某電廠低頻注入式定子接地保護裝置調試應用

林卓

摘 要：20Hz低頻注入式定子接地保護可以反映發電機100%的定子繞組單相接地，且不受發電機特性、運行工況、故障位置的影響，同時還能實時監測發電機定子絕緣水平，可以較好地彌補95%基波定子接地保護的不足，因此越來越多的大型電廠廣泛應用20Hz注入式定子接地保護。

本文就某電廠20Hz低頻注入式接地保護的調試過程，簡要闡述了低頻接地保護的原理、邏輯、定值整定以及現場調試校驗方法，驗證了低頻注入式定子接地保護較其他接地保護的優越性。

關鍵詞：注入式;保護;接地

1 20Hz定子接地保護原理

我廠注入式定子接地保護采用南瑞繼保的外加電源注入式接地保護裝置RCS-985U，接線如下圖所示（圖1.1）。裝置從RCS-985U方波電源發生器發出方波，經過帶通濾波器輸出20Hz的工作電壓，注入中性點變壓器負載電阻Rn兩端（也可從機端TV開口三角二次側接入低頻電源），并通過耦合變壓器將20Hz低頻電壓耦合至發電機定子繞組上。Rn兩端的電壓，經過分壓器分壓出低頻電壓UG0，另外注入電壓經過回路電阻，通過中間變流器后得到低頻電流IG0。UG0、IG0分別輸入到發電機保護裝置RCS-985G，構成低頻注入式定子接地保護回路。

RCS-985U定子接地保護輔助電源裝置提供20Hz低頻外加電源，注入到發電機定子繞組側，最大不超過100V，中性點發生了接地故障時，負載電阻Rn上會產生20Hz低頻電流，發電機保護裝置RCS-985G利用設定的計算公式，計算出故障回路電阻，并與裝置定值進行比較，確定故障點的接地位置，方便查找故障以便及時消除。

裝置上電后，方波電源裝置將產生一個幅值約為25V的方波電壓。帯通濾波器將方波信號轉成為低頻正弦波信號，通過接地變二次側負載電阻耦合至一次側。下圖1.2為外加低頻電源接地保護等效電路圖，RB為帶通濾波器在低頻時的等效電阻，可以保護低頻信號發生器在機端接地時不受大電流的沖擊。低頻電壓通過分壓器產生Usef，低頻電流通過互感器產生Isef，這兩個量都將引入保護裝置RCS-985G。

通過外加注入的低頻電壓量Usef和電流量Isef計算出低頻復合阻抗，算出接地電阻的阻值，具有很高的靈敏度，同時可以有效消除定子對地電容的干擾。

2 20Hz定子接地保護邏輯

如下圖2.1，保護裝置配置有回路監視功能，用于檢查耦合饋入保護裝置的低頻電壓、電流信號，對于20Hz交流電壓電流信號ULF0 和ILF0，當電壓信號ULF0小于啟動值ULF0.SET或者電流信號ILF0小于啟動值ILF0.SET，則可以判斷為20Hz信號回路接線出現了問題，此時保護裝置閉鎖對接地電阻的計算并發出報警信號，防止誤動，但是對接地電流段仍然有效保護。

低頻保護包括一個報警段和一個跳閘段，這兩段均可設置時間。其中，接地電阻檢測與故障的接地點無關，可以反映100%定子繞組接地故障，可以用于報警和跳閘，高定值段用于報警，低定值段作用于延時跳閘;接地電流檢測靈敏度較高，能夠反映距機端80-90%的定子繞組接地故障，該檢測只配置跳閘功能。對于接地電阻檢測，在機組頻率嚴重偏離額定值時（起機或停機過程中），會產生零序電壓信號，引起測量誤差和保護誤動，因此此時需要閉鎖接地電阻檢測功能，而接地電流判據則不受此影響。

