两种不同原理的定子接地保护对比分析
发电机定子绕组单相接地保护的原理与存在的问题及改进分析
发电机定子绕组单相接地保护的原理与存在的问题及改进分析
1 引言
发电机定子接地是指发电机定子绕组回路及与定子绕组回路直接相连的一次系统发生的单相接地短路。
定子接按接地时间长短可分为瞬时接地、断续接地和永久接地；按接地范围可分为内部接地和外部接地；按接地性质可分为金属性接地、电弧接地和电阻接地；按接地原因可分为真接地和假接地。
近几年来，各种原理的发电机定子绕组单相接地保护装置纷纷出现，如三次谐波电压型、零序电流型等，但零序电压型由于其接线简单、维护方便、运行可靠等优点，仍在中小型机组上广泛应用。
因此，对零序电压型单相接地保护进行分析和改进，仍有现实意义。
2 零序电压型单相接地保护原理
6kV发电机为中性点不接地系统，当发生定子绕组单相接地时，故障点将出现零序电压。
下面以A相定子绕组任一点发生金属性接地故障为例进行分析。
当中性点直接接地系统（又称大接地电流系统）中发生接地短路时，将出现很大的零序电压和电流。
还有在中性点不直接接地系统中当发生单相接地时，也会产生零序电压。
零序电源在故障点，故障点的零序电压最高，系统中距离故障点越远处的零序电压就越低，取决于测量点到大地间阻抗的大小。
如图1所示，假设A相在距中性点a处（a表示由中性点到故障点的匝数中该相总匝数的百分数）的d点发生接地故障。
则零序电压为（推导过程略）：Ud0=-aEA
上式表明，故障点的零序电压与a成正比，即接地点离中性点越远，零序电压越高。
这样，可以利用接于机端的电压互感器开口三角形取得零序电压，构成单相接地保护，如图2所示。
3 存在问题与改进
图2是最基本的零序电压型发电机定子接地保护，实际运行中，经常发生保护误动或拒动。
发电机差动、转子接地、定子接地保护
发电机差动、转子接地、定子接地保护1、工频变化量反应匝间短路的灵敏度，工频变化量比率差动保护，它利用工频故障分量构成的工频变化量比率差动保护，不受负荷电流影响，灵敏度高，抗TA 饱和能力强，具有很高的检测变压器内部小电流故障（如中性点附近的单相接地及相间短路，单相小匝间短路）的能力。
根据研究单位各种动模与静模试验统计表明：在变压器正常运行工况下发生1.5%的匝间故障时，工频变化量差动保护都能灵敏动作。
2、为何要采用变斜率比率差动原理？答：（1）变斜率比率差动一开始就带制动特性，可以很好地与CT不平衡电流匹配,防止了两折线比率差动拐点设置不合理产生的问题；（2）与普通比率差动比较，增加了灵敏动作区，提高了轻微内部故障时保护的灵敏度；同时，变斜率比率差动在制动电流很大时，减小一块易误动区，提高了安全性。
3、差动保护采用何种原理防止励磁涌流时误动？答：差动保护采用二次谐波原理及波形判别原理防止励磁涌流时差动的误动。
4、变压器差动保护对YD变压器电流的幅值和相位如何调整？RCS-985采用软件实现Y->Δ变换调整变压器各侧TA二次电流相位。
同时，通过软件自动平衡各侧的变比差别，最大的调整倍数：各侧均为5A的CT，相对于标准侧，调整系数范围0.01-6.4倍。
对于标准侧为5A的CT，调整侧为1A的CT，调整系数范围0.01–32倍。
5、定子匝间保护如何实现？如发电机中性点能引出6个端子，定子匝间保护由裂相横差和单元件横差保护实现，灵敏度最高；如发电机中性点只能引出3个端子时，机端配置匝间保护专用PT，采用纵向零序电压匝间保护方案，RCS-985中采用电流比率制动方案区分区外故障；如没有专用PT，采用工频变化量负序功率方向匝间保护。
6、发电机是否具备“低电压保持记忆过流保护”，作为自并励机组的后备保护？答：RCS-985装置发电机复合电压过流保护具备“低电压保持记忆过流保护”功能，记忆时间足够保护动作（记忆时间为15S）。
发电机定子接地保护原理
发电机定子接地保护原理概述发电机定子接地保护是一种用于检测和保护发电机定子绕组对地短路故障的保护装置。
它的基本原理是通过监测发电机定子绕组的接地电流，及时检测到绝缘故障，并采取相应的措施来避免进一步损坏设备或造成人身伤害。
发电机定子接地故障发电机定子绕组对地短路故障是指发电机定子绕组中的一个或多个相对于地的导体与地之间发生了不正常的导通。
