20Hz注入式定子接地保护在700MW水电机组的应用

第4期

0引言

定子单相接地是发电机的常见故障,如果不及时处理就可能发展为更严重的相间或者匝间短路，同时铁芯被电弧严重烧伤。20Hz 注入式定子接地保护可以单独实现定子100%绕组的保护,可以监测定子绝缘水平的下降,因而越来越多地应用于大型发电机保护。拉西瓦水电站机组经配电变压器高阻接地，且对地电容大；由于大机组的接地电流大，定子接地后很容易损伤定子绕组绝缘，进而引发匝间或相间短路，所以除了采用传统的双频式（3U 0+3ω）（3U 0原理有死区，3ω原理受设备参数和运行方式影响大，判据稳定性不够）外，还应该采用注入低频电源式定子接地保护技术，通过检测对地的泄漏电流来实现100％的保护范围，不受机组运行状况的影响，并可监视定子绕组的绝缘老化。但在其实现上也有相应的技术难点：对地泄漏电流中可能出现很大的基波分量和迭加电源内阻的影响，在实现高灵敏度的原理上会受到很大的限制；拉西瓦水轮机组定子绕组对地电容大，实现高灵敏度接地保护，常规方法实现较困难。所以在实际中考虑采用新的自适应式保护方案，拓宽了20Hz 电源注入式保护方案的灵活性，提高了发电机的安全运行。

1拉西瓦机组双频式定子一点接地保护

基波零序电压和3次谐波电压判据构成了常规

的100％定子接地保护。基波零序电压保护为了防止区外发生故障时误动，延时整定一般较长，在发电机发生故障时曾发生烧坏定子现象，因此，采用主变压器高压侧零序电压闭锁的原理，基波零序电压保护延时可以大为缩短。

拉西瓦定子绕组形式为每相7分支，机组经配电变压器高阻接地（如图1），发变组双重化微机保护装置采用DGT-801A （南京自动化公司），其中A 套装置定子一点接地保护采用西门子公司7UM62保护装置，B 套装置采用南自公司的双频式（3U 0+3

ω）定子一点接地保护。

图1发电机中性点接至配电变压器接地方式

20Hz 注入式定子接地保护在700MW 水电机组的应用

高磊1，胥亚宁2

（1，中国电力投资集团黄河电力检修工程有限公司，青海西宁810016；

2，云南金安桥水电站运营筹备处，云南丽江674100）

摘要：青海拉西瓦水电站作为“西电东送”北通道的骨干电源点，对西北电网750kV 网架起重要的支撑作用，是实

现西北水火电“打捆”送往华北电网的战略性工程。电站采用750kV 一级电压接入系统，出线二回，电气主接线方式为发电机与主变压器之间采用联合单元接线，750kV 侧采用3/2断路器接线。介绍了拉西瓦水电站发电机定子接地

保护与国内常用的利用发电机本身固有的工频和三次谐波方法的不同之处。同时介绍了西门子公司7U

M 62（发电机保护装置）、7X T33（20H z 发生器）、7X T34（20H z 带通滤波器）的工作原理和调试注意事项，以及整套装置在拉西瓦水电站700M W 发电机主保护中的应用与注意事项。关键词：750kV ；20H z 注入式；100%定子接地；保护装置

中图分类号：

TM 774文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2009）04-0029-05

收稿日期：2009-04-21

作者简介：高磊（1979-），男，助理工程师，从事继电保护运行与维护工作。

第32卷第4期

水电站机电技术

Vol.32No.42009年8月

M echanical &Electrical Technique of Hydropower Station

Aug.2009

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水电站机电技术第32卷

1.1基波零序电压式

保护接入3U0电压，取自发电机端TV开口三角绕组两端，该专用PT采用全绝缘PT，为确保TV 断线时保护不动作，需引入TV断线闭锁（如图2），3 U0设两段定值，I段为次灵敏段：动作值必须躲过任何外部故障时可能出现的基波不平衡量，保护瞬时出口；II段为灵敏段：动作值可靠躲过正常运行时出现的最大基波不平衡量，并利用“零序”电压中三次谐波不平衡量的变化来进行制动。

图23U0定子接地保护示意图

1.2三次谐波电压式

3ω定子接地保护反应发电机机端和中性点侧三次谐波电压大小和相位，保护具有较高的基波分量滤除功能，使灵敏度很高，机端三次谐波电压取自发电机机端PT的开口三角形绕组（如图3），反映中性点向内20%左右定子绕组或机端附近定子绕组单相接地故障。在DGT-801A装置中，拉西瓦采用的是矢量比较式接地保护。需要注意的是：幅值及相位系数K1、K2的整定，应在发电机空载额定电压下进行自整定；制动系数K3的整定有两种方法:在发电机小负荷工况下，设置一接地电阻，使3ω保护刚刚动作后，确定并写入K3值；在发电机空载额定电

图33ω定子接地保护示意图压下，操作界面键盘，输入K3。

2拉西瓦机组20Hz注入式定子一点接地保护

在发电机中性点处注入一个20Hz电压检测接地故障已被证实是一个安全而且可靠的方法。与三次谐波判据相反，它独立于发电机特性和运行方式，即使在系统停顿期间，测量过程仍然可以进行。外加电源低频注入式定子接地保护采用20Hz电源注入的方式，对于发电机静止、启停机和并网运行各种工况下都能够起到保护作用。这个保护功能是为了检测整个发电机（真正的100%）和所有电气连接设备的接地故障而设计的。

保护装置测量已注入的20Hz电压以及流过的20Hz电流，应用到如拉西瓦水电站这样的大接地电容值的大型水轮机保护。保护有一个报警、跳闸段。测量回路始终被保护装置所监视，20Hz发生器的故障也能被测量出来。

2.120Hz定子一点接地保护原理

图4即为低频注入式的基本保护原理。从发电机中性点侧注入一个外部的低频（20Hz）交流电压源，其幅值最大约为发电机额定电压的1%（拉西瓦发电机额定电压为18kV）。如果发电机中性点发生了接地故障，20Hz交流电压信号通过接地电阻将产生电流（如图4）。保护装置将测量回路的驱动电压和故障电流，从而可以计算出回路的电阻。这种原理同时也可探测发电机机端的接地故障，包括发电机机端连接的其他设备，如电压互感器等。

图4发电机中性点注入电压的原理

要实现上述思路，就需要相应的外部附加设备，于是7XT33（20Hz发生器）和7XT34（20Hz带通滤波器）就被引进来，7XT33装置产生一个方波电压，幅值约为25V。通过7XT34装置，方波信号注入到中性点接地变压器的二次侧负载电阻。

带通滤波器30

第4期高磊，等：20Hz注入式定子接地保护在700M W水电机组的应用

的作用是将方波信号转成为正旋波信号，同时储存电能。带通滤波器在20Hz时的等效电阻约为8Ω，同时它也有保护的功能。在发电机机端发生接地故障时，负载电阻承担了全部的零序电压，带通滤波器本身较高的串联电阻有效保护了20Hz信号发生器不受过大的反馈电流的冲击，从而保护了硬件。20Hz电压驱动信号通过一个分压器直接取自负载电阻。另外，流过的20Hz交流电流信号通过小型CT来测量，这两个测量量（USEF和ISEF）都将引入发电机保护装置7UM62。由此可以看出：注入到发电机中性点的电压值取决于20Hz电压驱动信号以及中性点接地变压器的变比（见图5）。

