660MW发电机注入式定子接地保护试验分析

高正中肖佳宜王文文李梓萌韩 风

（1.山东科技大学自动化学院，山东 青岛 266590；2.山东省电力建设第三工程公司，山东 青岛 266100）

660MW发电机注入式定子接地保护试验分析

高正中1肖佳宜1王文文1李梓萌1韩 风2

（1.山东科技大学自动化学院，山东 青岛 266590；2.山东省电力建设第三工程公司，山东 青岛 266100）

本文针对采用国电南自 DGT801U系列保护装置的注入式定子接地保护试验进行了详细地分析。结合660MW发电机组注入式定子接地保护的试验过程，分析了现场接线配置，保护原理，保护判据和定值整定方法。并通过对保护装置灵敏度的计算和实例分析，验证了本次试验中采用的南自DGT801U系列定子接地保护装置具有较高的测量准确度，足以满足工程上对注入式定子接地保护灵敏度的要求。

注入式；定子接地保护；继电保护；定值整定；灵敏度

国内关于注入式定子接地保护的研究目前还处于起步阶段，尤其是对现场试验整定的分析不多，没有形成统一的规范[1]。故通过现场试验对注入式定子接地保护装置的调试方法及应用情况分析是很有必要的。本文针对使用国电南自 DGT801U系列保护装置的注入式定子接地保护试验进行了分析，以便为相关试验分析提供参考依据。

1 注入式定子接地保护接线配置

本次试验中注入式定子接地保护现场接线情况如图1所示，发电机中性点采用经变压器高电阻接地方式。考虑到电源输出线电缆分压对保护装置测量精确度的影响，电源输出线和电压测量回路引出线不可共线，保护装置的测量电压应直接取自中性点接地电阻两端。

图1 注入式定子接地保护接线配置

注入式定子接地保护主要由四个部分组成：包括电源单元、保护单元、滤波单元和注入单元。其中起到主导作用的是电源单元和保护单元，保护单元采用南自 DGT801U保护装置，其硬件上使用先进的双核CPU和大规模FPGA技术，软件上采用了任务调度技术，保护模块按照任务优先级执行，可以合理的优化保护任务的调度时间。

2 注入式定子接地保护的保护原理及保护判据

2.1 保护原理

发电机注入式定子接地保护方案分为外加直流电源式、外加交流电源式，外加交流电源式以20Hz和12.5Hz为主[2]。本次试验采用20Hz交流式外加电源，在极端电压互感器开口三角处注入 20Hz的低频信号，在正常运行情况下，系统产生容性电流，当发电机定子处发生单相接地故障或绝缘老化时，注入电流流过故障点，产生部分电阻性电流，区别于正常运行时检测到的电信号值，从而作为保护装置动作的依据之一，图2[3]为保护原理图。

图2 注入式定子接地保护原理图

图2中，US为20Hz注入电源电压；RE为发电机定子绕组一次侧接地电阻；RS为等效电源内阻；Rg为变压器负载电阻；XC为发电机定子侧三相对地容抗矢量和。

2.2 阻抗判据的提出与改进

分析保护原理图得到发电机定子绕组二次侧故障电阻 Rg和归算到一次侧的故障电阻Rg′的计算式为[4]

式中，KR为电阻修正系数；n为变压器变比；ndiv为电压测量回路与二次侧接地电阻两侧电压比；nCT为电流互感器变比。

经现场试验发现，由上述方法获得的一次侧接地电阻值Rg′与测试电阻 RE误差较大。原因是在上述算法中忽略了接地变压器参数对测量回路的影响。因此在保护原理的基础上分析了接地变压器的τ型等值电路，得到包含变压器τ 型等值电路[5]表示的注入式定子接地保护原理图，如图3所示。

图3 含变压器τ 型等值电路的注入式定子接地保护原理图

图3中，Rm和Xm为变压器的励磁电阻和励磁电抗，R2和X2分别表示变压器的漏电阻和漏电抗。

分析改进后的原理图得到计及变压器参数后测量电阻的表达式为

为了验证改进公式对提高计算精度的作用，对考虑与不考虑配电变参数的情况进行了对比，数据见表1。

表1 不考虑与考虑配电变压器参数时接地电阻计算值与实际值的误差

可以发现采用改进后的测量电阻计算式求得的计算值更接近测量电阻的实际值，这是因为激磁阻抗参数主要影响电流相位值，而改进公式的实质是对测量电流电压进行了相位补偿。

3 现场试验和数据分析

下面结合某电厂 660MW发电机组注入式定子接地保护测量数据，分析了注入式定子接地保护的现场试验和整定。

3.1 相角补偿试验

相角可以通过正常情况下的对地电容电流进行校正，也可以通过负载电阻进行校正[6]机组正常运行情况下，按照图1接线配置，系统流过容性电流，电流滞后电压 270°，在精度要求不高的情况下使补偿后的相角保持在 270°测量补偿相角值都是可行的[7]。为了提高测量精度，本次试验采用了具有较高测量精度的负载电阻补偿方法，该方法需更改图1的现场接线方式，将电源装置直接并接在接地变压器二次侧，使纯阻性负载和电流互感器在同一串联支路中，使补偿后的相角值保持在180°[8]，获得的相角补偿值见表2。