这种故障可能由于绝缘老化、污秽、机械损伤等原因引起。
当发生这种故障时，会导致绕组中流过大量接地电流，严重影响发电机的正常运行。
基本原理发电机定子接地保护基本原理如下：1.接地判断：通过监测发电机定子绕组与地之间的接地电流来判断是否存在对地短路故障。
通常采用差动方式进行接地判断，即将各相线路中流过的电流进行比较，如果某一相的接地电流与其他相之间存在差异，则判断该相存在对地短路故障。
2.故障检测：一旦接地故障被判断出来，保护装置会立即采取措施来检测故障的性质和位置。
常用的方法是通过测量接地电流的大小、频率和波形等参数来确定故障的性质，并通过测量不同位置的接地电压来确定故障的位置。
3.报警和保护动作：当发现对地短路故障时，保护装置会发出声音或光信号进行报警，并同时采取措施来防止进一步损坏设备。
通常采用的保护动作包括切断发电机定子绕组与系统之间的电气连接，以及切断发电机与系统之间的机械连接。
具体实现发电机定子接地保护通常由以下几个部分组成：1.接地电流传感器：用于测量发电机定子绕组中流过的接地电流。
传感器通常使用夹式或开式设计，以便能够方便地安装在绕组上并实时监测接地电流。
2.信号处理单元：用于接收和处理接地电流传感器传输的电流信号。
信号处理单元通常包括放大、滤波、采样和计算等功能，以便能够准确地测量接地电流的大小和波形。
3.故障判断单元：用于判断发电机定子绕组是否存在对地短路故障。
故障判断单元通常采用差动比较的方法，即将各相线路中流过的电流进行比较，并通过设定的阈值来确定是否存在接地故障。
三种不同原理定子接地保护的应用
三种不同原理定子接地保护的应用TheStatorGroundProtectionApplicationStudyofThreeKindsofDifferentPrinciples(276826)山东日照发电厂 石秀刚摘 要:对三种不同原理的发电机定子接地保护:基波零序过电压保护、三次谐波电压单相接地保护以及外加20Hz 交流电源式100%定子绕组单相接地保护在现场的应用进行了分析,并提出应用意见。
关键词:发电机定子;接地保护Summary:Thistextanalysethreekindofdifferentstatorgroundprotections,namely.Baseprotectbywave50Hz;Inharmonywave voltagesingle-phasegroundprotectionthreetimes;Plus20Hzexchangepowertype100%statorsofsingle-phasegroundprotection ofwinding.Andpersonalopinionthesestatorpretectionsareputforward.Keywords:GeneratorStator;GroundProtection中图分类号:TM773 文献标识码:B 文章编号:1007-9904(2003)03-0052-03 300MW以上发电机的定子单相接地故障电流在不考虑消弧线圈的补偿作用时均大于允许值1A,因此定子单相接地故障将导致绕组绝缘破坏甚至发电机烧毁。
为防止此类事故的发生,规程要求装设无动作死区的发电机定子单相接地保护,即100%的动作区。
国内比较广泛使用的是基波零序过电压、三次谐波电压两种原理的单相接地保护,另有20Hz交流电源式100%定子绕组单相接地保护较少使用。
1 三种保护原理简介1.1 基波零序过电压保护该保护的动作电压(Uo)应按躲过正常运行时中性点单相电压互感器或机端三相电压互感器开口三角绕组的最大不平衡电压(Uunb.max)整定。
定子、转子接地保护简介、接地保护原理介绍、接地保护故障分析、接地保护检修维护
6U1D1 6U2D1
接地变 Rn 中间CT
6U2D4 6U2D5 6U1D5
20Hz带通滤波 方波电源
发电保护A柜
1U2D1 1U2D2
1I6D1 1I6D2
接地电阻判据与定子绕组的接地点无关，可以 反映发电机100%的定子绕组单相接地。 接地电阻判据反映发电机定子绕组接地电阻的 大小，设有两段接地电阻定值，高定值段作用 于报警，低定值段作用于延时跳闸，延时可分 别整定。
