外加交流20Hz電源發(fā)電機定子單相接地保護說明文檔

1、外加交流20Hz電源發(fā)電機定子單相接地保護定子繞組的單相接地（定子繞組與鐵芯間的絕緣破壞）是發(fā)電機最常見的一種故障，由于發(fā)電機中性點不接地或經高阻抗接地，定子單相接地故障并不產生很大的故障電流，所以定子繞組單相接地保護通常只發(fā)信號而不跳閘，故障機組經轉移負荷后平穩(wěn)停機。同時發(fā)電機單相接地故障往往是相間或匝間短路的先兆。定子繞組單相接地保護的可靠和靈敏動作可以大大降低更為嚴重的內部短路故障發(fā)生的概率。如果定子單相接地故障電流不大，對發(fā)電機的定子鐵芯的損傷基本上可以避免，但如果定子單相接地故障時產生了較大的電流，那么嚴重時可以灼傷定子鐵芯，甚至可以造成難以修復的結局，因此定子繞組單相接地保護對預防

2、更為嚴重的內部短路故障和保護發(fā)電機少受損壞有著重要的意義。發(fā)電機定子繞組單相接地保護也成為大型發(fā)電機保護系統(tǒng)中的一項重要的內容。近年對全國大型發(fā)電機的故障進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，單相接地故障在發(fā)電機本體故障中占了很高的比例。定子單相接地保護是發(fā)電機繼電保護系統(tǒng)中的重要組成部分之一，它的正確與靈敏動作將大幅降低發(fā)電機內部短路故障的發(fā)生幾率。目前采用的定子接地保護（雙頻式定子接地保護）存在一定的死區(qū)，且靈敏度不高，不適應大型發(fā)變組對定子接地保護的要求。特別是在發(fā)電機停機狀態(tài)，發(fā)電機處于定子單相接地無保護狀態(tài)。外加交流20Hz電源發(fā)電機定子單相接地保護靈敏度高，保護無動作死區(qū)，接地電阻靈敏度能夠達到10k，且

3、在發(fā)電機停機狀態(tài)能起保護作用。外加交流20Hz電源發(fā)電機定子單相接地保護與雙頻式定子接地保護構成發(fā)電機定子單相接地保護的雙套不同原理的保護，提高了發(fā)電機定子單相接地保護可靠性及發(fā)電機安全運行的可靠性。1 保護原理外加交流20Hz電源發(fā)電機定子單相接地保護是在發(fā)電機定子回路對地之間外加一個交流20Hz電源，利用發(fā)電機正常運行時，整個三相定子回路對地是絕緣的，20Hz電源幾乎不產生電流，而發(fā)生定子單相接地故障時這種對地絕緣就被破壞了，20Hz電源將產生電流使保護測量電阻減小，以此來區(qū)分正常運行和接地故障。為了消除50Hz干擾電壓的干擾，保護裝置采用了與系統(tǒng)頻率不同的注入電源，這樣就可簡單地利用濾波

4、器將干擾隔開。保護算法：通過提取10Hz頻率的二次諧波分量的傅氏計算來實現(xiàn)的。這種方法不僅20Hz分量能有效地提取出來，而且可濾除其它所有10Hz的倍頻信號(包括50Hz工頻)干擾信號。由于發(fā)電機定子發(fā)生一點接地后，定子回路的阻抗將會發(fā)生變化。保護裝置測量到的動作電流相量是不等于正常電流相量的。為了充分利用這種故障前后電流相量的差別，采用了導納判據。計算公式：RK=n2×1/Re(I20/U20) (1)式中：n中性點接地變壓器的綜合變比；U20保護裝置測量到的20Hz電壓；I20保護裝置測量到的20Hz電流。當接地故障電阻計算值低于電阻的高整定值時保護發(fā)信號告警，當接地故障電阻計算