表2 相角补偿值实测

3.2 阻抗补偿值测量分析

通过接地变压器的短路试验测得阻抗补偿值见表3所示，在发电机静止状态下，将接地变压器高压出线侧对地金属短路，保护装置测得的电阻电抗值均不为零，这是由于测量回路中存在电感线圈、线路电阻所引起的。读取此时测量回路的测量电阻、测量电抗值，即为补偿电阻和补偿电抗值。

表3 阻抗补偿值实测

3.3 补偿参数对保护测量结果的影响

在研究变压器参数对接地电阻测量值影响时，发现计及变压器参数除可消除激磁阻抗带来的误差外，其对电流的相位值也有较大的影响[9]。因此需要经过相角补偿试验降低电压电流测量值造成的相角误差，相角补偿的合适与否决定着保护的测量精度。表4直观地反映了相角补偿值变化对接地电阻测量值的影响，可以看出增大相角补偿值会造成测量误差的增大，而减小相角补偿值造成的保护灵敏度提高，可能会引起保护误动作。表5、表6分别表示电阻电抗补偿值对接地电阻测量精度的影响，相对于相角补偿值，阻抗补偿值的影响并不显著，但随着接地电阻取值的增大，阻抗补偿值的影响逐渐显现。

表4 相角补偿值对接地电阻测量精度的影响

表5 电租补偿值对接地电阻测量精度的影响

表6 电抗补偿值对接地电阻测量精度的影响

4 试验结果

下面通过对试验数据和保护灵敏度分析，验证本次试验采用的装置和试验方法满足工程上对注入式定子接地保护测量精确度的要求。

4.1 测量误差分析

现场在发电机静止状态下，使用 DGT801U继电保护装置，在发电机中性点处模拟了接地故障。表7给出了在电阻折算系数KR=14.04时测量的误差分析。

表7 测量值与实际值间的误差

从表7中可以看出，经过上述定值补偿，保护装置的测量误差基本上可以控制在5%范围内，完全满足工程要求。

4.2 保护灵敏度分析

试验现场采用 QFSN-660-2-22B型汽轮机其参数为：额定容量 S=733kVA，额定电压 UN=22kV，额定功率 P=660MW，定子每相对地电容 C=0.243μF。主变压器型号为 SFP-780000/220，CT=0.0203μF，Cm=0.0038μF，中性点配电变压器变比n=20000/190，二次接地电阻R=0.42Ω，注入电源内阻Rs=0.6Ω。电压互感器变比nv=2003，电压互感器二次侧电阻值Rg=5Ω。

保护动作时应该满足的条件

发电机中性点配电变压器经高电阻方式接地时，保护的灵敏度按照最大接地电阻值来表示：

将配电变压器中性点电阻及系统总阻抗还原至一次侧得

将数据带入式（6），获得满足不等式条件的最大接地电阻值：

通过计算发现接地变压器变比及发电机选型对注入式定子接地保护的保护灵敏度有较大的影响。本次试验中采用的电源辅助装置和保护装置构成的注入式定子接地保护具有较高的测量准确度，足以满足工程上对注入式定子接地保护灵敏度的要求。

5 结论

本文结合某电厂发电机组注入式定子接地保护试验实例及现场接线配置情况，分析了保护原理，改进了保护的动作判据，对注入式定子接地保护试验进行了具体的剖析，结果表明：

1）利用改进后的阻抗判据公式计算得到的接地电阻值更接近测量值，接地变压器参数对接地电阻计算值的影响不可忽略。

2）进行相角补偿试验时，通过更改现场接线配置可以提高测量的准确性，但要注意在试验结束后需还原现场接线配置。

3）通过对保护灵敏度的计算和测量误差的分析，验证了本文所分析的定值整定方法和使用的注入式定子接地保护装置符合工程试验的要求。

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[9]张琦雪,陈佳胜,陈俊,等.大型发电机注入式定子接地保护判据的改进[J].电力系统自动化,2008,32(3):66-69.

Test Analysis of 660MW Generator Injected Stator Grounding Protection

Gao Zhengzhong1Xiao Jiayi1Wang Wenwen1Li Zimeng1Han Feng2
(1.Shandong University of Science and Technology,Qingdao,Shangdong 266590;2.SEPCOIII Electric Power Corporation,Qingdao,Shangdong 266100)

This paper adopts State Power from South DGT801U series protection device of injection type stator grounding protection test are analyzed in detail.Combined with the test process of injection stator grounding protection of 660MW generator,the field wiring configuration,the protection principle,the protection criterion and the setting method are analyzed.And through the calculation and example analysis of the sensitivity of the protection device,verify the used in the test of DGT801U series of stator grounding protection device has the advantages of high measuring accuracy,enough to meet the engineering requirements of injection type stator grounding protection sensitivity.

injecting source;tator single-phase grounding fault;elay protection;etting;sensibility