图5拉西瓦发电机20Hz保护原理图

7UM62—发电机20Hz定子接地保护装置；

7XT33—20Hz发生器；

7XT34—20Hz带通滤波器；

4NC5—小型电流互感器，400/5；

RL—接地负荷电阻

等效电路如下（见图6）

图6发电机20Hz保护等效电路

RB—20Hz电源滤波器的内阻；

RE—发电机定子对地绝缘电阻（二次值）；

CE—发电机定子对地电容（二次值）；

分压器—5/2(1650Ω/660Ω)

通过上图中得到的两个测量值USEF和ISEF，来计算20Hz低频交流信号回路的电压和电流矢量。通过这两个矢量信号计算出复合阻抗，从而可以得出接地电阻的欧姆阻值。这种方法有效地消除了定子对地电容的干扰，因此具有很高的灵敏度。可以取几个周波内的电压和电流平均值计算接地电阻，从而进一步提高了测量精度。在原理上，保护装置已经考虑了传变电阻RPS，他们可能存在于中性点变压器或电压互感器。另外，应该把其它的误差因素都考虑到角度误差中。

水电厂的水轮发电机一般采用电制动方式停机。为了防止在制动停机期间，定子接地保护的误测量和误动，因此，7UM62保护装置应接入制动开关的辅助常开接点。当该接点闭合式，应闭锁20Hz定子保护功能。而拉西瓦发电机为机械制动方式停机，无需接入，BI接入20Hz故障接点。

除了计算接地电阻，保护装置还通过评估接地电流的有效值而提供一个接地电流保护段，可以考虑到所有的频率元件。这可以用到后备保护段，可以覆盖约80%到90%的保护范围。

回路监视功能用来检查耦合馈入的20Hz电压信号和20Hz电流信号，通过对这些信号的评估来判断发生在20Hz低频交流电压信号发生器或者20Hz信号回路接线的任何故障。一旦发现任何故障，保护装置将闭锁对接地电阻的计算，但是接地电流段仍然有效。

保护功能包括一个告警段和一个跳闸段，这两端都可以设置延时。接地电流检测功能只配置跳闸段。评估接地电阻测量值的过程会在10Hz~40Hz 这一频率范围内被闭锁，这是考虑到在这个频率范围内，当发电机启动或减速时会产生零序电压信号，这个零序电压信号是会被强行加入到20Hz电压信号上，这将引起测量误差和保护不正确动作。接地电阻的测量功能在低于10Hz（如：机组处于静止状态）或者高于40Hz的范围内运行，而接地电流测量功能在全频率范围内都将正常运行。

对于电压和电流这两个监视门槛值，如果20 Hz电压信号降低到小于启动值而20Hz电流信号并没有升高时，就可以判断20Hz

信号回路接线出

31

水电站机电技术第32卷

现了问题。

拉西瓦电站设置了出口断路器，为了减少发电机出口断路器断开后零序电压带来的影响，则将厂高变等负载设备连接到单元变压器的低压侧，20Hz 电压信号通过发电机中性点变压器连接到发电机定子回路。在发电机出口断路器合上后，保护装置将可以测量到单元变压器侧的负载电阻，而这个负载电阻会被误认为是接地电阻，在装置参数整定项目中，此项定值为∞，即假定没有附加的负载电阻。

2.2有关整定计算

相关参数：中性点配电变压变比18

3

姨

/0.63kV；地电阻为1.00Ω；电流互感器变比400/5。

(1)接地电阻变比系数计算：

R SEF=

(2)20Hz电压/电流情况分析：

根据接线情况，20Hz接地系统施加在接地电阻上的电压为：

U RI=

式中：1Ω——

—接地电阻的阻值；

8Ω——

—20Hz带通滤波器的内阻.

从计算公式看出，连接电缆的电阻越小越好。

正常情况下,7UM62测量流过接地电阻的20Hz 电流为：

I R.20

确定20Hz接地检测系统的报警指标：

电压门槛值，按小于正常运行的50%-70%参数进行判断。即：

U20.m in=

电流监视门槛值，是以20Hz电压施加后在经由发电机定子电容，主变低压侧线圈对地电容所形成的对地通路上的对地电流，即：

电机变压器对地容抗为：

其中：C G——

—发电机对地电容；

C T——

—主变低压侧线圈对地电容

二次侧对地容抗为：

注入的20Hz电容电流为：

则监视电流为：

根据三峡电站经验，该值取：

(3)动作值计算：

定子绝缘电阻的情况根据需要整定，推荐两段绝缘电阻为：4.0kΩ、1.0kΩ：

通过接地电阻变比系数折算后：

4000Ω/8.5=470.6Ω

1000Ω/8.5=117.6Ω

动作时间分别整定为10.0s和0.3s

接地电流后备跳闸段：应选择满足该段覆盖定子绕组的90%的区域（与90%定子接地保护相同）。因此，采用下面的计算：

I.SEF

R lo ad——

—中性点接地变压器接地电阻；

K1C——

—中性点接地变压器CT变比

2.3调试过程中应注意的几点

在发电机处于停机状态时对100%定子接地故障保护功能进行检查，有个前提条件是20Hz信号发生器7XT33必须连接到外部交流工作电源。将100%定子接地故障保护功能切换到闭锁保护出口跳闸。

(1)测试前需确保接线与接线原理图一致。

(2)在无故障的情况下（R E为无穷大），测量到的电流应该等于电容电流，并且由于发电机定子对地电容的存在，相角ΦS EF应该为-90°。如果为+，应该调整电流输入的极性，同时设置一个值将这个角度补偿至-90°，这个值应为-90°-ΦS EF。

(3)在20Hz信号发生器运行中如果发出“外部设备故障”信号，那么此时就应该降低外部回路监视功能的启动门槛值，之所以出现这种现象，一般都是

32

第4期

因为负载电阻太小所致。

(4)在定值表中只能输入接地电阻的二次值，在将接地电阻的二次值变换成一次值时，如果发现理论上的变换系数不正确，那么必须调整变换参数，使之能够匹配测量结果。

(5)在停机状态下测试带通滤波器7XT34时，将中性点变压器的二次侧绕组短接起来，然后接通20 Hz信号发生器的工作电源。从保护装置的运行测量值中读出接地电流值，将它乘以小型电流互感器的变比（拉西瓦为400A/5A），流过的电流一定超过3 A。如果这个电流值明显偏小，那么说明带通滤波器的谐振频率发生了变化，增加或是去掉电容器，可能会使之匹配的更好。

(6)在发电机处于静止状态时，从外部注入的20Hz偏置电压仍然可能在定子绕组中产生危险的高电压，幅值达受保护发电机的额定电压1%到3%。所以要对处于静止的发电机进行检查维修时，必须要断开定子绕组的外部20Hz偏置电压。

(7)需要在中性点侧并联加入一个测试电阻，分别调整阻值于报警段、跳闸段、返回段定值，分别记录下各段测试数据。

3实际工作中须注意的问题

(1)拉西瓦水电站采用了两种独立原理的定子接地保护，两种原理都要采用频率跟踪技术进行控制。在发电机运行于10Hz到40Hz过程中时，在发电机侧可以反应出频率接近20Hz的开口电压信号。两个电压信号，一个来自于发电机，另一个来自于20Hz信号发生器，相互叠加在一起产生类似于振荡的电压信号，从而导致20Hz低频交流电压注入式的定子接地保护误动作。因此，必须在保护装置内部暂时闭锁20Hz低频交流电压注入式的定子接地保护；