性点N和机端S，且每一端每相对地电容都是0.5 Cg
并将发电机端引出线到系统部分的每相对地电容 Cs
也等效在机端，并设此时三次谐波电动势为 E3 。
如下图所示，发电机三次谐波电动势和对地电容的 等值单相电路图：
发电机正常运行时时
发电机定子绕组发生单相接地故障时：
由上图可知不管故障点位于何处，总是有 所以：
接地电流定子接地判据：
考虑到当接地点靠近发电机机端时，检测量中的 基波分量会明显增加，导致检测量中低频故障分 量的检测灵敏度受到影响。为了提高此种情况下 保护的灵敏度，增设接地电流辅助判据。接地电 流判据能够反映距发电机机端80～90％的定子绕 组单相接地，而且接地点越靠近发电机机端其灵 敏度越高，因此能够很好的与接地电阻判据构成 高灵敏的100%定子接地保护方案。
所以水轮发电机和大型发电机只装设励磁回路一点接地 保护，不再装设专门的励磁回路两点接地保护。当励磁 回路一点接地保护动作发信号后为了它们的安全应立即 转移负荷，实现平稳的停机检修。万一在此期间发生了 两点接地，可用高灵敏的单元件横差保护兼顾转子两点 接地保护而瞬时跳闸。
假若在转子绕组的K处发生经对地绝缘 电阻为Rg的一点接地短路。K点到转 子正电压端的绕组匝数占转子总绕组
发电机定子接地保护原理
发电机定子接地保护原理发电机定子接地保护是指在发电机定子绕组出现接地故障时，为避免电流过大导致绕组烧损，需要对接地电流进行快速检测和处理的保护机制。
发电机定子接地保护的核心是保障发电机定子的安全运行，防止发生灾害事故。
发电机定子接地保护原理主要采用电流-时间保护原理，即当发电机定子出现电气故障时，会产生接地电流，接地电流超过保护设备设定的动作值时会发出警报，同时开始计时，当计时器时间达到设定时间时，保护设备就会动作，以切断故障电路，保护发电机定子绕组。
在发电机定子接地保护中，“动作值”和“设定时间”是两个关键的参数。
动作值的设定需要考虑发电机定子绕组的额定电流和绝缘强度，以确保在故障电流超过其额定值时能够及时发出警报并采取保护措施。
设定时间的选择需要综合考虑设备响应速度和故障电流的变化情况，以确保在必要时及时切断故障电路，保护设备和人员的安全。
发电机定子接地保护的实现需要用到一系列技术手段。
其中最常用的是差动保护和零序保护。
差动保护是指将发电机定子绕组电流和同级旁路绕组电流进行比较，一旦发现电流差异超过一定值，就会判定为定子接地故障，并发出动作信号。
零序保护则是通过检测三相电流中的零序电流来判断是否有接地故障。
在正常情况下，三相电流的零序电流应为零，当出现接地故障时，零序电流会有异常值，从而触发保护动作。
除了差动保护和零序保护外，还可以采用冷负荷试验等手段来检测发电机定子的接地情况，从而确保接地保护的可靠性和有效性。
总的来说，发电机定子接地保护是一项非常关键的技术，直接关系到发电机运行的安全性和可靠性。
在设计和使用发电机时，应充分考虑接地保护的需求，采取科学合理的保护手段，以保障发电机运行的安全和稳定。
发电机定子接地保护解读
注：1）对氢冷发电机为 2.5。
单相接地故障时的零序电压
U AD
d
EA
U CD
U d 0 E U BD A
U AD (1 ) E A U BD E B E A U CD E C E A
Cf
发电机定子绕组单相接地故障电流允许值
中性点不接地的发电机，当发电机内部单相接地时，接地电容电 流应在规定的允许值之内，如下表所示。大型发电机由于造价昂 贵，结构复杂，检修困难，且容量的增大使得其接地故障电流也 随之增大，为了防止故障电流烧坏铁芯，大型发电机有的装设了 消弧线圈，通过消弧线圈的电感电流与接地电容电流的相互抵消， 把定子单相接地故障电流限制在规定的允许值之内。
S3
N
E3 Cf 2 Cf 2
S
N
E3 Cf 2 Cf 2
S
U N3
Cw
U S3
UN3
3L
Cw
U S3
发电机三次谐波电势和对地电容的等值电路图
3 (3L)( X N3 j 2 ) 3C f 2 3C f
3 (3L)
X N3 j
6 (7C f 2C w )
U S3 7 U N3 9
利用零序电压构成的定子单相接地保护
3U 0 1.0 0.5
U0p
100V
图
定子绕组单相接地时3U 0 与 的关系曲线
0
0.5
