600MW發電機基波零序電壓型定子接地保護的二次電壓選擇

高亞麗

大唐韓城第二發電有限責任公司

600MW發電機基波零序電壓型定子接地保護的二次電壓選擇

高亞麗

大唐韓城第二發電有限責任公司

采用基波零序電壓原理發電機定子接地保護，對于其零序電壓采用機端電壓互感器（以下稱TV）的二次開口三角繞組電壓的情況，應具有防止TV一次熔斷器熔斷造成保護誤動的措施。本文講述了保護裝置不具備該措施的情況下，為防止TV斷線造成保護誤動的另一種方法。

零序電壓；定子接地保護；電壓斷線閉鎖；缺陷；消除

一、機組接線及保護配置概況

大唐韓城第二發電有限公司一期工程裝有兩臺600MW火電機組，電氣系統采用發電機變壓器組單元接線接入330kV升壓站。發電機中性點采用經過專用配電變壓器接地方式，發電機機端接有兩臺廠用高壓變壓器和一臺勵磁變壓器，三臺電壓互感器分別編號為1YH、2YH、3YH，其用途如圖1所示：

發電機變壓器保護采用上海ABB工程有限公司的REG216型微機保護，其發電機95%定子接地保護采用基波零序電壓原理，100%定子接地保護采用在發電機中性點變壓器二次側外加低頻（12.5Hz）電壓信號原理，二者共同構成了完整的發電機定子接地保護，出口方式為全停。

圖1 發變組接線和發電機電壓互感器用途示意圖

二、問題的提出

發電機95%定子接地保護所用的基波零序電壓取自發電機機端3YH二次側開口三角繞組，正常運行情況下，如果發電機定子回路發生接地故障，該二次繞組會輸出不超過100V的3U0電壓，為保護裝置提供動作量。但在電壓互感器一次熔斷器熔斷的情況下，該二次繞組也會輸出33V的電壓，為保證保護裝置覆蓋盡可能多的發電機繞組，保護裝置的動作電壓定值為7V，所以電壓互感器一次熔斷器熔斷時會造成保護誤動作。

電壓互感器一次熔斷器熔斷是很容易發生的事件，根據上面對保護動作條件的分析，自然會想到：如果發生熔斷的是3YH的一次熔斷器,則一定會造成發電機定子接地保護誤動。由此提出盡快對發電機定子接地保護進行改造。

三、解決方案的確定

1、方案的提出：

根據發電機中性點接地方式的不同，對發電機定子接地保護有不同的要求。對于中性點經專用配電變壓器高阻接地的發電機，接地電流大于√2IC（定子電容電流），一般情況均大于允許值，單相接地保護應帶延時作用于跳閘[1]。并且對于基波零序過電壓原理的單相接地保護，發電機單相接地且接地電流不論是否超過規定允許值，均應投入跳閘[2]。為了解決YH一次熔斷器熔斷造成的保護誤動作跳閘問題，通過查閱相關資料，提出了以下兩種解決方案：

方案一：在發變組保護裝置中增加電壓斷線閉鎖功能。

方案二：另外選擇零序電壓引入點，即將零序電壓量測點由發電機機端3YH二次開口三角處改為發電機中性點變壓器二次側。

對于方案一，不但要請廠家人員到現場更改保護邏輯，還需要增加配線，既要產生改造服務費用，又會造成保護邏輯和二次接線復雜，雖然可以解決斷線誤動問題，但又造成了可靠性降低，所以在初選方案時被定為備用方案。

對于方案二，正常運行時由于發電機中性點三次諧波幅值較大，構成了不平衡電壓的主要成分，所以要求保護裝置有較高的三次諧波濾過比。如果三次諧波濾過比能夠達到80～100，即能夠基本消除三次諧波成分[7]，獲得比較純粹的基波零序電壓。另外，該方案還有接線簡單、可靠性高，實施后不再有熔斷器故障問題[1]的優點。在確定方案過程中做了以下工作：

經過實測確認保護實際的三次諧波濾過比大于90。

發電機運行時分別測試發電機出口PT開口三角電壓及中性點配電變二次電壓的幅值，以及在機組故障錄波器上分析其基波、三次諧波的幅值，掌握正常運行狀況。同時為保護定值的整定提供一定的參考依據。