(2)外加20Hz电源装置的可靠性是外加电源型定子一点接地保护能否正确动作的前提，因此保护装置必须能够检测出外加20Hz电源及其引线故障，以防止不必要的误动作；

(3)在定期检验中，当发现装置检测到的接地电阻偏差较大时，可通过调整定值组中的接地电流修正角度和传变电阻，使接地电阻测量值误差最小。

4结束语

西门子的20Hz电压注入式100%定子接地保护是被证明的很好的接地保护方案，并已经有超过20年的运行经验，与三次谐波原理相比，它具有突出的优势。保护功能采用外部注入20Hz低频交流电源的方法，与发生接地故障时产生的工频零序电压无关，可以探测包括发电机中性点在内的定子绕组的全部接地故障。作为黄河流域装机最大、发电量最多、单位kW造价最低的拉西瓦水电站，随着新机组的并网发电，设备各保护装置的可靠性、速动性、选择性和灵敏性也将经受考验。

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高磊，等：20Hz注入式定子接地保护在700M W水电机组的应用33

20Hz注入式定子接地保护在700MW水电机组的应用

第4期 0引言 定子单相接地是发电机的常见故障,如果不及时处理就可能发展为更严重的相间或者匝间短路，同时铁芯被电弧严重烧伤。20Hz 注入式定子接地保护可以单独实现定子100%绕组的保护,可以监测定子绝缘水平的下降,因而越来越多地应用于大型发电机保护。拉西瓦水电站机组经配电变压器高阻接地，且对地电容大；由于大机组的接地电流大，定子接地后很容易损伤定子绕组绝缘，进而引发匝间或相间短路，所以除了采用传统的双频式（3U 0+3ω）（3U 0原理有死区，3ω原理受设备参数和运行方式影响大，判据稳定性不够）外，还应该采用注入低频电源式定子接地保护技术，通过检测对地的泄漏电流来实现100％的保护范围，不受机组运行状况的影响，并可监视定子绕组的绝缘老化。但在其实现上也有相应的技术难点：对地泄漏电流中可能出现很大的基波分量和迭加电源内阻的影响，在实现高灵敏度的原理上会受到很大的限制；拉西瓦水轮机组定子绕组对地电容大，实现高灵敏度接地保护，常规方法实现较困难。所以在实际中考虑采用新的自适应式保护方案，拓宽了20Hz 电源注入式保护方案的灵活性，提高了发电机的安全运行。 1拉西瓦机组双频式定子一点接地保护 基波零序电压和3次谐波电压判据构成了常规 的100％定子接地保护。基波零序电压保护为了防止区外发生故障时误动，延时整定一般较长，在发电机发生故障时曾发生烧坏定子现象，因此，采用主变压器高压侧零序电压闭锁的原理，基波零序电压保护延时可以大为缩短。 拉西瓦定子绕组形式为每相7分支，机组经配电变压器高阻接地（如图1），发变组双重化微机保护装置采用DGT-801A （南京自动化公司），其中A 套装置定子一点接地保护采用西门子公司7UM62保护装置，B 套装置采用南自公司的双频式（3U 0+3 ω）定子一点接地保护。 图1发电机中性点接至配电变压器接地方式 20Hz 注入式定子接地保护在700MW 水电机组的应用 高磊1，胥亚宁2 （1，中国电力投资集团黄河电力检修工程有限公司，青海西宁810016； 2，云南金安桥水电站运营筹备处，云南丽江674100） 摘要：青海拉西瓦水电站作为“西电东送”北通道的骨干电源点，对西北电网750kV 网架起重要的支撑作用，是实 现西北水火电“打捆”送往华北电网的战略性工程。电站采用750kV 一级电压接入系统，出线二回，电气主接线方式为发电机与主变压器之间采用联合单元接线，750kV 侧采用3/2断路器接线。介绍了拉西瓦水电站发电机定子接地 保护与国内常用的利用发电机本身固有的工频和三次谐波方法的不同之处。同时介绍了西门子公司7U M 62（发电机保护装置）、7X T33（20H z 发生器）、7X T34（20H z 带通滤波器）的工作原理和调试注意事项，以及整套装置在拉西瓦水电站700M W 发电机主保护中的应用与注意事项。关键词：750kV ；20H z 注入式；100%定子接地；保护装置 中图分类号： TM 774文献标识码：B 文章编号：1672-5387（2009）04-0029-05 收稿日期：2009-04-21 作者简介：高磊（1979-），男，助理工程师，从事继电保护运行与维护工作。 第32卷第4期 水电站机电技术 Vol.32No.42009年8月 M echanical &Electrical Technique of Hydropower Station Aug.2009 29

发电机定子绕组单相接地保护的原理与存在的问题及改进分析

发电机定子绕组单相接地保护的原理与存在的问题及改进分析 1 引言 发电机定子接地是指发电机定子绕组回路及与定子绕组回路直接相连的一次系统发生的单相接地短路。定子接按接地时间长短可分为瞬时接地、断续接地和永久接地；按接地范围可分为内部接地和外部接地；按接地性质可分为金属性接地、电弧接地和电阻接地；按接地原因可分为真接地和假接地。 近几年来，各种原理的发电机定子绕组单相接地保护装置纷纷出现，如三次谐波电压型、零序电流型等，但零序电压型由于其接线简单、维护方便、运行可靠等优点，仍在中小型机组上广泛应用。因此，对零序电压型单相接地保护进行分析和改进，仍有现实意义。 2 零序电压型单相接地保护原理 6kV发电机为中性点不接地系统，当发生定子绕组单相接地时，故障点将出现零序电压。下面以A相定子绕组任一点发生金属性接地故障为例进行分析。 当中性点直接接地系统（又称大接地电流系统）中发生接地短路时，将出现很大的零序电压和电流。还有在中性点不直接接地系统中当发生单相接地时，也会产生零序电压。零序电源在故障点，故障点的零序电压最高，系统中距离故障点越远处的零序电压就越低，取决于测量点到大地间阻抗的大小。 如图1所示，假设A相在距中性点a处（a表示由中性点到故障点的匝数中该相总匝数的百分数）的d点发生接地故障。 则零序电压为（推导过程略）：Ud0=-aEA 上式表明，故障点的零序电压与a成正比，即接地点离中性点越远，零序电压越高。这样，可以利用接于机端的电压互感器开口三角形取得零序电压，构成单相接地保护，如图2所示。 3 存在问题与改进 图2是最基本的零序电压型发电机定子接地保护，实际运行中，经常发生保护误动或拒动

利用三次谐波电压构成的100%发电机定子接地保护

利用三次谐波电压构成的100%发电机定子接地保护的工作原理？ 由于发电机气隙磁通密度的非正旋分布和铁芯饱和的影响，其定子中的感应电动势除基波外，还含有三、五、七次等高次谐波。因为三次谐波具有零序分量的性质，在线电动势中它们虽然不存在，但在相电动势中亦然存在，设以E3表示之。 为便于分析，假定： （1）把发电机每相绕组对地电容CG分成相等的两部分，每部CG/2分等效地分别集中在发电机的中性点N和机端S。 （2）将发电机端部引出线、升压变压器、厂用变压器以及电压互感器等设备的每相对地电容CS 也等效的集中放在机端。 根据理论分析，在上述加设条件下，可得出下列结论： （1）当发电机中性点绝缘时，发电机在正常运行情况下，机端S和中性点N处三次谐波电压之比为 US3/UN3=CG/(CG+2CS)＜1 （2）当发电机中性点经消弧线圈接地时，若基波电容电流被完全补偿，发电机在正常运行情况下，机端S和中性点N处三次谐波电压之比为 US3/UN3=(7CG-2CS)/9(CG+2CS)＜1 （3）不论发电机中性点是否接有消弧线圈，当在距发电机中性点α（中性点到故障点的匝数占每相分支总匝数的百分比）处发生定子绕组金属性单相接地时，中性点N和机端S处的三次处的三次谐波电压恒为 UN3=αE3 US3=(1-α)E3 如图所示： 从上图中可以看出，UN3=f(α)、US3=f(α)皆为线性关系，它们相交于α＝0.5处；当发电机中性点接地时，α＝0，UN3=0，US3=E3； 当机端接地时，α=1,UN3=E3，US3=0； 当α＜O.5时，恒有US3＞UN3； 当α＞O.5时，恒有 UN3＞US3。 综上所述，用US3作为动作量，UN3作为制动量构成发电机定子绕组单相接地保护，且当US3＞

