發電機自產縱向零序電壓匝間保護

孫改改

摘 要：大型機組發電機電氣量保護都按照雙重化配置原則，由于發電機機端只有一組匝間專用PT，兩套保護均取自匝間專用PT的開口三角，一旦該PT出現異常，兩套定子匝間保護均會受到影響。目前，國內已多次發生定子匝間故障，并且某些機組由于未配置定子匝間保護，無法快速切除匝間故障，最終轉化成相間短路故障，造成了巨大的經濟損失。本文研究了一種既不依賴于匝間專用PT，同時又能達到縱向零序電壓匝間保護性能的新原理。雙套配置的定子匝間保護方案為：一套縱向零序電壓匝間保護原理，另一套采用不依賴于專用PT的匝間保護新原理，實現兩套保護輸入通道的完全獨立，提高發電機的安全性及可靠性。

關鍵詞：發電機;縱向零序電壓;匝間保護

中圖分類號：TM31文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）16-0115-03

Abstract： The electric quantity protection of large-scale generator is based on the principle of double configuration. As there is only one group of PT dedicated to turn-to-turn， both sets of protection are taken from the open triangle of PT dedicated to turn-to-turn， two sets of stator turn-to-turn protection are affected. At present， there have been many stator turn-to-turn faults in our country， and some units can not cut off the turn-to-turn faults quickly because they are not equipped with stator turn-to-turn protection， which finally turns into inter-phase short circuit fault. In this paper， a new principle was studied， which not only does not depend on the inter turn special Pt， but also can achieve the performance of longitudinal zero sequence voltage inter turn protection. The two sets of stator turn to turn protection scheme are as follows： one set of longitudinal zero sequence voltage turn to turn protection principle， the other set adopts the new turn to turn protection principle which does not depend on the special PT to realize the complete independence of the two sets of protection input channels and improve the safety and reliability of the generator.

Keywords： generator;longitudinal zero sequence voltage; turn-to-turn protection

大型機組發電機電氣量保護都按照雙重化配置原則，由于發電機機端只有一組匝間專用PT，2套保護均取自匝間專用PT的開口三角，一旦該PT出現異常，2套定子匝間保護均會受到影響，因此，不符合雙重化保護輸入通道相互獨立的要求。為了解決現有發電機定子匝間保護方案存在的上述問題，本文研究了一種既不依賴于匝間專用PT，同時又能達到縱向零序電壓匝間保護性能的新原理。

1 國內發電機匝間保護現狀

現代大型發電機的定子繞組，由于在定子同一槽的上、下層線棒會出現同相不同匝數的定子線棒，因而會發生發電機定子繞組的匝間短路故障，為此大型發電機要安裝匝間保護。匝間保護通常有以下幾種方式。第一，橫差保護。當定子繞組出現并聯分支且發電機中性點側有6個引出頭時采用。橫差保護接線簡單、動作可靠、靈敏度高。第二，零序電壓原理的匝間保護，采用專門電壓互感器測量發電機3個相電壓不對稱而生成的零序電壓，該保護由于采用了三次諧波制動，故大大提高了保護的靈敏度與可靠性。第三，負序功率方向匝間保護。利用負序功率方向判斷是發電機內部不對稱還是系統不對稱故障，保護的靈敏度很高。近年來的運行表明，該保護在區外故障時發生誤動必須增加動作延時，故限制了它的使用[1-5]。由于定子繞組中性點引出方式比較單一，無法配置不完全縱差動保護、裂相橫差保護、單元件橫差保護等高靈敏定子匝間故障保護，一般配置縱向零序電壓匝間保護。該保護取機端匝間專用PT（PT的中性點與發電機中性點直接相連且不接地，如圖1所示）開口三角零序電壓作為動作量。

大型機組發電機電氣量保護都按照雙重化配置原則，由于發電機機端只有一組匝間專用PT，2套保護均取自匝間專用PT的開口三角，一旦該PT出現異常，2套定子匝間保護均會受到影響，因此，不符合雙重化保護輸入通道相互獨立的要求。

此外，某些大型機組從國外進口，國外廠家承諾該類型機組從結構上不會發生定子匝間短路故障，并且發電機已經配置了無死區的100%定子接地保護，因此，一般未配置定子匝間保護專用PT和定子匝間保護功能。實際上，發電機定子匝間故障除了匝間短路外，還包括定子繞組分支開焊故障，并且定子繞組中性點附近的單相接地故障主要靠三次諧波電壓型定子接地保護去反映，一般動作于信號，對快速切除定子匝間故障無能為力，所以，某些大型機組沒有定子匝間保護，存在一定的安全隱患。

對于機端沒有匝間專用PT的發電機，可以應用負序功率方向匝間保護原理，負序功率計算的電壓取自發電機機端PT，電流可以采用機端電流或中性點電流。但該原理存在以下不足：發電機并網前，由于沒有電流，無法計算功率，因此該階段不能反映定子匝間故障。

目前，國內已多次發生定子匝間故障，并且某些機組由于未配置定子匝間保護，無法快速切除匝間故障，最終轉化成相間短路故障，從而造成了巨大的損失。

2 自產縱向零序電壓匝間保護理論的基礎

另外，需考慮采取防止TV一次、二次斷線導致自產縱向零序電壓保護誤動的措施。

4 自產縱向零序電壓匝間保護保護實現方案

本方案需要單獨開發自產縱向零序電壓匝間保護裝置1臺，使用標準4U機箱。可單獨組屏，也可以與發變組保護裝置A套（或B套，視屏柜內部空間情況）共組于一面屏柜。若采用單獨組屏方案，組屏示意圖如圖3所示。保護裝置需要引入的電氣量包括：發電機機端零序電壓、中性點零序電壓、發電機機端三相電流、發電機機端三相電壓。如果一次PT和CT有單獨的繞組可供選擇，則使用單獨的二次回路;否則，可以與發電組保護共用電壓和電流。另外，需要引入發電機機端斷路器位置，以確定發電機的并網狀態。

保護可以作用于報警或跳閘，可整定選擇。

5 自產縱向零序電壓匝間保護保護實現意義

第一，對已安裝匝間專用PT的機組，實現了雙套不同原理的匝間保護配置，克服了以往雙套定子匝間保護取自同一組PT的不足，提高了定子匝間保護的可靠性。

第二，對未安裝匝間專用PT的機組，可實現匝間保護功能配置。

第三，完善了發電機匝間保護功能配置，促進了機組保護領域的技術進步。

第四，本保護方案同樣可適用于火電機組、核電機組和燃氣輪發電機組，有廣闊的應用前景，能產生可觀的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS-985系列發電機變壓器組成套保護裝置技術使用說明書[EB/OL].（2015-03-05）[2020-04-10]. http：//www.doc88.com/p-8139297459126.html.

[2]高春如.大型發電機組繼電保護整定計算與運行技術[M].北京：中國電力出版社，2007.

[3]楊曉敏，王艷麗，王雙文.電力系統繼電保護原理與應用[M].北京：中國電力出版社，2006.

[4]國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護實用技術問答[M].2版.北京：中國電力出版社，2000.

[5]高春如.大型發電機組繼電保護整定計算與運行技術[M].北京：中國電力出版社，2005.