發電機定子接地保護動作原因分析

作者/譚偉盛，廣東粵電云河發電有限公司

發電機定子接地保護動作原因分析

作者/譚偉盛，廣東粵電云河發電有限公司

針對某電廠#2發電機機組啟動過程中“95%定子接地”保護動作的情況，對其動作原因進行了分析及查找，最終發現是由于中性點電壓互感器YH刀閘操作不到位，造成輔助接點接觸不良,引起其電壓漂移導致的。對中性點電壓互感器YH刀閘進行重新分合，并檢查確認其輔助接點接觸良好后，電壓漂移消失，最后機組成功并網。

定子接地保護；零序電壓；中性點YH；輔助接點

引言

發電機定子接地保護動作的原因有很多，有可能是發電機“真接地”引起，即發電機定子繞組的絕緣損壞了，主變低壓側繞組或者高廠變高壓側繞組內部發生單相接地，或者水冷發電機組內部有漏水、定子繞組回路的絕緣瓷瓶臟污或者受潮、小動物導致的相關回路接地短路等；也有可能是“假接地”引起，即發電機帶開口三角繞組的機端電壓互感器高壓側保險熔斷等。

而本文提到的發電機定子接地保護動作是由于“假接地”引起的。

1. 定子接地保護原理

某電廠#2發電機機保護裝置采用的是北京四方繼保自動化有限公司的CSG—300A數字式發電機變壓器組保護裝置。其發電機定子接地保護是由三次諧波電壓式和基波零序電壓式接地保護共同構成的100%定子接地保護。

基波零序電壓保護（95%定子接地）反應發電機機端電壓互感器開口三角的零序電壓或發電機中性點的零序電壓。而本保護采用的“開放量”是中性點側的零序電壓。因為如果采用機端PT的零序電壓作為保護判據，當機端電壓互感器的一次回路斷線時，有可能造成保護誤動。為了提高保護靈敏度，并消除三次諧波的影響，保護軟件采用了“零點濾波+全周波富氏”算法，并設有主變高壓側零序電壓閉鎖元件，以防止高壓側接地時保護誤動作。

由于該電廠的發電機保護“95%定子接地”保護判據取中性點YH零序電壓，其動作方程為：

式中，n0U為中性點側零序電壓，1SU為基波零序電壓保護定值。

三次諧波電壓式保護反應發電機機端和中性點的三次諧波電壓比值，軟件具有自調整式三次諧波電壓、三次諧波比突變量和三次諧波比3種方式，可以通過控制字進行選擇。

（1）自調整式三次諧波電壓保護的動作判據：

式中，pK是發電機正常運行時根據實測值計算得到的復數，使方程的左側量約等于零（即修正后的機端電壓約等于中性點三次諧波電壓），這樣就可以在發生接地故障時獲得最大的相對突變量。setU是制動量，其取值則只取決于計算誤差，可取很小，有利于識別故障。

（2）三次諧波電壓比突變量保護。該保護由控制字選擇投退，動作后作用于發信號，采用短時開放突變量元件的原則。保護的動作判據為：

式中，cct取3個工頻周期（在該時間內三次諧波電壓及其比值變化很小）。而發電機功率變化速度主要由機械慣性決定，所以發電機正常運行時，在cct計算時間間隔內，機端和中性點三次諧波電壓比值變化很小，方程左側的動作量近似等于零。1β為制動系數，只取決于計算誤差，其整定可以不受大電機結構和工況的影響，可以取很小。發生故障時，三次諧波電壓分布發生突變，很容易滿足動作判據。

（3）三次諧波電壓比保護的動作判據：

相量比突變保護采用短時開放原則，連續計算三次滿足判據才能出口，否則退出突變量式保護，改由穩態相量比保護進行故障判斷。為有效消除基波的影響，三次諧波的計算也采用了“零點濾波+全周波富氏”算法。

2. 動作情況簡介

2015年05月16日09:50，某電廠接中調令#2發電機可以進行并網操作，運行人員持操作票操作，當發電機機端電壓升至額定時，集控室“定子接地保護動作”光字牌亮。檢查#2發電機保護裝置發現A、B柜“95%定子接地”保護動作。暫停操作，10:02發電機滅磁開關FMK、勵磁調節器AK、BK開關跳閘，交由檢修人員檢查系統。

3. 檢查與分析

#2發電機保護動作后，該電廠馬上安排電氣檢修人員和運行當班人員進行故障排查。首先詳細檢查了發電機的本體，沒有發現異常。接著對發電機出口開關、機端及中性點電壓互感器、主變、高廠變和勵磁變等一次設備的外部進行檢查，無異常；用紅外成像測溫儀測量發電機定子線圈的溫度以及線圈的水溫也未發現異常；測量發電機出口1PT、2PT、3PT各相絕緣、發電機定子繞組對地絕緣正常。

#2發電機保護“95%定子接地”保護判據取中性點YH零序電壓，查看機組故障錄波器保護動作時的錄波波形（見圖1），保護動作時發電機中性點YH的零序電壓為10.087V，大于定子接地保護定值（發電機定子接地保護定值：6V，4.0s），經4s延時后滿足保護動作條件,因此，保護動作行為正確。進一步分析波形，發現當時機端3YH開口三角3U0電壓接近0V，可以判斷不是一次定子接地。因此，轉到就地檢查中性點YH刀閘情況，發現中性點電壓互感器YH刀閘操作不到位，且用萬用表測量發現，該刀閘輔助接點接觸電阻較大。由此分析，是YH刀閘操作不到位，導致輔助接點接觸不良而引起中性點零序電壓漂移至6V以上。運行人員對中性點YH刀閘重新分合，并檢查確認其輔助接點接觸良好后，對#2發電機重新零起升壓，在故障錄波裝置查看YH電壓正常，機端3YH開口三角3U0電壓為0V，其余各項參數正常，最后成功重新并網。

4. 結語

通過對#2發電機的一次設備檢查，查看分析接地保護動作時的故障錄波器波形，找出了了中性點YH刀閘操作不到位引起其輔助接點接觸不良，是導致這次#2發電機定子接地保護動作的原因。

圖1 #2發電機定子接地保護動作時故障錄波器波形

此次事件證明，要提高發電機定子接地保護的動作可靠性，交流輸入回路不應該裝設保險，也不應串接YH刀閘的輔助接點。因為如果保險熔斷或者刀閘輔助接點接觸不良而使機端或中性點零序電壓測量不準，有可能導致發電機定子接地保護拒動或誤動。為此，應要求機端YH三次輸出回路及中性點YH二次輸出回路不允許裝設保險，也不允許串接隔離刀閘的輔助接點或其他接點。另外，在中性點YH的一次回路中，也不應裝設保險。

＊ [1]楊軍霞.發電機定子接地保護動作原因分析及處理[J].現代制造，2012（33）：30—31.

＊ [2]北京四方繼保自動化股份有限公司.CSG—300數字式發電機變壓器組保護裝置技術說明書[M].北京：北京四方繼保自動化股份有限公司，2001.