5、值小于電阻的低整定值時保護動作于跳閘。導納判據中接地故障過渡電阻的計算值是單相接地保護執(zhí)行的動作性質和監(jiān)測絕緣水平的主要依據，準確地計算是十分必要的。但現(xiàn)有運行的外加電源單相接地保護都沒有考慮中性點接地變壓器的參數影響，本保護通過對導納型判據進行修正，提高了故障電阻計算的準確度，進一步提高檢測的靈敏度。圖1 外加20Hz電源單相接地保護原理圖發(fā)電機中性點經配電變壓器高阻接地（二次側接電阻）時，外加20Hz電源單相接地保護的接法如圖1所示。過去分析外加電源型單相接地保護的等效電路時，認為配電變壓器的漏阻抗很小可以忽略不計，激磁阻抗很大認為開路。實際上，配電變壓器的激磁阻抗并非無窮大，漏抗也會產生

6、壓降，如圖2是考慮配電變壓器參數的等效電路。圖2 考慮配電變壓器參數的T型等效電路，是一次側繞組漏阻抗；，是二次側繞組漏阻抗；、是激磁阻抗；各參數均為20Hz下折算到二次側的值，其中漏阻抗，；，是配電變壓器的短路阻抗。二次側計算的定子對地導納為 折算到一次側的接地過渡電阻值為 其中：，為電壓分壓器變比，為電流互感器變比，為接地配電變壓器變比。發(fā)電機外加20Hz電源定子接地保護的邏輯框圖如圖3圖3 外加20Hz電源單相接地保護邏輯框圖當接地故障電阻計算值低于電阻的高整定值時保護發(fā)告警信號，當接地故障電阻計算值低于電阻的低整定值時保護動作于跳閘。另外設有工頻零序過流定子接地保護作為外加交流20Hz

7、電源發(fā)電機定子單相接地保護的補充。外加交流20Hz電源發(fā)電機定子單相接地保護通常僅在有限的頻率范圍內計算的電阻才是有效的，其頻率范圍與所采用的濾波器有關。有效頻率范圍設為f=47.5Hz 52.5Hz，在發(fā)電機啟、停過程中，只要頻率超過這個范圍就不計算電阻值即將其閉鎖，而靠接地工頻零序過流保護動作。這是考慮發(fā)電機頻率過低，會干擾20Hz測量值。2 定值整定2 1接地電阻整定計算211動作值國內外對于單相接地后接地電流對發(fā)電機定子鐵心造成的損害也持有不同的意見。我國對于各容量機組的安全接地電流有明確的規(guī)定(機端電壓18kV以上不大于1A)。而有些國家由于電網容量儲備較大，定子接地保護大多作為發(fā)電

8、機的主保護，一旦絕緣下降到規(guī)定值以內，便在短時間內切機，避免事故擴大造成嚴重損失。建議接地電阻低定值整定按在距發(fā)電機中性點的20以內發(fā)生一點接地，接地故障點電流3I0不大于安全接地電流Is為原則。即：式中為發(fā)電機一次額定線電壓，為接地過渡電阻，為中性點一次接地電阻值，為每相對地的容抗。接地電阻高定值整定：按照發(fā)電機絕緣的健康水平和定子冷卻水的電導率，同時考慮中性點變壓器、機端電壓互感器、升壓變低壓側、高廠變高壓側、離相封閉母線的絕緣水平。在保證正常運行情況下不誤發(fā)信號的前提下取值越大越好。212延時時間關于發(fā)電機注入信號構成的100%定子接地保護延時時間的選擇并沒有明確的規(guī)定。由于原理上注入信

9、號構成的100%定子接地保護不受系統(tǒng)接地故障的影響，接地電阻低定值宜取0.52秒； 接地電阻高定值宜取24秒2 2 后備工頻電流保護整定221動作值：在全偏移電壓下，保護測量電流為：。式中Rb 為中性點接地變壓器的二次電阻，為配電變壓器二次額定電壓。一般取保護范圍為發(fā)電機定子繞組的80，則當偏移電壓達到全偏移電壓的20時，保護必須動作。因此，電流整定值也取20，則整定值為：222延時時間：取下列兩個條件的最小值，即接地變壓器的過載持續(xù)運行時間與系統(tǒng)接地保護的配合時間。23啟動電壓整定1）實測20Hz電源及引線故障時的最大電壓。2）配電變壓器一次側發(fā)生金屬性接地故障時，保護裝置測得的二次20Hz