3 20Hz定子接地保護調試

3.1 測量通道模擬量檢查

（1）拆除Ugo，Igo外部接線，對應端子號為第二套保護211BN13/14和212BN36/37;

（2）合上發電機第二套保護裝置1GPA002AR控制電源;

（3）用繼保測試儀對Ugo、Igo內通道上加低頻電壓、電流信號：電壓1V、電流5mA;

（4）檢查裝置對應的零序電壓、零序電流、低頻電壓和低頻電流應與輸入信號相對應;

（5）在Ugo，Igo內通道上加工頻電壓、電流信號，電壓5V、電流100mA，檢查裝置中對應的零序電壓、零序電流應與輸入信號相對應，低頻電壓、低頻電流應接近為零;

（6）恢復接線、斷開裝置電源。

3.2 靜止狀態下的保護調試

3.2.1 相角校正試驗

發電機未運行狀態下，更改試驗接線，測量負載電阻兩端的負載電壓和電流。

（1）將正常試驗接線調整為相角校正試驗接線;

（2）拆掉中性點接地變端子箱1GSY003CR XT：7/8端子外部接線，將其短接并接至接地變二次側X1上;

（3）合上裝置1GPA002AR控制電源;

（4）讀取此時的相角，則相角補償定值c = +180deg，其中c的范圍是[0deg，90deg]∪[270deg，360deg];

（5）恢復接線、斷開裝置電源。

3.2.2 阻抗補償試驗

（1）模擬發電機中性點金屬性接地故障，用試驗線短接接地;

（2）閉合保護裝置電源，投入相應控制字;

（3）分別讀取測量電阻、電抗二次值，作為補償值，補償后的電阻值應接近于零;同時應注意讀取低頻電壓值，用于電壓回路監視定值的整定;

（4）斷開裝置電源，恢復控制字。

3.2.3 定子繞組單相接地模擬試驗

（1）模擬中性點對地經過電阻接地;

（2）閉合裝置1GPA002AR控制電源;

（3）投入保護控制字“測量電阻報警投入”和“測量電阻跳閘投入”;

（4）從裝置中讀取測量接地電阻的一次值，與實際電阻比較后，按下式調整折算系數：電阻折算系數KR.Factor = RE/RE.SEC，其中，RE為接地故障電阻的實際一次阻值，RE.SEC為保護裝置測量到的接地電阻的二次阻值。調整折算系數后，裝置測量一次值應與實際電阻阻值相對應。

（5）調節接地電阻阻值，使其達到報警定值5k歐姆，則經過設定延時1.5s后保護出口報警;繼續調節電阻值使其達到跳閘定值0.5k歐姆，則經過設定 延時0.5s后保護出口跳閘;

（6）斷開裝置電源、恢復控制字。

4 結束語

外加20Hz注入式定子接地保護運行狀況良好，與三次諧波原理相比，優勢明顯。保護裝置采用的是外部注入的20Hz低頻交流電壓，與發電機保護RCS配合，構成一套完整的外加電源定子接地保護，可以監測定子繞組的所有接地故障，且不受接地故障時產生的工頻零序電壓的影響;此外，20Hz外加電源保護裝置采用了以進口元器件為基礎的硬件基礎，由低頻電源和低頻濾波器、中間變流器、分壓電阻等構成，同時通過設置串并聯電阻補償，使測量結果更加精準，靈敏性也隨之提高，作為發電機接地保護三次諧波的補充保護，在各類大型發電廠中得到越來越廣泛的應用。

參考文獻

[1] 朱忠雷：《20Hz電壓注入式定子接地保護在田集電廠的應用研究》，《科技資訊》，2013年第4期，第146-148頁;

[2] 王秀霞：《20Hz電源注入式定子接地保護裝置原理及應用》，《東北電力技術》，2013年第1期，第44-46頁;

[3] 高磊;胥亞寧：《20Hz注入式定子接地保護在700MW水輪發電機組中的應用》，《現代電力》，2010年第1期，第35-39頁。