发电机定子接地故障排查

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/249488942.html, 发电机定子接地故障排查 作者：贾鹏 来源：《科技与创新》2015年第09期 摘要：阐述了发电机出口离相式封闭母线受潮，使得发电机组定子接地跳闸的情况，并 分析了具体的处理过程和防范措施。 关键词：定子接地故障；绝缘子；封闭母线；驱潮工作 中图分类号：TM31 文献标识码：A DOI：10.15913/https://www.wendangku.net/doc/249488942.html,ki.kjycx.2015.09.144 1 事故概述 某电厂2×300 MW发电机组采用哈尔滨电机厂生产制造的QFSN-300-2型水氢氢发电机，机端额定电压为20 kV，中性点经消弧线圈接地。发电机保护采用的是南京国电南自凌伊电力自动化有限公司生产的DGT-801A保护装置，定子接地保护采用的是基于稳态基波零序电压和三次谐波原理构成的100%保护。 该厂#1机组在负荷为226 MW的情况下运行时，发电机突然跳闸解列，汽机跳闸，锅炉 灭火，监控画面首出“发电机保护动作”，就地检查保护屏，发出了“发电机定子3U0定子接地”报警，而双套保护均动作，发出信号为发电机“定子接地”保护动作。下面，结合此次发电机定子接地故障的实际情况，简单分析了大型发电机定子接地故障的排查。 2 事故处理过程 2.1 二次系统检查 跳机后，应先全面检查保护装置，2套发电机保护装置A柜、B柜的“定子接地”保护均动作，基波3UO发跳闸信号，3次谐波3 W发报警信号，查看保护定值零序电压为8 V，延时4 s动作。查看故障录波图，发电机机端电流A，B，C三相峰值分别为3.28 A、3.30 A、3.26 A，发电机机端电压A，B，C三相峰值分别为86.979 V、80.182 V和74.518 V，C相电压下降得较快。发电机“定子接地”保护动作时，发电机机端零序电压2套保护动作值分别为8.643 9 V、8.647 4 V和8.668 8 V、8.665 2 V，零序电压达到8.6 V保护动作。对发电机出口PT一次侧做加压试验，保护屏电压显示正确，PT二次回路绝缘测试合格，基本排除了保护误动的可能。但是，这些故障数据并不能确定是发电机内部故障还是外部故障。 2.2 一次系统检查 初步检查发电机非电气系统，未发现发电机有积水、漏氢、漏油等情况，且系统工作正常。定子冷却水电导率化验合格，在发电机本体、励磁变、出线离相封母、出口PT、中性点

几种发电机100%定子接地保护的应用

几种发电机100%定子接地保护的应用 孙　琦 (上海阿海珐电力自动化有限公司　上海市　201315) 【摘要】　简要介绍几种发电机100%定子接地保护装置的原理、应用效果和试验维护。 【关键词】　100%定子接地保护　原理　运行比较　应用和维护 【数据库分类号】　SZ09 0　概述 单相接地是发电机常见的故障,发电机接地保护是发电机的主保护之一。我国G B/T142582 2006《继电保护及安全自动装置设计技术规程》规定:“100MW及以上大型发电机必须装设100%定子接地保护”。在1995年12月“大机组继电保护调研工作会议”上,针对当时100%定子接地保护运行中出现的问题,又提出:“对由基波和三次谐波零序电压构成的发电机定子接地保护基波段和三次谐波段分开,三次谐波段只投信号”。 在实际应用中,在确定具体的发电机定子接地投运方式时,应了解该发电机实际的单相接地电容电流,由此确定发电机定子接地保护的合理投运方式,即确定保护是投跳闸还是投信号。 为确保大型发电机的运行安全,定子接地保护的设置应确保在接地故障发生时不使单相接地故障电流发展成为相间或匝间短路电流,应使单相接地故障处不产生电弧或者使接地点电弧瞬间熄灭。这个不产生电弧的最大接地电流被定义为发电机单相接地的安全电流。 我国发电机单相接地的安全电流标准原来沿用苏联标准。规定接地电流大于5A时接地保护作用于跳闸,小于5A时保护投信号。 随着大容量发电机组在电力系统中的投运台数逐年增长,大容量发电机组在电力系统中处于更为重要的地位,对接地保护技术提出了更高的要求;随着发电机制造中电工材料质量、工艺水平的大幅度提高,发电机运行的水平可以上升也能够上升到一个更高的台阶;根据对大容量发电机组在运行中出现的问题的分析来看:5A的定子接地电流,不是一个安全的接地电流。 所以,国标G B/T1428522006《继电保护及安全自动装置设计技术规程》中对发电机定子接地电流允许值应按制造厂的规定值,如无制造厂提供的规定值可参照表1所列数据。 目前,我国的接地保护的设计、制造、安装、调试和运行维护基本遵循上述标准和规定。设计时保护装置保护的接地点故障电流一般不超过安全电流,以确保定子铁芯的安全;保护范围力求覆盖整个定子绕组;保护区内任一点接地故障争取有足够高的灵敏度;故障时暂态过电压数值尽可能小,不能威胁发电机的运行安全。 1　当前电网中运行的几种100%定子接地保护 当前,我国电网中运行着多国、多种型号的100%定子接地保护。如: 收稿日期:2007203215。

发电机定子单相接地保护

发电机定子绕组单相接地保护方案综述 发布: 2009-8-07 09:59 | 作者: slrd8888 | 查看: 882次 1 前言 定子绕组单相接地故障是发电机最常见的一种故障，而目往往是更为严重的绕组内部故障发生的先兆，因此定子接地保护意义重大。目前实际应用中比较成熟的定子接地保护有基波零序电压保护、三次谐波电压保护及二者组合构成的保护，国外的发电机中性点大都是经高阻接地，较多的采用的是外加电源式的保护。近十几年微机保护的飞速发展，为新保护原理的开发提供了强大的硬件平台和广阔的软件空间。其中基于自适应技术、故障分量原理和小波变换的保护比较突出，它们有力地推动了单相接地保护技术的发展。 扩大单元接线的发电机定子接地保护迫切需要具有选择性的保护方案，由于零序方向保护自身的缺陷、基于行波原理的保护在理论和技术上尚不够成熟，因此将小波变换应用到选择性定子接地保护有着重要的意义。 2 定子绕组单相接地保护方案 发电机定子绕组单相接地时有如下特点：内部接地时，流经接地点的电流为发电机所在电压网络对地电容电流的总和，此时故障点零序电压随故障点位置的改变而改变；外部接地故障时，零序电流仅包含发电机本身的对地电容电流。这些故障信息对接地保护非常重要，下面就介绍几种定子接地保护方法。 2.1 零序电流定子接地保护 由单相接地故障特点可知，对直接连在母线上的发电机发生内部单相接地时，外接元件对地电容较大，接地电流增大超过允许值，这就是零序电流接地保护的动作条件。这种保护原理简单，接线容易。但是当发电机中性点附近接地时，接地电流很小，保护将不能动作，因此零序电流保护存在一定的死区。 2.2 基波零序电压定子接地保护