1.0
保护构成原理
装置交流模件
3U0
装置 交流 模件
动作方程： 3U0＞3U0g 3U0 ——机端TV开口三角电压或中性点TV（或消弧线圈）二次电压； 3U0g——动作电压整C w 2(C f C w )
发电机定子、转子接地保护
RCS-985 发电机注入式转子接地保护
接线图
图1 双端注入式接线示意图
图2 单端注入式接线示意图
RCS-985 发电机注入式转子接地保护
注入式转子接地保护原理
发电机正常运行时转子绕组回路对地（大轴）是绝缘的，发生转子 绕组接地故障后，对地绝缘被破坏。为此，通过在发电机转子绕组两端 （如图3 所示）或一端（如图4 所示）注入方波信号电源，可区分正常 运行和接地故障。正常运行时发电机由注入电源引起的对地泄漏电流几 乎为零；转子绕组接地故障时，此电流明显地发生改变，通过检测该电 流的变化，可实时计算转子一点接地电阻及一点接地位置。这种原理既 能在100%范围内测量转子接地故障，同时也能反映转子绕组绝缘下降 ，起到对绝缘老化监视的作用。
RCS-985 发电机注入式定子接地保护
保护原理
RCS-985 发电机注入式定子接地保护
保护原理
RCS-985 发电机注入式定子接地保护
保护原理
注入式定子 接地保护出 口逻辑
RCS-985 发电机注入式定子接地保护
定值整定原则
发电机中性点经配电变高阻接地，当定子绕组发生单相接地故障时，其等效 的基波零序回路电路如下图所示：
RCS-985 发电机注入式转子接地保护
注入式转子接地保护原理
图3 双端注入式保护方案
图4 单端注入式保护方案
RCS-985 发电机注入式转子接地保护
注入式转子接地保护原理
注入式转子接地保护分为两种原理，双端注入式原理和单独注入式原理。其中双 端注入式原理较有代表性，以此为例阐述注入式转子接地保护原理，其等效原理图如 图3 所示：
RCS-985 发电机注入式定子接地保护
组屏
RCS-985 发电机注入式定子接地保护
发电机定子接地保护原理及应用
发电机定子接地保护原理及应用摘要：发电机作为电力系统最重要的运行设备之一，保证发电机的安全稳定运行是电力系统继电保护的最重要的任务。
发电机定子接地保护，作为发电机保护中相当重要的一员，应该引起我们继电保护人员的足够重视。
本文详细分析了目前国内常见的几种发电机定子接地保护原理，在实际生产运行中，应根据系统接线及运行方式，决定保护接线，选择合适的定值整定和跳闸方式以及发信方式，保证发电机组安全稳定运行。
关键词：发电机定子接地原理应用正文：发电机是电力系统中最重要的设备之一，根据安全的要求，发电机的外壳是接地的，因此，定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比较普遍。
发生定子单相接地后，接地电流经故障点、三相对地电容、三相定子绕组而构成通路，当接地电流比较大，能在故障点引起电弧时，将使绕组和定子铁芯烧坏，并且也容易发展成危害更大的定子绕组相间或匝间短路，因此，应装设发电机定子绕组单相接地保护。
目前，发电机定子接地保护已经有很多不同的保护原理，包括利用零序电流构成的定子接地保护，利用基波零序电压构成的定子接地保护，利用基波零序电压和三次谐波电压构成的100%定子接地保护，以及利用附加电源构成100%的定子接地保护，本文将一一介绍各个保护的保护原理。
发电机定子单相接地的特点首先，我们先来了解一下发电机发生单相接地故障时，发电机两侧的故障电压故障电流的分布情况。
现代的发电机，其中性点一般为不接地或经消弧线圈接地（或者通过接地变压器接地）的，因此，当发电机内部单相接地时，流经接地点的电流仍为发电机所在电压网络（即与发电机直接电联系的各元件）对地电容电流之和，而不同之处在于故障点的零序电压将随发电机内部接地点的位置而改变。
如图1（a）所示，假设A相接地发生在定子绕组距中性点a处，a表示出中性点到故障点的绕组占全部绕组的百分数，故障点各相电动势为，，,则发电机中性点电位将发生位移，产生零序电压，如图1（b）。
图中，C0G为发电机每相的对地电容，C01为发电机意外电压网络每相对地的等效电容。
两起发电机定子接地保护动作后的分析和检查