10、電壓值最小，在發(fā)生接地故障時，20Hz電壓會大于上述最小值。實測配電變壓器一次側發(fā)生金屬性接地故障時的電壓。為保證發(fā)電機發(fā)生金屬性單相接地故障時，保護可靠動作，取實測配電變壓器一次側發(fā)生金屬性接地故障時的電壓的0.8倍。啟動電壓按上述兩個電壓的最大電壓整定。24啟動電流整定在一次側絕緣正常時，保護裝置測得的二次20Hz電流值最小，在發(fā)生接地故障時，20H z電流會大于上述最小值，而20H z電源及引線故障時，電流會小于上述最小值，因此啟動電流按此最小電流整定。3定值清單定值名稱整定范圍備 注20Hz定子接地保護接地電阻高定值0.10k50.00k接地電阻低定值0.10k50.00k零序動作電流

11、0.01INA10.00INAIN為電流互感器二次額定電流（1A或5A）啟動電壓0.05V20.00V啟動電流0.01INA1.00INAIN為電流互感器二次額定電流（1A或5A）配電變壓器變比1.00500.00電流互感器變比1.00500.00分壓器變比1.0050.00漏電阻0.0099.00漏電抗0.0099.00激磁電阻0.01k99.00k激磁電抗0.01k99.00k高定值延時時間0.20s10.00s低定值延時時間0.20s10.00s零序電流延時時間0.20s10.00s以下為保護軟壓板高定值軟壓板：投入 ×：退出低定值軟壓板：投入 ×：退出零序過流軟壓板

12、：投入 ×：退出4工程應用41 外加交流20Hz電源發(fā)電機定子單相接地保護與雙頻式定子接地保護構成發(fā)電機定子單相接地保護的雙套不同的原理，提高發(fā)電機定子單相接地保護可靠性及發(fā)電機安全運行的可靠性。42 外加交流20Hz電源發(fā)電機定子單相接地保護主要應用于經配電變壓器接地的大中型發(fā)電機組。20Hz電源裝置采用德國由西門子公司生產的20Hz電源裝置和20Hz濾波器。20Hz電源裝置型號為：7XT3110-1/CC，20Hz濾波器，型號為：7XT3200-0/CC。也可采用許繼電公司自制的電源。采用何種電源在訂貨時需要特別注明（兩種電源的價格不一樣）。43保護裝置輸入電壓是經過分壓器的，分

13、壓器的輸入電壓不應取自保護屏，應直接取自中性點接地電阻。如圖1。44 電流互感器的選取20Hz定子一點接地保護包括反映50Hz基波電流的后備保護和反映20Hz測量電阻的主保護，保護裝置的測量電流輸入回路是公用的。因此，中間變流器變比的選擇要兩方面兼顧。對于中間電流互感器的變比選擇原則：（1）在保護靈敏度及測量精度期望值的要求下，首先要保證二次保護裝置的測量精度；（2）在考慮接地故障時基波電流的影響下，選取電流互感器的額定值，不使電流互感器飽和。45 中性點接地電阻值的選?。浩潆娮栉展β蚀笥诨虻扔谌鄬Φ仉娙莸臒o功伏安，為限值動態(tài)過電壓不超過2.6倍額定相電壓，接地電阻（一次值）。46 中性點

14、接地變壓器變比大小與定子單相接地保護靈敏度的相互配合根據20Hz注入電源電壓的幅值一般為13發(fā)電機額定相電壓值的要求來校核中性點接地變壓器的變比選擇的是否合適。47 20Hz電源裝置的輸入電源選取20Hz電源裝置輸入電源通常取自發(fā)電機機端的電壓互感器和廠用電系統(tǒng)供電，正常時使用前者。這樣當發(fā)電機單相接地故障是，仍能可靠供給電源。而且保護不會受到廠用電系統(tǒng)干擾的影響。另外，也可以保證在發(fā)電機停機時，不會有雜散電壓施加在發(fā)電機上。在停機時電源可切換到由廠用電系統(tǒng)供電，進行接地試驗。缺點是增加了電壓互感器的負載。20Hz電源裝置輸入電源也可選取直流電源，在停機時可通過汽輪機轉速檢測器自動斷開輸入電源