关于定子接地保护的几个问题

关于定子接地保护的几个问题 李玉海张小庆徐敏 摘要以几次事故为例说明：用“允许接地电流”来决定定子接地保护投运方式是不合理的。对于双水内冷发电机及没有匝间保护的大、中型发电机，其定子接地保护应投跳闸。3次谐波电压型接地保护动作可靠性低的原因是：调整不当，工作环境条件差，回路及继电器本身有缺陷。为提高其动作可靠性，应掌握机组机端3次谐波电压和中性点3次谐波电压的变化规律，改善环境，并及时更换不良的3次谐波电压型保护。发电机中性点经配电变压器接地，降低了定子接地保护的动作灵敏度，对经计算不可能产生过电压的发电机，应将配电变压器换成单相电压互感器(TV)或消弧线圈。无条件换时，应尽量增加二次侧并联电阻。基波零序电压型接地保护的定值应为5 V～10 V。 关键词定子接地保护投运方式灵敏度可靠性 分类号TM 772 TM 307 STUDY ON STATOR EARTH FAULT PROTECTION Li Yuhai, Zhang Xiaoqing, Xu Min (Northwest China Electric Power Test & Research Institute, 710054, Xi'an, China) Abstract Based on the experiences obtained from a number of fault analyses, the operation mode can not be determined by permissible ground current. For double-water inner-cooled generator and the large and medium sized generator without interturn fault protection, the stator earth fault protection should act on tripping. Low reliability of 3ω based earth fault protection is mainly resulted from improper adjustment , relatively bad working condition and the inherent defects in relay circuit. In order to raise reliability of 3ωbased earth fault protection, change of U*s3 and U*N3 with generator stator voltage and load should be measured, working condition should be improved and the protection not working properly should be replaced with new one. Grounding the generator neutral through distribution transformer will decrease sensitivity of stator earth fault protection. For the generator without possibility of over-voltage through calculation, the single phase potential transformer or arc-suppression coils should be used to replace the distribution transformer, if doing so is impossible, resistance of the resistor parallelly connected with secondary winding of distribution transformer based earth fault should be increased properly. The setting value of 3u protection should be 5 V～10 V. Keywords stator earth fault protection operation mode sensitivity reliability

浅析SFC对20Hz注入式定子接地保护的影响 孙鹏

浅析SFC对20Hz注入式定子接地保护的影响孙鹏 摘要：近年来，燃气轮机联合循环电站在世界上发展十分迅速，燃气轮机只能通过其他动力来启动。用燃气轮机发电机通过SFC供电来拖动燃气轮机成为越来越普遍的启动方式。本文章从变频启动（SFC）系统和20Hz注入式定子接地保护技术特点，为燃机电厂SFC系统与定子接地保护的配合在启动调试过程出现的问题提供可参考文件。 关键词：燃机电站、变频启动、SFC、20Hz注入式定子接地保护 1引言 燃机电站的快速启动调峰，热效率利用高，能集体供热，低环境污染，厂用面积占地少等特点逐步成为大中型城市供热电厂替代电站，随着燃机发电机组容量不断提高，原由的异步电动机启动燃机的方式不能满足现设备启动要求，同时因轴系的启动力矩使启动电流瞬时增大对厂用电系统影响，提高了机组整体设备成本造价等因素；现阶段发展通过将同步发电机经SFC（变频器）转变为同步电动机来满足燃机机组的前期启动需求，满足了以设备技术缺陷，从而可以实现一套变频器装置系统可以为多台机组提供电源等优点。 2设备原理 2.1变频器启动系统介绍 启动初期同步发电机会以同步电动机的方式运行：静止变频器为发电机定子提供电压建立定子磁场，SEE（励磁系统）为发电子转子提供励磁电流建立转子磁场，发电机转子上产生的磁场与发电机定子磁场产生力矩带动燃机转子旋转，SFC通过控制逆变器晶闸管导通角度调节输出频率范围调节转速上升，当燃机转速达到65%或85%额定转速时（视不同机组而定），SFC和SEE同时退出运行即断开变频器输出隔离开关和励磁开关，此时燃机通过自身燃料做功继续维持转速上升，当转速至95%额定转速时燃控系统内的转速继电器动作，使SEE系统再次投入，为发电机转子提供励磁电流使发电机定子建压发电机并网。 按照SFC的运行设计一般分为不带发电机出口开关（GCB）和带发电机GCB 两种，前者通过主变高压侧开关并网，并网前SFC直接输出至发电机和主变压器低压侧连接的母线上，并网带负荷后通过厂用电快切切换厂用电源；也不利之处在于当发电机故障时只能断开主变高压侧开关实现停机，扩大了保护范围。 发电机带GCB的一般是常用设计的燃机机组系统方式，在发电机和主变中间加设GCB，这样能减少发电机故障时的设备保护范围，还避免了机组事故停机或发电机停运时切换厂用电的操作等，正常启动运行时启动电源通过GCB的发电机侧SFC变频专用隔刀供至发电机出线母线上去。 2.2变频器（SFC）技术特点 启动变频器是通过整流逆变原通过改变逆变器输出频率调节同步电动机的转速，有SFC断路器、变压器、整流器、直流电抗器、逆变器、变频出口断路器、脉冲触发单元、控制单元等。 其中整流器将交流电压整为直流电源，在输出直流侧配有直流电抗器用来减少叠加在直流电流上的交流分量限定在某一规定值,保持整流电流连续，减小电流脉动值,改善输出功率因数，逆变器是经大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的信号装置。 在逆变输出回路中，输出电路信号PMW载波调制等效于正弦波的脉宽变化的方波和整流、逆变器都是由非线性原件组成，在输出方波波形是近似于稳态正

20Hz注入式定子接地保护的要求和接地电阻的

20Hz注入式保护的要求和接地电阻的调整 西门子的20Hz电压注入式100%定子接地保护是被证明是很好的接地保护方案，并已经有超过20年的运行经验。与三次谐波原理相比，它具有突出优势，如，灵敏度更高，测量范围更大，且与发电机运行状况无关，等。该保护方案包括20Hz发生器、滤波器和小型电流互感器等必需的附件。 保护原理是，由独立的20Hz发生器注入20Hz交流电压到发电机中性点处，通过测量回路评估发电机定子对地的绝缘水平。一般情况下，20Hz交流电压施加在接地变压器二次侧的接地电阻上，通过接地变升压注入定子回路。如下图所示。因此，为了确保可靠性和灵敏度，二次侧的接地电阻不宜太小，推荐数据，RL不应小于0.5?。 保护原理图 20Hz保护原理图 这里， 7UM62 发电机保护装置，带20Hz定子接地保护功能； 7XT33 20Hz发生器； 7XT34 20Hz带通滤波器； 4NC5 小型电流互感器，400/5； R L接地负荷电阻（接地变压器厂家配套） 等值电路 等值电路

这里， RB 20Hz电源滤波器的内阻； RE 发电机定子对地绝缘电阻（二次值）； CE 发电机定子对地电容（二次值） 分压器5/2（1650?/660?） 若R L>0.5?，则20Hz注入定子回路的测量电压的符合下列计算公式， U SEF >= (2/5)* [0.5 / (0.5+8) ] *25V = 0.59 V 接地负荷电阻的折算 接地负荷电阻的折算 发电机定子接地电流的设计决定了该回路接地的一次阻值（R prim），它等于接地变二次阻值（R L）乘以接地变变比的平方（n2）。为了获得较大的接地变二次侧负荷电阻，必须降低接地变的变比。计算如下： 现有接地变压器和二次电阻的参数为 接地变：22/0.22 kV，二次电阻R L = 0.1528?， 定子接地一次值为 R prim = (22 / 0.22)2 *0.1528 =1528 ? 推荐的接地变压器的变比为：(22/√3) / 0.5 kV，则相应的二次侧电阻为：R L= R prim / n2 =1528 / [(22/√3) / 0.5]2 = 2.368 ? 满足要求！此时，20Hz注入式保护的测量电压为： U SEF >= (2/5)* [2.368 / (2.368+8) ] *25V = 2.284 V

