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第35卷2007年10月云 南 电 力 技 术YUNNAN ELECTR I C POWER Vo l 35N o 5Oct 2007收稿日期:2007-04-05100%定子接地保护在发电机上的应用李月梅(云南电力试验研究院(集团)有限公司电力研究院,云南 昆明 650051)摘要:通过对大型发电机组100%定子接地保护的原理、作用进行介绍,比较发电机不同中性点接地方式下故障量的特点,进而分析保护的配合情况,并通过现场试验工作中的经验,提出应注意的问题。
关键词:100%定子接地保护 发电机 中性点 三次谐波中图分类号:TM772 文献标识码:B 文章编号:1006-7345(2007)05-0040-021 前言由发电机三次谐波电压元件和基波零序电压元件构成的100%发电机定子接地保护在国内外已获得广泛应用。
现场运行情况表明,基波零序电压保护适用于任何型式的发电机,装置简单,保护性能可靠,保护发电机定子绕组范围的85%~95%(从发电机机端开始),而剩下的5%~15%的部分(位于发电机中性点附近)则要靠三次谐波电压型定子接地保护动作来消除。
近年来,随着继电保护技术和静态继电器的广泛应用,三次谐波电压型定子接地保护在理论和实践上都已成熟。
2 100%定子接地保护原理100%定子接地保护由两部分构成,一部分为基波零序电压保护,另一部分为三次谐波电压定子接地保护。
三次谐波电压型定子接地保护是利用发电机中性点和出线端的三次谐波电压在正常和接地故障时的特点构成的。
正常运行时,发电机中性点的三次谐波电压Un 比出线端的三次谐波电压U s 大;而在发电机定子绕组中性点及其附近范围内发生接地故障时,出线端的三次谐波电压U s 比发电机中性点的三次谐波电压U n 大。
利用其变化的特点,使发电机出口的三次谐波电压U s 作为动作量,中性点的三次谐波电压U n 为制动量,利用绝对值比较原理,当发电机出口三次谐波电压U s 大于中性点的三次谐波电压Un 时,继电器动作。
发电机定子接地保护范围摘要：一、发电机定子接地保护的概述二、发电机定子接地保护的范围三、发电机定子接地保护的工作原理四、发电机定子接地保护的动作处理方法五、发电机定子接地保护的注意事项正文：一、发电机定子接地保护的概述发电机定子接地保护是针对发电机定子绕组单相接地故障而设置的一种保护措施。
其主要目的是确保发电机运行的安全性和稳定性，防止因接地故障导致的设备损坏和人身安全事故。
二、发电机定子接地保护的范围发电机定子接地保护的保护范围包括发电机定子绕组中性点及其附近范围内的接地故障。
对于定子绕组其他部分的接地故障，可以通过反应基波零序电压的保护来实现。
三、发电机定子接地保护的工作原理发电机定子接地保护通常由基波零序电压保护和三次谐波电压保护两部分组成。
基波零序电压保护可以保护定子绕组中性点及其附近95% 范围内的接地故障，而三次谐波电压保护则可以保护定子绕组机尾至机端30% 区域内的接地故障。
两者相结合，构成了100% 的发电机定子接地保护。
四、发电机定子接地保护的动作处理方法当发电机定子接地保护检测到接地故障时，保护装置将根据设定的时限进行动作处理。
基波零序电压保护的动作时限通常为3 秒，三次谐波电压保护的动作时限通常为5 秒。
动作后，保护装置将触发解列灭磁，以确保发电机的安全运行。
五、发电机定子接地保护的注意事项在使用发电机定子接地保护时，应注意以下几点：1.确保保护装置的设置合理，以避免误动或漏动。
2.定期对保护装置进行检查和维护，以保证其正常工作。
3.在发生接地故障时，及时采取措施进行处理，以避免故障扩大。
发电机 100%注入式定子接地保护运行分析摘要：某电厂#2发电机首次并网前，发电机100%定子接地保护测量的接地电阻值显示正常。
在发电机并网后，发电机100%定子接地保护测量的接地电阻值随着机组功率的上升呈明显下降的趋势。
发电机100%定子接地保护跳闸段的定值为98Ω，出口方式为全停II，即跳发电机出口断路器，跳灭磁开关，关主汽门。
报警段的定值为573Ω，发报警信号。
在2#机组停机小修期间，对2#发电机100%定子接地保护的实现原理、调试方法和运行数据进行仔细研究，对设计的接线方式、设备参数和定值进行了全面复核，最终确定了2#发电机100%定子接地保护测量的接地电阻值随着机组功率的上升呈明显下降的根本原因，并制定和实施了切实有效的解决措施。
关键词：注入式接地保护、三次谐波、传变系数、放大效应一、原理简介西门子100%定子接地保护采用20Hz电压注入式原理，在发电机中性点通过发电机中性点接地变压器注入频率为20Hz、幅值约为25V的交流电压，测量该回路的电压和电流，来计算发电机定子的对地绝缘电阻值。
2#发电机首次并网前，保护A柜和C柜发电机100%定子接地保护测量的接地电阻值显示正常。
在发电机并网后，发电机100%定子接地保护测量的接地电阻值随着机组功率的上升呈明显下降的趋势，在50%功率平台已接近报警值，威胁机组的稳定运行。
二、根本原因分析和确定通过对西门子发电机100%定子接地保护的实现原理、调试方法和运行数据进行仔细研究，并组织了包括发变组保护厂家人员、设计人员、调试人员及继电保护专业人员等进行集中研讨和分析，确定100%定子接地保护接地电阻的测量值下降可能由以下原因造成：保护装置的数学模型和参数补偿方式问题和设备原因。