四、方案實施

1、接線

如圖2所示，自發電機中性點變壓器二次側使用的二次接點端子處，直接由一根專用屏蔽電纜引接至發變組保護柜端子排，替換原來的開口三角電壓接線，并將原有的開口三角電壓電纜拆下只用于故障錄波。

圖2 發電機定子接地保護改造后示意圖

2、保護整定：

更改前，95定子接地保護定值為7V；發電機中性點接地變壓器變比為11.55 KV∕0.22KV，那么使用發電機中性點變壓器二次電壓作為動作量的接地保護定值為：U0.op.set=（0.05～0.1）×220V=11～22V[2]。整定導則[4]規定整定值按保護范圍死區不小于5%整定，即U0.op.set≥0.05×220V=11V。

由于在發電機發生定子接地故障時，發電機定子繞組各處以及與發電機定子繞組相連接的導體各處的零序電壓是相等的[6]。所以當發電機機端接地時，機端電壓互感器二次開口三角電壓為100V，此時，對應的發電機中性點變壓器二次電壓為220V。即就是，發電機中性點變壓器二次電壓是機端電壓互感器二次開口三角電壓的2.2倍，由此將原保護定值（100V額定電壓下的7V）折算至發電機中性點變壓器二次電壓時，對應的定值應為U0.op.set=7× 2.2=15.4V，該定值在11V和22V之間，可以繼續使用。即保持原保護定值對應的一次電壓值不變，二次值修改為15.4V即可。保護動作延時與主變高壓側相關保護配合，動作時間取2.8s。

五、實施過程的相關試驗和測量

1、保護定值校驗

實測保護動作值為15.43V～15.47V，動作時間2.85s～2.86s。

2、保護三次諧波濾過比校驗

將保護裝置定值改為1V，加入0.9V基波電壓和90V三次諧波電壓，裝置顯示僅有0.9V基波電壓，95%定子接地保護可靠不動作。三次諧波濾過比K＞90V∕1V=90。

3、改造完成后在不同工況下實測其不平衡電壓，均滿足要求。

機組啟動后并網之前，實測發電機中性點變壓器二次電壓為3.6V，其中基波電壓0.52V，三次諧波電壓1.82V；

機組帶負荷后測量發電機中性點變壓器二次電壓為6.45V。

六、結束語

本次改造目的在于消除基于基波零序電壓原理的發電機95%定子接地保護沒有電壓斷線閉鎖的缺陷，通過方案比較選擇，最終實施了轉移零序電壓采集位置的方法，避免了電壓回路斷線的問題，不但達到了消除原保護沒有電壓回路斷線閉鎖的缺陷的目標，同時簡化了保護二次接線，提高了保護運行的安全性和動作的可靠性，是一次成功的改造。

[1]王維檢，發電機變壓器繼電保護應用，第二版，中國電力出版社；

[2]高春如，大型發電機組繼電保護正定計算與運行技術指導手冊，中國電力出版社；

[3]GB／T 14285-2006繼電保護和安全自動裝置技術規程

[4]DL∕T 684-1999大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則

[5]DL-T671-1999微機發電機變壓器組保護裝置通用技術條件

[6]王維檢，大型發電機變壓器內部故障分析與繼電保護，中國電力出版社

[7]王維檢，大型機組繼電保護理論基礎，第二版，中國電力出版社

3T接線

由上圖可見，由于帶母線的變電站將先于兩旁的T接站到達使用年限。當舊變電站到期重建時，如果鏈路已基本改為電纜敷設，附近也沒有110上網電源，則可考慮把舊變電站改為T接，組建3T網絡。這樣將節省部分110千伏間隔以備它用。隨著網架的不斷完善，屆時220千伏變電站110千伏間隔緊缺將逐漸成為主要矛盾，可根據實際情況考慮部分條件成熟的πT鏈路改造成3T方式。

附注：

文中所有圖均省略了斷路器兩側的隔離開關

參考文獻：

[1]中國南方電網公司110千伏及以下配電網規劃指導原則，2009.

何昌皓，碩士研究生，中山供電局主任助理，從事電力系統規劃工作。