发电机定子单相接地保护

发电机定子单相接地保护 发电运行部 钟应贵 一、 发电机定子单相接地的危害 设发电机定子绕组为每相单分支且中性点不接地，发电机定子绕组接线示意图及机端电压向量图（图1） A B C （a ）定子绕组接地示意图 B C （b ）定子绕组接地电压向量图 设A 相定子绕组发生接地故障，接地点距中性点的电气距离为α（所谓电气距离，就是发电机单相定子绕组的长度，α为中性点到故障点的绕组占全部绕组的百分数），此时，在接地点会出现一个零序电压。 由图1（b ）向量图可以看出，A 相接地时，使B 相及C 相对地电压，由相电压升高到另一值。当机端A 相接地时，B 、C 两相的对地电压由相电压升高到线电压。 另外，发电机定子绕组及机端连接元件（包括主变低压侧及厂用变高压侧）对地有分布电容，零序电压通过分布电容向故障点供给电流。此时，如果发电机中性点经某一电阻接地，

则发电机零序电压通过电阻也为接地点供给电流。 综合上述分析，发电机定子绕组单相接地的危害是： 1、非接地相对地电压升高，将危及对地绝缘，当原来绝缘较 弱时可能会造成非接地相相间发生接地故障，从而造成相 间接地短路，损害发电机。 2、流过接地点的电流具有电弧性质，会产生电弧，可能烧 伤定子铁芯。 分析表明：接地点距发电机中性点越远，对发电机的危害越 大；反之越小。 二、发电机定子绕组单相接地保护的构成 1、利用零序电压构成的发电机定子绕组单相接地保护 由上述分析：画出零序电压3U0随故障点位置α变化的曲线，见图2。 3U0(v) 50 Uop 图2 定子绕组单相接地时3U0与α的关系曲线 越靠近机端，故障点的零序电压越高。利用基波零序电压构成定子单相接地保护，图中Uop为零序电压定子接地保 护的动作电压。定子绕组单相接地保护用的零序电压的获取 见图3。

发电机定子接地保护

大容量发电机为什么要采用100%定子接地保护？并说明附加直流电压的100%定子绕组单相接地保护的原理？ 答：利用零序电流和零序电压原理构成的接地保护，对定子绕组都不能达到100%的保护范围，在靠近中性点附近有死区，而实际上大容量的机组，往往由于机械损伤或水冷系统的漏水原因，在中性点附近也有发生接地故障的可能，如果对之不能及时发现，就有可能使故障扩展而造成严重损坏发电机事故。因此，在大容量的发电机上必须设100%保护区的定子接地保护。发电机正常运行时，电流继电器线圈中没有电流，保护不动作。当发电机定子绕组单相接地时，直流电压通过定子回路的接地点，加到电流继电器上，使之有电流通过而动作，并发出信号。 根据3U。的计算公式，当故障发生在机端时U。的值最大，整定值容易选择，当故障发生在中性点附近时，U。很小无法确定整定值。于是零序电压接地保护在中性点附近存在死区。所以利用发电机相电压中固有的少量三次谐波做三次谐波接地保护，三相绕组中的三次谐波电势通过绕组对地分布电容和发电机所连接设备对地导纳形成Us和Un，大小与机端和中性点对地等值导纳成反比，由于机端所连接设备对地电容使机端等值电容增大，故通常Us≤Un。接地故障时，接地点迫使Us和Un发生变化，故障点越靠近中性点，Un减小得越多，而Us增大得越多，因此利用三次谐波电压Us与Un的相对变化，可以有效的消除中性点附近的保护死区，与前述的3U。构成100%接地保护

发电机定子接地是指发电机定子绕组回路及与定子绕组回路直接相连的一次系统发生的单相接地短路。定子接按接地时间长短可分为瞬时接地、断续接地和永久接地；按接地范围可分为内部接地和外部接地；按接地性质可分为金属性接地、电弧接地和电阻接地；按接地原因可分为真接地和假接地。1）定子接地的原因可能引起发电机定子接地的原因有：◆ 小动物引起定子接地。如老鼠窜入设备，使发电机一次回路的带电导体经小动物接地，造成瞬时接地报警。 ◆ 定子绕组绝缘损坏。除了绝缘老化的原因，主要还有各种外部原因引起绝缘损坏。如定子铁芯叠装松动、绝缘表面落下导电性物体（如铁屑）、绕组线棒在槽中固定不紧等，在运行中产生振动使绝缘损坏；制造发电机时，线棒绝缘留有局部缺陷，运转时转子零件飞出，定子端部固定零件帮扎不紧，定子端部接头开焊等因素均能引起绝缘损坏。◆ 定子绕组引出线回路的绝缘瓷瓶受潮或脏物引起定子回路接地；◆ 水冷机组漏水及内冷却水导电率严重超标，引起接地报警；◆ 发变组单元接线中，主变压器低压绕组或高压厂用变压器高压绕组内部发生单相接地，都会引起定子接地报警信号；发电机带开口三角形绕组的电压互感器高压熔断器熔断时，也会发出定子接地报警信号，这种现象通常称为“假接地”。2）定子接地的现象及判断当发电机定子绕组及与定子绕组直接连接的一次回路发生单相接地或发电机电压互感器高压熔断器熔断时，均发出“`定子接地”光字牌报警信号，按下发电机定子绝缘测量按钮，“定子接地”电压表出现零序电压指示。发电机发出“定子接地”报警后，应判断接地相别和真、假接地。判断的方法是：当定子一相接地为金属性接地时，通过切换定子电压表可测得接地相对地电压为零，非接地相对地电压为线电压，各线电压不变且平衡。按下定子绝缘测量按钮，“定子接地”电压表指示为零序电压值，其值应为100V。如果一点接地发生在定子绕组内部或发电机出口且为电阻性，或接地发生在发变组主变压器低压绕组内，切换测量定子电压表，测得的接地相对地电压大于零而小于相电压，非接地相对地电压大于相电压而小于线电压，“定子接地”电压表指示小于100V。当发电机电压互感器高压侧一相或两相熔断器熔断时，其二次侧开口三角形绕组端电压也要升高。如U相熔断器熔断，发电机各相一次对地电压未发生变化，仍为相电压，但电压互感器二次侧电压测量值因U相熔断器熔断发生了变化，即UUV、UWU降低，而UVW仍为线电压（线电压不平衡），各相对地电压UV0、UW0接近相电压，UU0明显降低（相对地无电压升高），“定子接地”电压表指示为100/3V，发出“定子接地”光字牌信号（假接地）。综上所述，真、假接地的根本区别在于：真接地时，定子电压表指示接地相对地电压降低（或等于零），非接地相对地电压升高（大于相电压但不超过线电压），而线电压仍平衡；假接地时，相对地电压不会升高，线电压也不平衡。这是判断真、假接地的关键。3）发电机定子接地的处理对于中性点不接地或经中性点经消弧线圈接地的发电机（200MW及以下），当发生单相接地时，接地点六均不超过允许值（2～4A），故可继续运行，并查找和处理接地故障，若判明接地点在发电机内，应立即减负荷停机，若接地点在机外，运行时间不超过2h；对于中性点经高阻接地的发电机（200MW及以上），当发生单相接地时，姐弟保护一般作用于跳闸，动作跳闸待机停转后，通过摇测接地电阻，找出故障点。这是考虑接地点发生在发电机内部时，接地电弧电流易使铁芯损坏，对大机组来说，铁芯损坏不易修复。另外，接地电容电流能使铁芯熔化，融化的铁芯又会引起损坏区扩大，使有效铁芯“着火”，由单相短路发展为相间短路。由上所述，当接到“定子接地”报警后，若判明为真接地，应检查发电机本体及所连接的一次回路，如接