1、保护装置的数学模型和参数补偿方式问题在发电机并网提升功率的过程中，三次谐波电流值随发电机功率的上升呈明显增加的趋势，如下表所示。
在每个功率平台，三次谐波的值是相对稳定的。
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=αE3US3=(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，US 3=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＞UN3时保护动作，则在发电机正常运行时保护不会误动，而在发电机中性点附近发生接地时，保护具有很高的灵敏度。
用这种原理构成的发电机定子绕组单相接地保护，可以保护定子绕组中性点及其附近范围内的接地故障，对其余范围则可用反应基波零序电压的保护，从而构成了100%发电机定子绕组接地保护。
发电机定子接地保护动作分析及处理摘要：随着时代发展推动各个行业不断进步。
本文对发电机定子接地保护常用方法进行介绍，对各保护方法原理及优缺点进行了深入的研究和分析，总结出了发电机定子保护的可靠措施。
关键词：发电机系统；定子接地保护；动作分析1发电机定子接地保护原理目前大容量汽轮发电机组广泛采用的是双频式100%的定子接地保护及外加电源注入式定子接地保护。
发电机定子100%接地保护就是对发电机定子发生接地故障时进行无死区的保护，采用基波零序电压式定子接地保护加三次谐波电压定子接地保护，通过这两种保护相互配合，达到大容量机组100%定子接地保护要求。
注入式定子接地保护，是在发电机中性点接地变二次侧注入一个方波电源，当发电机定子接地时，通过参数的变化，反映出发电机定子发生接地故障。
1.1双频式100%的定子接地保护由基波零序电压式接地保护与三次谐波式接地保护构成，能检查出发电机内部的任何点的接地故障。
是利用发电机固有的电势在定子接地故障时所产生的相应的电流或电压作为保护的动作参量。
(1)基波零序电压定子接地保护基波零序电压能够保证发电机在85%-95%的定子绕组单相接地保护，基波零序电压依靠发电机零序电压大小来判断定子绕组是否接地。
基波零序电压保护可反映α大于10%以上范围的定子绕组接地故障，且故障点越远离发电机中性点时基波零序电压动作量越大，从而保护灵敏度越高。
其中α为发电机定子绕组发生单相接地时，接地点距离中性点的距离。
基波零序电压保护设两段定值，一段为灵敏段，另一段为高定值段。
灵敏段基波零序电压保护动作于信号时，其动作方程为U0n ＞U0zd，式中:U0n为发电机中性点零序电压;U0zd为零序电压定值。
灵敏段动作于跳闸时，还需经主变高压侧零序电压闭锁，以防止区外接地故障时定子接地基波零序电压灵敏段误动。
高定值段基波零序电压保护，动作方程为U0n＞U0hzd，保护动作于信号或跳闸均不需经主变高、中压侧零序电压辅助判据闭锁。
发电机定子接地保护范围【最新版】目录一、发电机定子接地保护的必要性二、发电机定子接地保护的原理与保护范围1.基波零序电压保护2.三次谐波电压保护三、发电机定子接地保护的构成与实现1.基波零序电压保护与三次谐波电压保护的结合2.采用注入式定子接地保护四、发电机定子接地保护的注意事项1.故障点电流不应超过安全电流五、发电机定子接地保护的作用与意义正文一、发电机定子接地保护的必要性发电机定子接地保护是确保电力系统安全稳定运行的重要措施之一。
在发电过程中，由于各种原因可能导致发电机定子绕组出现接地故障，如绝缘损坏、潮湿环境、操作失误等。
这些故障可能导致设备损坏、人身安全受到威胁，甚至引发火灾等严重后果。
因此，对发电机定子接地保护进行研究和实践具有重要的现实意义。
二、发电机定子接地保护的原理与保护范围发电机定子接地保护主要包括基波零序电压保护和三次谐波电压保护。
1.基波零序电压保护基波零序电压保护主要针对发电机定子绕组中性点附近的接地故障进行保护。
在正常运行状态下，发电机定子绕组存在不平衡电压，包括基波和三次谐波。
当发生接地故障时，基波零序电压会出现明显变化，因此可以通过检测基波零序电压的变化来实现对中性点附近接地故障的保护。
保护范围：基波零序电压保护可以保护定子绕组中性点及其附近范围内的接地故障，保护范围约占整个定子绕组的 95%。
2.三次谐波电压保护三次谐波电压保护主要针对发电机定子绕组机尾至机端 30% 区域的接地故障进行保护。
在发电机运行过程中，三次谐波电压是定子绕组接地故障的特征之一。
因此，通过检测三次谐波电压的变化，可以实现对机尾至机端 30% 区域内的接地故障的保护。
保护范围：三次谐波电压保护可以保护机尾至机端 30% 区域的定子绕组单相接地故障，保护范围约占整个定子绕组的 30%。
三、发电机定子接地保护的构成与实现为了实现 100% 的发电机定子绕组接地保护，可以将基波零序电压保护和三次谐波电压保护结合起来，形成一个完整的保护体系。
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。
3、突加电压保护
下面仅介绍GE公司G60保护（以低电压元件作为停机鉴别元件）的突加电压保护逻辑。
该保护主要用于保护发电机在盘车或减速时发生误合闸，还可以用来作为“同期失败”保护。
低压元件和发电机离线状态的逻辑配合有“与”和“或”的逻辑可供选择（由控制字“UV or Offline”选择）。
当选择“或”逻辑时，同期失败保护投入。
