發(fā)電機(jī)出口PT高壓熔斷器與發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的配合校驗(yàn)

【摘要】通過(guò)發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)接地方式進(jìn)行分析，對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器選型進(jìn)行計(jì)算，指出發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器的參數(shù)選擇與發(fā)電機(jī)定子一點(diǎn)接地保護(hù)相配合。在發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣電氣強(qiáng)度有較高安全系數(shù)的情況下，根據(jù)接地電阻所確定的故障電流大小，確定發(fā)電出口PT發(fā)生單相接地是否能引起接地保護(hù)動(dòng)作。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī)；中性點(diǎn)；接地變壓器；一點(diǎn)定子接地保護(hù)；熔斷器

隨著發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的不斷增大，發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地電容不斷增加，相應(yīng)的單相接地電流不斷增加，發(fā)電機(jī)一旦發(fā)生單相接地故障，接地電流經(jīng)故障點(diǎn)、三相對(duì)地電容、三相定子繞組而構(gòu)成通路。當(dāng)接地電流較大時(shí)，能在故障點(diǎn)引起電弧，造成定子繞組和定子鐵芯燒傷，甚至擴(kuò)大為相間或匝間短路。定子繞組單相接地保護(hù)在預(yù)防內(nèi)部故障的發(fā)生中起重要作用，該保護(hù)的可靠與靈敏動(dòng)作可大大降低發(fā)展成更為嚴(yán)重的內(nèi)部短路故障的幾率，減小發(fā)展成為對(duì)定子損傷更嚴(yán)重故障的可能。

1、發(fā)電機(jī)定子單相接地電流電壓值

假設(shè)故障點(diǎn)位于定子繞組A相距中性點(diǎn)α處，α為中性點(diǎn)到故障點(diǎn)的匝數(shù)占一相串聯(lián)的總匝數(shù)的百分比，由于接地電流非常小，定子繞組感抗又遠(yuǎn)小于對(duì)地容抗，可完全忽略定子繞組感抗壓降，這樣定子繞組任意一相和任意一點(diǎn)的零序電壓，即故障點(diǎn)的零序電壓：；故障點(diǎn)的零序電流：；——故障點(diǎn)零序電壓，——故障點(diǎn)的零序電流。可見，發(fā)電機(jī)的零序電壓和零序電流均與α成正比，當(dāng)α≈1即發(fā)電機(jī)線附近此時(shí)零序電壓和零序電流最大。

2、發(fā)電機(jī)機(jī)端附近定子接地電流計(jì)算

某百萬(wàn)機(jī)工程發(fā)電機(jī)經(jīng)接地變壓器接地，升壓站為雙母線設(shè)置，經(jīng)220kV線路送出。 發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，接地故障電流的大小主要取決于定子繞組每相對(duì)地電容值的大小及接地點(diǎn)的位置。對(duì)該工程發(fā)電機(jī)繞組一點(diǎn)接地故障電流進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過(guò)程如下：

發(fā)電機(jī)定子繞組單相對(duì)地電容值；發(fā)電機(jī)出口至升壓主變低壓繞組間每相對(duì)地等值電容；勵(lì)磁變每相對(duì)地等值電容；發(fā)變組回路的總電容為以上各項(xiàng)電容累加電容值： ；從發(fā)電機(jī)端看入的每相對(duì)地等值容抗： ； 從發(fā)電機(jī)星形中性點(diǎn)看入的對(duì)地容抗： ；發(fā)電機(jī)端發(fā)生定子繞組一點(diǎn)接地故障時(shí)的故障電流值為（取發(fā)電機(jī)額定電壓為=27kV）： =3.85A

機(jī)端發(fā)生定子繞組一點(diǎn)接地故障時(shí)的故障電流已超過(guò)規(guī)程規(guī)定的允許值，因而須按照 ANSI/IEEE C37.101“發(fā)電機(jī)接地保護(hù)導(dǎo)則”的要求在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)與地之間接入接地變壓器或消弧線圈，本工程采用接地變壓器。根據(jù)理論分析計(jì)算，當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地電阻值等于或近似于從發(fā)電星形中性點(diǎn)看入的對(duì)地容抗值時(shí)，限制定子一點(diǎn)接地故障時(shí)的定子繞組弧光暫態(tài)過(guò)電壓和接地電流的綜合性能較好。因此接地變壓器一次側(cè)電阻值為： ，此時(shí)發(fā)電機(jī)機(jī)端定子一點(diǎn)接地電流為：

IEEE相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正是引用了該結(jié)果。

3、發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)整定

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)接地變壓器接地，當(dāng)定子繞組發(fā)生單相接地時(shí)基波零序等效電路圖如下；

考慮發(fā)電機(jī)發(fā)生機(jī)端接地故障時(shí)，根據(jù)規(guī)程規(guī)定的接地故障電流值，通過(guò)圖1-1等效電路圖計(jì)算接地過(guò)渡電阻值，以這個(gè)電阻值作為接地電阻報(bào)警值和跳閘值的整定依據(jù)。根據(jù)最終計(jì)算的整定值低電阻跳閘段時(shí)間為0.3～0.5S。

接地零序電流反應(yīng)的是流過(guò)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)連線上的接地工頻零序電流，它的動(dòng)作電流整定值為： ；——發(fā)電機(jī)機(jī)端單相金屬性接地時(shí)負(fù)載電阻上的工頻零序電流/A；——可靠系數(shù)，一般取1.1。

零序電流動(dòng)作時(shí)間整定值0.3S，動(dòng)作于跳閘停機(jī)動(dòng)作時(shí)間整定值，動(dòng)作于跳閘停機(jī)。根據(jù)規(guī)程要求熔斷器的I-t特性應(yīng)與發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)特性相配合，以保證在電壓互感器回路發(fā)生單相金屬性接地短路時(shí)熔斷器先熔斷。

4、結(jié)論

根據(jù)發(fā)電機(jī)回路設(shè)備參數(shù)建立發(fā)電機(jī)主回路圖及等效圖，發(fā)變組回路容性阻抗及電流值進(jìn)行計(jì)算，國(guó)內(nèi)一般采用火電機(jī)組高阻接地，當(dāng)接地電流過(guò)大時(shí)，需要跳閘停機(jī)。因此為避免發(fā)變組保護(hù)一點(diǎn)定子接地保護(hù)因PT一次側(cè)熔斷器熔斷而導(dǎo)致電廠停機(jī)，需要中性點(diǎn)接地變一次側(cè)發(fā)電機(jī)容性電流和故障電流進(jìn)行分析計(jì)算，選擇合適的發(fā)電機(jī)出口熔斷器是必要的。