发电机保护配置

发电机保护基本原理 发电机可能发生的故障 定子绕组相间短路 定子绕组匝间短路 定子绕组一相绝缘破坏引起的单相接地 励磁回路（转子绕组）接地 励磁回路低励（励磁电流低于静稳极限对应的励磁电流）、失磁 发电机主要的不正常工作状态 过负荷 定子绕组过电流 定子绕组过电压 三相电流不对称 过励磁 逆功率 失步、非全相、断路器出口闪络、误上电等 发电机的主要保护和作用 纵差保护 作用：发电机及其引出线的相间短路保护 规程：1MW以上发电机，应装设纵差保护。对于发电机变压器组：当发电机与变压器间有断路器时，发电机装设单独的纵差保护；当发电机与变压器间没有断路器时，100MW及以下发电机可只装设发电机变压器组公用纵差保护；100MW及以上发电机，除发电机变压器组公用纵差保护还应装设独立纵差保护，对于200MW及以上发电机变压器组亦可装设独立变压器纵差保护。 与发变组差动区别：发变组差动需要考虑厂用分支，要考虑涌流制动、各侧平衡调节。 纵向零序电压 作用：发电机匝间短路（也能反映相间短路）。 规程：50MW以上发电机，当定子绕组为星形接线，中性点只有三个引出端子时，根据用户和制造厂的要求，也可装设专用的匝间短路保护。 定子接地 作用：定子绕组单相接地是发电机最常见的故障，由于发电机中心点不接地或经高阻接地，定子绕组单相接地并不产生大的故障电流。 常用保护方式：基波零序电压（90％）、零序电流、三次谐波零序电压（100％） 定子接地 规程：与母线直接连接的发电机：当单相接地故障电流(不考虑消弧线圈的补偿作用)大于允许值时，应装设有选择性的接地保护装置。保护装置由装于机端的零序电流互感器和电流继电器构成，其动作电流躲过不平衡电流和外部单相接地时发电机稳态电容电流整定，接地保护带时限动作于信号，但当消弧线圈退出运行或由于其它原因，使残余电流大于接地电流允许值时应切换为动作于停机。 发电机变压器组：对100MW以下发电机应装设保护区不小于90%的定子接地保护，对100MW及以上的发电机应装设保护区为100%的定子接地保护。保护装置带时限动作于信号必要时也可动作于停机。 励磁回路接地保护 作用：励磁回路一点接地故障对发电机并未造成危害。但若继而发生两点接地将严重危害发电机安全。 实现方法：采用乒乓式原理。 规程：1MW及以下水轮发电机，对一点接地故障宜装设定期检测装置，1MW以上水轮发电机应装设一点接地保护装置。 100MW以及汽轮发电机，对一点接地故障可采用定期检测，装置对两点接地故障应装设两点接地保护装置。 转子水内冷汽轮发电机和100MW及以上的汽轮发电机，应装设励磁回路一点接地保护装置，并可装设两点接地保护装置，对旋转整流励磁的发电机宜装设一点接地故障定期检测装置。 一点接地保护带时限动作于信号两点接地保护应带时限动作于停机。 失磁保护 作用：为防大型发电机低励(励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流)或失去励磁(励磁电流为零)后，从系统

发电机定子接地3W

发电机3W定子接地保护 一、保护原理 保护反应发电机机端和中性点侧三次谐波电压大小和相位，反应发电机中性点向机内20％或100％左右的定子绕组单相接地故障，与发电机3U0定子接地保护联合构成100％的定子接地保护。见图一： 图一发电机定子接地3W保护逻辑 二、一般信息

K1，K2，K3整定方法及试验：开机带负荷整定 2.5投入保护 开启液晶屏的背光电源，在人机界面的主画面中观察此保护是否已投入。（注：该保护投入时其运行指示灯是亮的。）如果该保护的运行指示灯是暗的，在“投退保护”的子画面点击投入该保护。 2.6参数监视 点击进入发电机3W定子接地保护监视界面，可监视保护的整定值、动作量和制动量；待整定动作量和待整定制动量，以及3W保护的自动整定界面。 二、保护动作特性测试 发电机3W定子接地K值整定 附图 ①待发电机并网后，最好带20%～30%的负荷，拔掉3W保护的投退压板；

②中性点先不挂电阻，带20%～30%的负荷，单击“自动计算K1/K2一次”按钮，此时待整 定三次谐波动作量接近于0，点击“设定允许修改定值状态”按钮，改变“禁止修改定值状态”为“允许”，单击“将自动计算K1K2值写入保护装置”按钮，将K1、K2定值写入保护装置； ③带20%～30%的负荷时，在中性点挂上电阻（建议：水电机组1～3K，火电机组3～5K）， 单击K3调整按钮（K3下方的四个按钮分别表示增大、减小、粗调、细调），将“待整定三次谐波动作量”调整略大于“待整定三次谐波制动量”，单击“将自动计算K1K2值写入保护装置”按钮，将K3定值写入保护装置； ④注意：此时千万不要按“自动计算K1/K2一次”按钮及调整K1 、K2的值； ⑤撤除电阻，调试完毕。 ⑥如果采用绝对值比较式原理，写入定值K1=1，K2=0；依照步骤三、四和五整定K3 三、动作时间定值测试 在发电机机端TV开口三角电压侧突然加1.5倍三次谐波定值电压，记录动作时间。 四、TV断线闭锁逻辑测试 在发电机机端TV开口三角电压端子侧加入三次谐波电压，并超过整定值，定子接地3W信号亮（一般只发信不跳闸）；在发电机机端TV加三相不平衡电压，使发TV断线信号，定子接地3W信号可复归，TV断线信号灯亮。 保护逻辑是否正确（打“√”表示）：正确□错误□ 保护出口方式是否正确（打“√”表示）：正确□错误□ 保护信号方式是否正确（打“√”表示）：正确□错误□

发电机100定子接地保护

发电机100%定子接地保护 发电机定子单相接地后，接地电流经故障点、三相对地电容、三相定子绕组而构成通路。当接地电流较大能在故障点引起电弧时，将使定子绕组的绝缘和定子铁芯烧坏，也容易发展成危害更大的定子绕组相间或匝间短路。 第一部分是基波零序电压式定子接地保护： 保护接入的3Uo电压，取自发电机机端电压互感器开口三角绕组两端和发电机中性点单相电压互感器的二次。零序电压式定子接地保护的交流输入回路如图1所示。 第二部分是利用发电机三次谐波电动势构成的定子接地保护 由于发电机气隙磁通密度的非正旋分布和受铁芯饱和的影响，其定子中的感应电动势除基波外，还含有三、五、七次等高次谐波。因为三次谐波具有零序分量的性质，在线电动势中它们虽然不存在，但在相电动势中亦然存在。 正常运行时，发电机中性点的三次谐波电压总是大于发电机机端的三次谐波电压。而当发电机靠中性点侧0～50％范围内有接地故障时，发电机机端的三次谐波电压大于发电机中性点的三次谐波电压。 根据发电机定子绕组中性点附近接地故障的三次谐波分布特性，保护装置取发电机中性点及机端三次谐波电压，并对其进行大小和相位的矢量比较。三次谐波定子接地保护交流接入回路如图6所示。该保护的动作逻辑图如图7所示。

