关于发电机定子接地保护问题的探讨

第2期(总第97期)2001年4月山西电力技术SHANXI ELECTRIC POWERNo 12(Ser 197)Apr 12001关于发电机定子接地保护问题的探讨郑一凡(山西大同热电有限责任公司,山西大同　037039)摘要:根据QFS —60—2型双水内冷发电机特点,对其定子接地保护典型设计回路中存在的问题以及应采取的改进措施进行了分析和讨论。

关键词:发电机;定子保护;探讨中图分类号:TM 311 文献标识码:B 文章编号:100526742(2001)022******* 1　发电机定子绕组单相接地的特点由于发电机中性点不直接接地,因此它具有一般不接地系统单相短路的共性。

不同之处在于故障点的零序电压将随定子绕组接地点的位置而改变。

例如,当距发电机中性点a 处发生单相(如A 相)接地故障时(图1),则各相机端对地电压为:图1　发电机内部单相接地时的电流分布U A d =(1-a )E A ,U Bd =E B -aE A ,U Cd =E C -aE A 。

所以,故障点的零序电压为:U d0(a )=13(U A d +U Bd +U Cd )=-aE A =aU Υ,故障点处总接地电容电流为(分析略):I jd ∑(a )=j 3Ξ(C 0f +C 0∑)aU Υ。

可见,当发电机内部单相接地时,流过零序电流互感器LH 0一次侧的零序电流为(分析略):3I 0=j 3ΞC 0∑aU Υ,式中:a ——发电机中性点到故障点的绕组占全部绕组的百分数;收稿日期:2001201221作者简介:郑一凡(19562),男,山西山阴人,1983年毕业于太原理工大学热能动力专业,高级工程师,总经理。

C 0∑——除本发电机以外的发电机电压网络每相对地总电容;C 0F ——发电机每相对地电容。

2　定子接地保护由于发电机的外壳是接地的,因此定子绕组因绝缘破坏而引起单相接地就比较普遍。

当定子绕组发生单相接地时,从以上分析可以看出,有电流流过故障点,其值决定于定子绕组的接地电容电流和与发电机有电联系的电网接地电容电流。

当接地电流较大且产生电弧时,将使绕组绝缘和定子铁芯烧坏。

因此规程规定:当接地电流等于或大于5A时,定子绕组接地保护应动作跳闸。

211　零序电压保护发电机定子绕组任意点单相接地时,在定子回路各点均有零序电压aU Υ,因此可以根据aU Υ的出现与否来构成零序电压保护(图2)。

图2　零序电压保护原理正常运行时,由于发电机相电压中含有三次谐波电压,当变压器高压侧发生单相接地故障时,由于变压器高、低压绕组之间存在耦合电容,都会出现零序电压。

为了保证动作的选择性,保护装置的整定值必须躲过上述电压的影响,继电器的动作电压一般整定在15V ～30V 。

按上述条件,保护装置整定值较高,在中性点附近发生单相接地时将出现15%～30%的死区。

212　发电机100%定子接地保护对于双水内冷发电机,由于发生漏水或机械损伤等原因,可能导致中性点附近的绕组发生接地故障。

如果不及时发现,有可能发展成为严重的匝间、相间或两点接地短路,因此,应装设能够100%保护定子绕组的接地保护。

现就QFS —60—2机组典型设计中采用的LD —4型定子接地保护分析如下,其接线见图3。

图3　定子接地保护DZJ图3中元件1检测直接与发电机有金属连接的系统其零序电压的升高;元件2检测发电机中性点对地与相对地的零序三次谐波电压比值的变化。

元件1的工作回路接在发电机机端的电压互感器开口三角侧上,其制动回路接在变压器高压侧电压互感器开口三角侧上,当基波零序电压超过额定电压5%～20%时,该元件就动作,实现发电机定子接地故障的保护;为了防止变压器高压侧单相接地故障时,窜入的电压引起定子接地保护误起动,采用变压器高压侧的3V 信号给予制动。

元件2接于发电机中性点与地间的单相电压互感器二次绕组及发电机机端电压互感器开口三角侧上,它能检测发生在中性点及附近的定子接地漏电情况。

因发电机的磁场曲线包含有三次谐波分量,这一分量在定子线圈中则感应出零序三次谐波电压。

在正常没有漏电情况下,发电机中性点对地的零序三次谐波电压U ND 和发电机出线端对地的零序三次谐波电压U TD 的比值,基本不受负荷电流大小和相位的影响,且存在U ND U TD >1的关系。