为 ： 电机 定子接 地保护 动作 ， Ｕ＝ ． ３ 定值 ７ ， 发 ３ ｏ８ ４ Ｖ（ Ｖ 时 间 ５５ ） ． ｓ ，机组全停 。 （ ）故障录波器 数据 。故障前 Ａ 、Ｃ相 电流 ２ 、Ｂ
（ ）做 高压试 验检 查。 ２ １ ）封 闭母 线单独 耐压试验 合格 。
２ ）封闭母线Байду номын сангаас Ｐ 加压试验 （ Ｔ 打开主变、厂高
点零序 电压升至 ８ １ Ｖ ．２ 。
通过 以上 试验检 查确认 ，发 电机 １Ｈ的 Ｃ相存 Ｙ 在严重 匝问短路 ， 次绕组 阻抗 降低 至 １ ｋ 一 ６ Ｑ，相 当
３ ２ 故 障分析 ． （ ）２ Ｈ的开 口三 角零序 电压 ３。 １ Ｙ Ｕ 回路确 有零序
根 据 所测 绝 缘 电阻值分 析 ，判定 为 发 电机 定子
绕 组 Ａ相存 在接 地 。
２ ４ 故障点 查 找 ．
抽 出发 电机 转 子 ，对 发 电机 定转 子 铁 芯和 线 圈 进 行外 观检 查情 况如 下 ： 定子铁 芯励 端起 第 ４ ～ ① ８ ６ ４段 的定 子膛 内及 相对应 的转 子表面 都 有 明显 金属 击 打 的痕迹 ；② 定子铁 芯第 ７ 、８槽 问 的第 ４ 、４ 、 ８ ９ ５ ０三 段铁 芯齿 部有 明显金属 烧熔 的痕 迹 ，表面 有异 物熔 化 物 。③ 第 ７ 、８槽上 、下 层 线棒 靠近 ４ 、４ 、 ８ ９ ５ Ｏ铁 芯处 的绝 缘严重 碳化 ，其 中第 ８槽 上层线棒 在 ５ ０段铁 芯 处绝 缘层 已经呈粉 末状 ，判 定此 处为 故障
甘
肃
电
力
技
术
３ １
两起 发 电机 定子接地保护动作后 的分析和检 查
李恭斌 郝 小 会 口乐 民
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两种不同原理的定子接地保护对比分析
摘要：阐述了注入式定子接地保护与基波零序电压+三次谐波构成100%定子接
地保护的工作原理，对比分析了二者之间的优缺点。
关键词：定子接地保护注入式基波零序电压 100%定子接地保护
1引言
发电机定子接地是指发电机定子绕组回路及与定子绕组回路直接相连的一次
系统发生的单相接地短路。
目前机组中性点接地方式基本采用高阻接地方式，随
着机组容量的不断增大，金属性单相接地的电流也不断增大，为了防止接地电流
拉弧引起更加严重的短路故障，应配置定子接地保护，快速、准确、可靠的反应
定子接地现象。
2原理介绍
2.1 注入式定子接地保护
注入式定子接地保护通过辅助电源装置将20Hz低频电压加在负载电阻Rn上（以南瑞保护为例，原理图如图1），并通过接地变压器，将低频电压信号注入
到发电机定子绕组对地的零序回路中；利用带通滤波器防止50Hz电压倒灌入装置；通过保护装置检测注入的电流电压信号，保护计算判断接地故障。
4 特点比较
4.1注入式定子接地保护
由于其独特的保护原理，注入式定子接地保护具有以下特点：
1）不受发电机运行工况影响，在发电机停运、启停、运行的全过程中，都可以提供灵敏
的定子接地保护，可检测定子绝缘的缓慢老化。
2）保护范围不仅包括整个定子绕组，还包括发电机中性点，保护的灵敏度一致，不受接
地位置影响。
可以准确测量接地电阻的大小。
3）原理成熟，多个大型机组均采用此保护原理。
4.2 100%定子接地保护
1）设备简单，无需配置新的低频电源辅助装置；
2）保护原理算法简单，易整定；
3）保护无法反应机组中性点接地；
5结语
通过对比分析两种不同原理的定子接地保护，可以看出注入式定子接地保护具有一定的
优越性。
然而，二者又是互补的：根据继电保护“反措”要求，定子接地保护配置完全双重化，两套定子接地保护均采用不同保护原理，对于双重化保护尽量采用不同保护原理的要求。
基
波零序电压保护原理和注入式定子接地原理，均可以灵活整定为报警或跳闸，方便相互配合。
不同原理的配合，优势互补，能够做到故障定位，利用注入式原理测量接地故障发生时刻过
渡电阻，然后通过基波零序电压原理可以计算出接地位置，即使现场发生轻微弧光接地都可
以灵敏动作并定位。
参考文献：
[1] 王维俭.电气主设备继电保护原理与应用(第2 版)[M].北京:中国电力出版社,2002.
[2] RCS-985U发电机变压器成套保护装置技术说明书[Z].2005.。