发电机中性点接地变压器短路电阻和短路电抗测算方法

2015-12-17林彤王昀帆王睿陈俊

仪器仪表用户 2015年2期

林彤，王昀帆，王睿，陈俊

（1.浙江浙能乐清发电有限责任公司，浙江乐清 325609；2.南京南瑞继保电气有限公司，南京 211102）

0 引言

目前，国内的发电机中性点大多经接地变压器接地，发电机中性点零序电压一般取自接地变压器的二次负载电阻抽头，当接地变压器的短路阻抗较大时，基波零序电压定子接地保护定值整定应考虑短路阻抗的影响，需要知道接地变压器的短路电阻和短路电抗值才能核算该保护的保护范围[1]。但接地变压器铭牌上一般只提供短路阻抗，而没有短路电阻和短路电抗的大小，并且短路阻抗铭牌值往往与实际值还存在一定的误差。

当然，可通过短路试验来测量变压器短路阻抗（也称为伏安法）[2]，将二次绕组先短路，一次绕组再加电压，电压从零逐渐升高，到一次绕组电流为额定值，停止升压，测量一次侧电压和输入功率，由一次侧电压除以一次电流即为短路阻抗，由输入功率除以一次电流的平方即为短路电阻，由短路阻抗和短路电阻即可求得短路电抗值。实际上现场并不进行接地变压器的短路试验。

为了测量接地变压器的短路电阻和短路电抗，本文提出一种新方法，通过模拟发电机定子单相接地故障试验，来确定中性点零序电压与机端零序电压之间的比例关系，为基波零序电压定子接地保护整定计算提供依据，同时完成发电机中性点接地变压器的短路电阻和短路阻抗的间接测量。

1 接地变压器短路阻抗测算新方法

1.1 基本研究思路

发电机定子单相接地故障时，机端和中性点工频零序电压一次值近似相等，因此，模拟发电机定子单相接地故障，通过发电机保护装置记录故障时的机端零序电压和中性点零序电压波形数据，结合机端和中性点零序电压PT变比以及接地变二次负载电阻值，即可求得发电机中性点接地变压器的短路电阻和短路电抗值[3]。

1.2 定子单相接地故障试验方法

图1 考虑短路阻抗的接地变模型Fig.1 Grounding transformer model considering short circuit impedance

图2 机端和中性点零序电压波形Fig.2 Terminal and neutral zero-sequence voltage waveform

停机状态下在发电机机端PT处设置单相接地点，投他励电源，缓慢递升励磁电流，直到发电机中性点零序电压超过发电机基波零序电压定子接地保护动作定值，由发电机保护装置记录故障时的机端零序电压和中性点零序电压波形数据，根据录波数据可计算出机端零序电压与中性点零序电压基波幅值的比例关系，为基波零序电压定子接地保护的整定计算提供依据，同时为中性点接地变短路电阻和短路电抗的计算做准备。

1.3 短路电阻和短路电抗计算方法

考虑短路阻抗后的中性点接地变压器的等效电路如图1所示，其中rn为接地变压器二次负载电阻值，rk和xk分别为接地变压器的短路电阻和短路电抗二次值，为中性点零序电压。

图3 k1和k2计算值Fig.3 K1 and K2 calculated values

图4 短路电阻和短路电抗计算值Fig.4 Short-circuit resistance and short-circuit reactance calculation value

发电机定子单相接地故障时，机端零序电压和中性点零序电压工频分量近似相等，可得

上式中：a(k)和b(k)分别为余弦分量和正弦分量，N为工频每周波采样点数，x(k)为离散采样值。

将式（4）和式（5）带入式（3），得

根据以上方程组可求得

从而可得短路电阻rk和短路电抗xk计算式：

2 试验验证

以乐清电厂4号发电机为例，验证本文提出的接地变压器短路阻抗测算方法。

发电机中性点接地变压器型号为DC-140/20，容量Sn为140kVA，一次额定电压Un为20kV，变比为20kV/230kV，二次负载电阻rn为0.22Ω，短路阻抗铭牌值为6.05%，机端和中性点零序电压相关系数为1.33。在4号发电机上模拟定子单相接地故障，手动增加励磁直到基波零序电压定子接地保护动作，记录下了故障时的相关电压波形。

发电机定子单相接地保护动作时的机端和中性点零序电压波形如图2所示。

依据图2所示的机端和中性点对地零序电压波形数据，由式（9）和式（10）可求得k1和k2值，如图3所示。

图3中，n为采样点数，前24点过渡过程，为24个点以后的数据为有效数据窗，可见，k1和k2分别约为0.769和0.072，带入式（11）和式（12）可求得接地变压器的短路电阻rk和短路电抗xk二次值如图4所示，分别约为34Ω和158Ω左右。

采用JLZ-2004阻抗测试仪实测4号发电机接地变压器的短路阻抗，短路电阻和短路电抗约为34.84Ω和162.7Ω。可见，测算值和铭牌值两者基本吻合，考虑到接地变压器的铭牌参数存在误差，发电机机端和中性点零序电压测量也存在一定的误差，本项目提出的测量方法可以满足工程要求。