发电机定子接地保护定值的整定配合分析

发电机定子接地保护定值的整定配合分析

黄文生

中国能源建设集团华南电力试验研究院有限公司 广东 广州 510000

前言：发电机定子接地故障是发电机运行中常见的故障，一旦发电机发生单相接地故障，故障点与定子绕组间会产生电容电流和过电压，可能导致绕组等绝缘破坏，危害发电机设备和影响发电机组及系统安全运行。 本文对发电机定子接地保护配置分析和南方A电厂发变组保护改造后发电机定子接地保护定值的整定配合分析。

国内标准中发电机定子绕组接地故障电流允许值如下表：

表（1）

发电机组在实际运行中，当定子绕组接地故障电流小于允许值时，定子接地保护会动作于发信号，电厂可申请平稳地停机后，组织相关人员处理故障。而当故障电流大于允许值时，定子接地保护经短延时后动作于跳闸。

为了发电机组的安全运行和发电机设备安全，配置发电机定子接地保护是一种有效的方法。由此显得发电机定子接地保护相关定值的正确整定配合尤为重要。

根据《南方电网大型发电机及发变组保护技术规范QCSG110033-2012》，发电机组定子接地保护应装设保护区为100%的定子接地保护作为发电机定子绕组单相接地故障保护。双频分离式100％定子接地保护由反应近机端侧单相接地的基波零序过电压保护和反应近中性点侧单相接地的三次谐波过电压保护两部分组成。

南方A电厂采用发变组单元接线，发电机与主变压器之间不设置发电机出口断路器，发电机中

性点经接地变压器接地，主变高压侧接地方式采用直接接地或者经间隙接地，低压侧为不接地系统。

主接线图如图（1）：

图（1）

#1发电机采用东方电机厂生产的型号为QFSN-330-2-20B，额定功率为330MW。

#1主变采用衡阳特变电工生产的型号为SFP10-407000/220，额定容量为407kVA。

1.发电机定子接地保护基波零序电压整定。

#1发变组保护改造后发电机保护采用南瑞生产的PCS-985B系列的双套保护装置。配置的发电机定子接地保护中，基波零序电压保护发电机 85～95％的定子绕组单相接地。保护动作逻辑如图（2）。

图（2）

定子接地保护由接于发电机中性点电阻上的过压元件实现的，希望保护95%的定子绕组。

1.1 定子接地灵敏段动作电压值整定

定子接地灵敏段动作电压值的整定根据实际设计的电压取源不同而整定，具体分一下几种：

（1）保护电压量取自发电机机端电压互感器的开口三角绕组。

按躲过正常运行时机端三相电压互感器开口三角绕组的最大不平衡电压整定：

为可靠系数，一般取值范围为1.2～1.3；

为发电机运行时实测的开口三角绕组最大不平衡基波零序电压。

一般取发电机额定二次线电压值的0.05～0.1倍。如A发电厂发电机机端电压互感器变比为： 时，发电机的二次额定线电压为100V,则灵敏段动作电压值的取值范围为5～ 10 V 。

（2）保护电压量取自中性点单相电压互感器或中性点接地变压器二次电压。

按躲过正常运行时发电机中性点的最大不平衡电压整定：

为实测发电机中性点侧最大不平衡基波零序电压。

一般取： 。

1）发电机中性点采用单相电压互感器接地时：

a.当互感器二次额定电压为100V时，整定值可取值：5～10 V。

b.当互感器二次额定电压为57.7V时，整定值可取值：３～６V。

2）发电机中性点采用配电变压器接地时：

配电变压器变比为 时，U_gnn= V，则：U_op＝（0.05～0.1） 。 为配电变压器实际抽取的二次电压。

A发电厂中#1发电机中性点接地设计为经配电变压器接地 ，配电变压器的主要参数包括：一次额定电压：20kV，二次额定电压：0.23kV ；保护用二次抽取电压：230V。

所以，发电机定子接地保护灵敏段电压定值整定：

动作延时整定：t=0.5s 。

1.2 耦合电压校核

为防止区外接地故障造成发电机定子接地保护保护发生误动，需要校核系统高压侧发生接地故障时传递至发电机侧的零序电压Ug0有多大，当Ug0大于发电机定子接地灵敏段动作电压Uop时，一旦系统高压侧发生单相接地故障就会造成发电机定子接地保护误动作，所以发电机接地保护电压动作整定值需躲过耦合电压Ug0。

A发电厂#1发变组发电机定子接地保护耦合电压校核过程如下：

从变压器本体试验报告得出：

主变三相绕组耦合电容：

主变单相绕组耦合电容：

发电机中性点接地变二次绕组连接电阻值为：0.5Ω。

3倍发电机中性点对地基波阻抗：

高压侧系统基准电压为230kV， 为系统侧接地短路时产生的基波零序电动势。

根据容抗计算公式： ，可得：

主变三相低压绕组耦合电容：

主变单相低压绕组对地电容：

从发电机参数表得出发电机每相对地电容Cg：0.255μF。

式中：Cg为发电机每相对地电容；

CL为主变单相低压绕组对地电容；

C1高厂变高压绕组每相对地电容0.01μF；

CZ为机端外接元件每相对地总电容0.01μF；

1. 当主变中性点直接接地时：

高压侧系统接地时传递至发电机中性点电压：

二次值：

2. 当主变中性点不接地时：

高压侧系统接地时传递至发电机中性点电压：

二次值：

所以发电机定子接地保护灵敏段电压定值整定13.3V，能躲过系统高压侧接地短路时传递到发电机侧的零序电压Ug0。

1.3. 定子接地保护动作电压高值

a) 按躲过系统高压侧接地短路时传递到发电机侧的零序电压Ug0整定：

式中：Krel：可靠系数，取1.2。

经验值：

动作延时整定：t=0.3s。

2. 发电机三次谐波定子接地保护

图（3）定子接地保护范围示意图

图（4）三次谐波电压等效图

由图（4）整理可得：

发电机中性点三次谐波电压: ；

发电机机端三次谐波电压: ；

机端与中性点三次谐波电压比： 。

100％定子接地保护由发电机三次谐波定子接地保护实现。发电机组正常运行时，相电压中存在三次谐波电压，经实际测量发电机机端三次谐波电压值U3T小于发电机中性点三次谐波电压值U3N。

因此：当U3TU3N，三次谐波定子接地保护经延时后动作。

A发电厂发变组保护PCS-985B发电机保护中，机端、中性点三次谐波比较元件为定子绕组中性点侧接地故障提供保护，它和中性点过电压元件一起构成100%定子接地保护，定子绕组单相接地保护中的三次谐波部分仅动作于信号。

动作判据为：

式中， 为机端三次谐波电压向量， 为中性点三次谐波电压向量， 为调整系数向量，装置自动跟踪调整； 为制动系数，取0.3。

延时整定：躲过区外故障后备保护延时，主变高压侧零序接地保护II段延时为6.5s，所以三次谐波定子接地保护延时t=6.5+0.3=6.8s，动作于信号。

结束语：发电机定子接地故障是发电机组运行常见的一种故障，为了保证机组正常运行和故障时准确可靠的切除故障点，定值整定的正确可靠性尤为重要。本文主要分析了发电机定子接地保护配置和某A电厂发电机保护中的定子接地保护定值整定过程。

引用：

Q/CSG 1204025-2017《南方电网大型发电机变压器继电保护整定计算规程》

南方电网大型发电机及发变组保护技术规范QCSG110033-2012