发电机启停机和误上电保护 1、300MW及以上发电机组，一般都要装设误上电保护，以防止发电机起停机时的误操作。当发电机盘车或转子静止时发生误合闸操作，定子的电流（正序电流）在气隙产生的旋转磁场会在转子本体中感应工频或接近工频的电流，会引起转子过热而损失。 误上电保护原理是将误上电分成两个阶段。以开机为例，第一阶段：从开机到合磁场开关。在这期间，由于无励磁，发电机不可能进行并网操作，因此要求发电机断路器合闸和定子有电流，则必然为误上电，瞬时跳闸；第二阶段：从合磁场开关到并网。在这期间，用阻抗元件来区分并网和误上电，误上电一般可做到0.5s内跳闸，并且误上电情况越严重，跳闸也越快。 误上电保护在发电机并网后自动退出运行，解列后自动投入运行。 保护引入发电机三相电流和主变高压侧或者发电机侧两相电流和两相电压 2、误上电保护:发电机盘车时，未加励磁，断路器误合，造成发电机异步起动。（2）发电机起停过程中，已加励磁，但频率低于一定值，断路器误合。3）发电机起停过程中，已加励磁，但频率大于一定值，断路器误合或非同期。 启停机保护: 发电机启动或停机过程中，配置反应相间故障的保护和定子接地故障的保护。由于发电机启动或停机过程中，定子电压频率很低，因此保护采用了不受频率影响的算法，保证了启停机过程中对发电机的保护。以上的启停机保护的投入可经低频元件闭锁，也可经断路器位置辅助接点闭锁。 发电机起停过程中，已加励磁，但频率大于定值，断路器误合或非同期。采用断路器位置接点，经控制字可以投退。判据延时0.2s投入（考虑断路器分闸时间），延时t1退出其时间应保证跳闸过程的完成。当发电机非同期合闸时，如果发电机断路器两侧电势相差180°附近，非同期合闸电流太大，跳闸易造成断路器损坏，此时闭锁跳断路器出口，先跳灭磁开关，当断路器电流小于定值时再动作于跳出口开关。 发电机起停过程中，已加励磁，但频率低于定值，断路器误合。采用低频判据延时0.2s投入，频率判据延时t1返回，其时间应保证跳闸过程的完成。 1、启停机保护; 有些情况下，由于操作上的失误或其它原因使发电机在启动或停机过程中有励磁电流，而此时发电机正好存在短路或其它故障，由于此时发电机的频率低，许多保护继电器的动作特性受频率影响较大，在这样低的频率下，不能正确工作，有的灵敏度大大降低，有的则根本不能动作。 鉴于上述情况，对于在低转速下可能加励磁电压的发电机通常要装设反应定子接地故障和反应相间短路故障的保护装置。这种保护，一般称为启停机保护。现在一些微机保护装置都有频率自适应（跟踪）功能，保证偏离工频时，特别在发电机在开停机过程（5～65HZ），不影响保护的灵敏度。因此没有必要再装设启停机保护，海盐力源引进美国GE公司的G60微机保护正是如此。 2、误上电保护（盘车状态下误合闸） 发电机在盘车过程中，由于出口开关误合闸，突然加上三相电压，而使发电机异步启动的情况，在国外曾多次出现过，它能在几秒钟内给机组造成损伤。盘车中的发电机突然加电压后，电抗接近Xd''，并在启动过程中基本上不变。计及升压变压器的电抗Xd和系统联接电抗Xs，并且在较小时，流过发电机定绕组的电流可达3～4倍额定值，定子电流所建立的旋转磁场，将在转子中产生差频电流，如果不及时切除电源，流过电流的持续时间过长，则在转子上产生的热效应I22t将超过允许值，引起转子过热而遭到损坏。此外，突然加速，还可能因润滑油压低而使轴瓦遭受损坏。 因此，对这种突然加电压的异常运行状况，应当有相应的保护装置，以迅速切除电源。对于这种工况，逆功率保护、失磁保护、机端全阻抗保护也能反应，但由于需要设置无延时元件；盘车状态，电压互感器和电流互感器都已退出，限制了其兼作突加电压保护的使用。一般来说，设置专用的误合闸保护比较好，不易出现差错，维护方便。 误上电保护实现的原理多种多样，其原理大同小异，主要区别在于发电机停机状态的鉴别元件，有的用低频元件，有的用低电压元件，均辅以开关的辅助触点。

关于发电机定子接地保护问题的探讨

第2期(总第97期) 2001年4月 山西电力技术 SHANXI ELECTRIC POWER No 12(Ser 197)Apr 12001 关于发电机定子接地保护问题的探讨 郑一凡 (山西大同热电有限责任公司,山西大同　037039) 摘要 :根据QFS —60—2型双水内冷发电机特点,对其定子接地保护典型设计回路中存在的问题以及应采取的改进措施进行了分析和讨论。关键词:发电机;定子保护;探讨 中图分类号:TM 311 文献标识码:B 文章编号:100526742(2001)022******* 1　发电机定子绕组单相接地的特点 由于发电机中性点不直接接地,因此它具有一般不接地系统单相短路的共性。不同之处在于故障点的零序电压将随定子绕组接地点的位置而改变。 例如,当距发电机中性点a 处发生单相(如A 相)接地故障时(图1),则各相机端对地电压为: 图1　发电机内部单相接地时的电流分布 U A d =(1-a )E A , U Bd =E B -aE A ,U Cd =E C -aE A 。 所以,故障点的零序电压为: U d0(a )=1 3(U A d +U Bd +U Cd )=-aE A =aU Υ, 故障点处总接地电容电流为(分析略): I jd ∑(a )=j 3Ξ(C 0f +C 0∑)aU Υ。 可见,当发电机内部单相接地时,流过零序电流互感器LH 0一次侧的零序电流为(分析略): 3I 0=j 3ΞC 0∑aU Υ, 式中:a ——发电机中性点到故障点的绕组占全 部绕组的百分数; 收稿日期:2001201221 作者简介:郑一凡(19562),男,山西山阴人,1983年毕业于太原理 工大学热能动力专业,高级工程师,总经理。 C 0∑——除本发电机以外的发电机电压网络 每相对地总电容; C 0F ——发电机每相对地电容。 2　定子接地保护 由于发电机的外壳是接地的,因此定子绕组因绝缘破坏而引起单相接地就比较普遍。当定子绕组发生单相接地时,从以上分析可以看出,有电流流过故障点,其值决定于定子绕组的接地电容电流和与发电机有电联系的电网接地电容电流。当接地电流较大且产生电弧时,将使绕组绝缘和定子铁芯烧坏。因此规程规定:当接地电流等于或大于5A 时,定子绕组接地保护应动作跳闸。211　零序电压保护 发电机定子绕组任意点单相接地时,在定子回路各点均有零序电压aU Υ,因此可以根据aU Υ的出现与否来构成零序电压保护(图2)。 图2　零序电压保护原理 正常运行时,由于发电机相电压中含有三次谐波电压,当变压器高压侧发生单相接地故障时,由于变压器高、低压绕组之间存在耦合电容,都会出现零序电压。为了保证动作的选择性,保护装置的整定值必须躲过上述电压的影响,继电器的动作电压一般整定在15V ～30V 。按上述条件,保护装置