中性点附近发生接地故障时,U ND 与U TD 发生变化,当零序基波电压超过15%额定电压时,元件2动作。

由以上分析,可知元件2的作用和元件1无关,保证了100%的动作范围。

3　定子接地保护存在的问题定子接地保护元件是以零序电压数值的大小为判据的,而当交流回路断线时,譬如电压互感器一次回路断线,也会产生零序电压,使保护误动作。

因发电厂发生电压互感器一次回路断线的概率较多,故在此模拟一次回路断线的情况。

实验时,将发电机电压互感器一次保险取下,发电机升压至额定值后,测电压互感器开口三角电压U 0、线电压U AB 、U BC 、U CA 。

表1的数据就是一台QFS —60—2型发电机的实验结果。

表1　QFS —60—2型发电机一次回路断线模拟实验项目U 0 VU AB VU BC VU CA V取下A 相保险　29　6613　100　6213取下B 相保险3060126715100取下C 相保险3210059186816 因定子接地保护定值为20V ,从以上数据分析可确定:在发电机电压互感器任何一相一次保险熔断后,开口三角电压均大于20V ,达到了动作值,定子接地保护将产生误动。

4　防范措施根据以上情况分析,应采用电压互感器一次回路断线闭锁装置,在出现电压互感器二次回路断线时,将定子接地保护闭锁。

原典型设计的电压断线闭锁回路接线见图4。

图4　电压断线闭锁回路接线示意1YJ 、2YJ 低电压的动作值为70V ,而从表1的数据中可以看出,一次保险熔断后,线电压值是一个不很确定的数,不能够准确地反应一次保险熔断情况,应配置完善的断线闭锁装置(图5)。

当电网正常运行和发生相间短路时,没有零序电压出现,只有正序和负序电压加于BY 的W 2、W 3、W 4上,此时BY 磁导体内的磁通是平衡的,绕组W 5上没有感应电势,执行元件HJ 不动作。

当电网中发生一点或两点接地故障时,电压互感器开口三角形侧出现的零序电压3U 0作用于W 1上,零序电压U 0作用于W 2、W 3、W 4上,W 1绕组内的电流所产生的磁通与W 2、W 3、W 4绕组内的电流所产生(下转第58页)512　相导线除采用传统分裂导线外,国内外也有采用紧凑型结构布置的分裂方式,以进一步减小波阻抗,增大输送容量,减小线路损失等。

513　为了减小超高压输电线路雷击事故的发生,超高压线路的避雷线较高压线路有较小的保护角。

所谓保护角是指通过避雷线的垂直线与避雷线和相导线的连线夹角。

在超高压线路中保护角一般要求平原为15°,山区为10°或以下的角度。

6　超高压变电站母线接线的特点采用超高压输变电的电站,出于安全及可靠性、灵活性等方面的需要,多采用3 2或4 3接线方式,其优点是减少了断路器的数量,减小了占地及投资,带来的问题是继电保护将复杂化。

此外,超高压输电技术在控制手段、可靠性和质量管理等方面也有其特点,限于篇幅,不再赘述。

Characteristic of Extra High VoltageTransmissionWANG Qi(Taiyuan Power Supply Subcorporation ,Taiyuan ,Shanxi 030012,China ) Abstract :　It Looks back at the development of EHV transmission ,introduces the characteristic of EHV transmission ,reaches the conclusion that its running and maintenance are completely different from high voltage transmission . Key words :　extra high voltage ;transmission ;characteristic (上接第22页)的磁通相互抵消,使BY 磁导体内的合成磁通仍为0,所以W 1上没有感应电势,执行元件HJ 不动作。

图5　断线闭锁装置DXB当电压二次回路一相或两相断线时,BY 磁导体内的磁通不平衡,在绕组W 5上产生的感应电势,使执行元件HJ 动作,把保护闭锁起来。

如果电压二次回路三相同时断线,继电器就不起作用。

可以在电压互感器二次星形侧的三相的任何一相熔断器上并联1只电容,使继电器动作。

根据以上的分析,认为LB —1A 型装置能够满足电压二次回路断线闭锁要求,故将定子接地保护回路进行如图6的改进。

图6　改进后的定子接地保护回路图6中虚线框为新增DXB 断线闭锁继电器常闭接点,串接至定子接地保护回路,当电压互感器二次回路出现断线时,DXB 装置动作,常闭接点打开,将定子接地保护回路闭锁。

5　结束语通过对定子接地保护回路的分析和改进,可以保证在发电机定子绕组100%范围内发生接地时,保护能正确动作;同时避免了当交流回路断线时,发电机误跳闸。

Study on Earthing Protection of Generator SatorZHENG Yi -fan(Datong Thermal Power Co 1,Datong ,Shanxi 037039,,China ) Abstract :　According to the characteristic of the QFS 26022generator with double inside water cooling system ,itanalyses the problems in the typical designed earthing protection loop of the stator and the measures of improvement . Key words :　generator ;protecting of stator ;study。