在接地变二次负载两端注入20Hz电压，保护装置在接地变二次侧采集20Hz电压和电流，计算接地电阻判断故障情况，其原理如图1所示[2、3]。

图1中：n为内阻，T为接地变压器，变比为n，-j 20为20Hz注入源，g为定子单相接地过渡电阻，保护装置经负载电阻为定子对地容抗，n采集接地变压器二次侧20Hz电压20，利用导纳法可计算出接地故障电阻一次值。

图1注入式定子接地保护原理图

式中KR为电阻折算系数，综合考虑了变压器变比和电压测量抽头，以及电流互感器变比。由于式中是理想化的计算方法，在实际应用中采用此种算法会带来很大的误差，必须建立接地变压器等效模型，目前，通用的变压器等效模型采用T型或者Γ型。在实际应用中采用Γ型模型更简单。其模型如图2所示。

图2接地变压器模型

考虑接地变压器模型，设Rt，Xt，Rc分别为经过测量回路变换后保护装置得到接地变压器漏电阻、漏电抗和并联电阻值，对应Γ型等效电路中的Rt，Xt，Rc。

故障接地电阻Rg'上电压Uf由保护测量得到的值为：

以上计算中采用的是理想模型，忽略了激磁阻抗的影响，在实际计算中不能忽略其影响，此阻抗对电流幅值的影响甚微，但是，会影响到电流的相位，因此，在实际计算中采用相位补偿的办法来提高计算精度。

南瑞RCS-985GW 保护计算接地电阻就是采用如上计算公式，需要现场设定的参数有：相角补偿值（）、电阻补偿值（）、电抗补偿值（）、并联电阻补偿值（）、电阻折算系数（）。南瑞保护装置中可看到20Hz 电压采样值，单位为V。20Hz 电流采样值，单位为mA。相角，为电压超前电流相角，单位为°。

将此仿真公式编入程序，对接地电阻测量进行仿真，对某柜试验数据进行校核，计算结果见表1。

表1某柜试验与仿真结果　单位：kΩ

通过对不同机组定子接地仿真，考虑到定子接地采样本身的误差与保护装置测量值的误差都比较小，证明此仿真计算方法是可以对定子接地保护测量值进行仿真计算的。由于定子接地保护本身测量精度问题，当测量值超过30kΩ时，装置均显示为30kΩ，实际运行时要求定子接地保护对20kΩ以下定子接地测量精确，保护装置测量和仿真程序在20kΩ以下均保证了测量精度。

3注入式定子接地保护离线整定研究

实际应用中由于接地变铁损很小，对计算结果几乎无影响，所以在实际补偿时，c均整定为最大值。忽略c的影响，根据公式（7）、（8）、（9）可知，测量电阻可以用式（10）表示：

改变相角补偿值，通过仿真计算公式计算测量值，对某柜接地电阻5.06kΩ试验值进行试验，其变化情况如图3所示。由曲线可知，在相角补偿值合乎物理定律的范围内，测量值随相角补偿值增大而增大，是单调递增的。补偿角增加到一定程度会发生测量值畸变，测量值由正数变成负数，其值是不可能满足补偿要求的，对于此范围内的值离线整定不需要考虑。正常运行时，定子对地只存在电容，20Hz电流超前20Hz电压90°。相角补偿完后电流超前电压相角不会偏离90°太远，所以相角补偿值在此值附近测量值随相角补偿值增大而增大且单调递增。

图3接地电阻5.06kΩ下测量值随相角补偿值变化曲线

（2）测量电阻与电阻补偿值之间的关系

改变电阻补偿值，通过仿真计算公式计算测量值，对某柜接地电阻20.21kΩ下试验值进行试验，其变化情况如图4所示。由曲线可知，在合乎物理定律范围内测量值随电阻补偿值增大而增大，呈单调递增。

增大到一定程度，会发生测量值畸变，测量值由正数变成负数，其值不可能满足补偿要求，对于此范围内的定值离线整定不需要考虑。补偿电阻对应于接地变的短路电阻，最终的补偿值不会偏离此值太远，因此，在接地变短路电阻附近，测量值随电阻补偿值增大而增大且单调递增。

图4接地电阻20.21kΩ下测量值随电阻补偿值变化曲线

改变电抗补偿值，通过仿真计算公式计算测量值，对某柜接地电阻22.06kΩ下试验值进行试验，其变化情况如图5所示。由曲线可知，测量值随电抗补偿值增大而增大，是单调递增函数。

图5接地电阻22.06kΩ下测量值随电阻补偿值变化曲线

通过以上研究可发现，整个注入式定子接地在接地电阻值确定的情况下，在一定合理范围内测量值随相角补偿值、电阻补偿值、电抗补偿值呈单调递增关系，跟电阻折算系数呈线性关系。注入式定子接地离线整定平台研究的问题可简化为优化问题。

即在一定定值范围内满足下述多目标函数：

4注入式定子接地保护离线整定平台设计

为了提高整定效率，使注入式整定更加方便，可采用可视化程序。VisualC++具有功能强大、使用方便的各种用户界面设计工具，如窗体、控件、菜单和对话框等，其可视化处理简单方便。因此，可以使用VisualC++对上面提出的算法进行可视化处理，开发出注入式定子接地保护离线整定平台。

注入式定子接地保护离线整定平台是基于VisualC++开发的，其主界面显示了本软件的主要功能，分别为：注入式定子接地离线整定平台、注入式定子接地单数据校核计算、注入式定子接地多组数据校核计算。主界面的下半部分显示输入参数与计算结果，同时会用对话框弹出输出结果。

注入式定子接地离线整定平台有基础参数输入界面，输入参数包括接地变的短路电阻和短路电抗（折算到二次侧）、接地变压器一次和二次电压、中间小CT变比以及电压分压比。试验参数输入界面需要输入3个不同阻值的试验参数，为使离线整定效率更高，3次试验接地电阻取值区间要合理，最好1次小于1kΩ，1次大于15kΩ，再取1个中间值覆盖整个测量区间。由于注入式定子接地保护的测量精度问题，大值不要取太大。还需要设定整定条件，整定条件越严格，整定效果越好，但是，太严格有可能会找不到合适的参数。计算结果界面的输入参数信息栏可以看到输入参数，检查参数是否输入正确，计算结果栏可以看到离线整定参数以及通过此参数计算的试验数据，可检查整定值是否满足设定条件。同时，对话框会显示离线整定参数，此参数可用于保护装置，作为补偿参数的整定值。

此外，平台还提供注入式定子接地单数据校核计算和多组数据校核功能，可校核定子接地试验结果，检查补偿参数整定是否合理，还可根据结果修改补偿参数，重新计算，通过人工方式优化补偿值。