15、或用滅磁開關來進行控制。5保護性能測試51技術條件a) 接地電阻定值整定范圍：0.10k50.00k，誤差不超過±10%或0.10k；b) 動作電流整定范圍：0.01In10.00In，誤差不超過±2.5%或±0.01In；c) 動作延時整定范圍：0.20s10.00s當延時時間在0.20s1.00s時，誤差不超過±25ms；當延時時間大于1s時，誤差不超過±2.5%（對于過量保護施加1.2倍動作值進行測試，欠量保護施加0.8倍動作值進行測試）。52測試方法將定子接地保護的硬壓板和軟壓板投入，其他所有保護的硬壓板和軟壓板均退出，接地高定值、低定

16、值、零序過流分別測試。a) 性能測試 接線如圖4：圖4端子為二次電流，端子為經過分壓器后的二次電壓，為測頻電壓。接地電阻計算公式為： 其中：，為電壓分壓器變比，為電流互感器變比，為配電變壓器折算到二次側的漏阻抗，為配電變壓器折算到二次側的激磁阻抗，為接地配電變壓器變比。將高定值判據延時整定為最小，施加20Hz電流、電壓，且電流、電壓值都大于其啟動值，至保護出口指示燈亮，測量電阻應為高定值電阻整定值，誤差符合技術條件要求。將低定值判據延時整定為最小，施加20Hz電流、電壓，且電流、電壓值都大于其啟動值，至保護出口指示燈亮，測量電阻應為低定值電阻整定值，誤差符合技術條件要求。施加20Hz電流、電壓

17、，且電流、電壓值任一項小于其啟動值時，高定值及低定值可靠不動作。施加47.5Hz52.5Hz頻率范圍（大于47.5Hz，小于52.5Hz）的，高定值及低定值的電阻測量誤差應符合技術條件要求。當頻率在此范圍之外時，高定值及低定值不動作。零序電流判據延時整定為最小，施加50Hz電流，至保護出口指示燈亮，所加電流應為零序電流動作整定值，誤差符合技術條件要求。b) 延時時間測試 施加0.8 倍動作電阻（20Hz）, 用毫秒計(或微機測試儀的時間測試功能)測延時，結果應符合技術條件要求（測電阻動作時間時，采用測量阻值從大值降至0.8 倍動作電阻的測試方法）。施加1.2 倍零序動作電流（50Hz）, 用毫

18、秒計(或微機測試儀的時間測試功能)測延時，結果應符合技術條件要求。6 配電變壓器的激磁阻抗及漏電抗的計算61變壓器的T形等效電路圖5變壓器T形等效電路圖變壓器的T形等效電路是一個四端網絡，故參數可以通過空載試驗和短路試驗測出。近似認為短路試驗與空載試驗都是在變壓器的低壓側作試驗，計算的阻抗值為折算到二次側的值。62利用短路試驗及空載試驗計算漏電抗及激磁阻抗a) 短路時計算變壓器的漏阻抗忽略變壓器的激磁阻抗的影響。假設在20Hz的頻率下實測變壓器短路試驗時的短路電流電壓分別為b) 空載時計算變壓器的激磁阻抗忽略變壓器的漏阻抗的影響假設在20Hz的頻率下實測變壓器空載試驗時的空載電流電壓分別為63利用配電變壓器的銘牌值計算激磁阻抗及漏電抗631利用短路試驗銘牌值計算變壓器的漏阻抗632利用空載試驗銘牌值計算變壓器的激磁阻抗舉例如下：樹脂膠注干式接地變壓器：型號：DDBC-50/20；額定容量：50KVA；額定電壓：20/0.865/0.173kV；額定電流：2.5/58/1.2A；負載損耗：727.9W(750C)；阻抗電壓：4.34%；空載損耗：328.1W；空載電流：1.62%。a)短路時計算變壓器的漏阻