浅谈发电机定子接地保护

1. 浅谈发电机定子接地保护

摘要：本文介绍了发变组保护中定子接地保护的要求、分类，并针对我厂新投产机组中南瑞RCS985A主保护的初始计算参数与更改后参数的不一致做了计算说明，最后阐述了发电机定子绕组发生单相接地的危害和故障处理步骤。

关键词：发电机 定子接地保护 计算

1 引言

2014年9月26日，国电宿州（第二）热电有限公司对新投产的两台350MW机组的其中一台进行了大修，然而继电保护校验也是不可缺少的部分。我厂的发变组保护采用的是南瑞继保的两套RCS985A主保护和一套RCS974C非电量保护，当发变组保护校验到定子接地时，发电机系统定值里的“中性点TV副边”定值引起了争议：系统定值里的173V与发变组保护整定计算书中给出的100V不符，这也是我进一步研究发电机定子接地保护的缘由。

2 定子接地保护的要求

发电机运行的安全可靠性是电厂电网系统稳定经济运行的重要保障。伴随电厂单机容量的增大，发电机定子绕组对地电容有所增加，相应定子单相接地电流也不断增大，一旦定子发生单相接地故障，若保护动作不及时可靠，将威胁定子铁芯安全，严重时还会演变成相间或匝间短路故障。另外，定子结构和制造工艺越来越复杂，导致铁芯检修难度增大。这些都对定子单相接地保护动作的实时性、可靠性、准确性等提出更高的要求，装设灵敏度高、可靠性强的100%定子接地保护已成为大型发电机定子接地保护配置研究的重点。

由实践运行经验可知，在发电机运行过程中，可能因定子冷却水管发生局部堵塞、法兰漏水、紧固端子松动引起电位悬浮等造成三次谐波电压比值超过定子接地保护整定值，从而引起100%定子保护动作，而如何针对故障特性有效动作是100%定子保护的重要任务。

3 定子接地保护的分类

目前100%保护区的定子接地保护装置有两类：一类是利用发电机本身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，另一类是外加电源方式的定子接地保护，其应用的原理是发电机正常运行时，三相定子绕组对地绝缘，发生单相接地故障时，定子绕组对地绝缘被破坏，发电机定子回路与大地之间外加一个信号电源，正常运行不产生电流，在发生接地故障后，外加信号电源产生相应的接地电流，使保护动作。由于外加电源方式的定子接地保护可靠性不高，故一般不被采用，大多采用第一类方式。

100%定子绕组接地保护的三次谐波部分是利用机端三次谐波电压作为动作量，利用发电机中性点三次谐波电压作为制动量，构成定子绕组中性点侧约50%保护区的单相接地保护。在正常情况下，基波零序电压很小，接近于零。这时主要是发电机固有三次谐波电压起作用，而中性点的三次谐波电压大于机端三次谐波电压，因保护装置的制动量大于动作量，保护不会误动；100%定子绕组接地保护的的基波零序电压部分利用定子接地时产生的基波零序电压作为动作量，构成定子绕组机端侧约90%保护区的单相接地保护，从而消除了定子接地保护的死区，使保护装置具有100%的动作区。

4 数据分析

图一 发电机定子接地保护配置图

现将大修时发现的异常数据做以下整理：

①原始计算定值由许正亚教授整定：

图二 原始发电机系统定值

图三 原始二次额定电压

图四 原始中性点设备参数计算

正常运行时，中性点电压几乎为零，若此时在发电机机端发生单相接地故障，故障相电压降低，非故障相电压升高，中性点电压最大升高为相电压（203kV）,则中性点PT

2030.20957.7V200.220.46副边抽头所取电压为，因发电机零序电压平衡系数为1.732，将中性

点PT副边抽头所取电压折算到发电机机端：57.71.732100V。

发变组保护技术说明书中给到：“当发电机在额定电压下运行时发生机端发生金属性接地故障，分压器分压后得到的电压应在100V左右”。保护人员为了满足此要求，对上述一系列数据进行了改动。

②更改后的参数定值：

图五 更改后发电机系统定值

图六 更改后二次额定电压

更改后中性点设备参数：

50kVA 20kV/0.22kV

R=0.46Ω 取0.36Ω抽头

0.36220172V0.46 故TV二次额定电压

2030.36100V若此时机端发生单相接地故障，则中性点PT副边抽头所取电压为200.220.46，

因发电机零序电压平衡系数为0.99，将中性点PT副边抽头所取电压折算到发电机机端：

1000.9999V。说明改动后的数值满足技术说明书中的要求。

5 发电机定子接地保护分析

对于发电机组来说，由于发电机外壳都是接地的，因此，定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比较普遍。目前大容量发电机组均采用水内冷冷却方式，使得发生漏水而接地的可能性增大了，另外大型机组高速旋转，振动较大，发生机械损伤接地的可能性也大大增加。由此可见，定子绕组单相接地时发电机最常见的内部故障之一。当接地电流比较大，将在故障点引起电弧时，则可能发展成匝间或相间短路，或者可能在其他地点发生接地，形成两点接地短路，这两种结果都能造成发电机的严重损坏。

由于定子接地危害较大，因此国家规定：当接地电容电流等于或大于5A时，应装设作用于跳闸的接地保护；小于5A时，一般装设作用于信号的接地保护。如今发电机中性点都是不接地或经消弧线圈接地的，因此，当发电机内部单相接地时，流经接地点的电流仍为发电机所在电压网络对地电容电流之和，而不同之处在于故障点的零序电压将随发电机内部接地点的位置而改变。当定子绕组发生单相接地时，三相对地电压不再对称，中性点发生位移，其大小随定子绕组内接地故障点的位置而在0到相电压的范围内做线性变化。

在发电机发生定子绕组接地故障后，运行人员应按以下步骤处理：

1、测量发电机零电压值，初步判断故障区域。

2、试拉合发电机的电压互感器高压侧隔离开关，检查电压互感器高低压保险是否正常，能否复归信号。

3、对发电机系统的设备进行检查，检查时应穿绝缘靴。

4、经上述检查未发现接地点，应进行分割选择。

5、经选择后，根据接地信号的指示范围，进一步查找接地点。

6、接地期间可以适当降低电压运行。

7、找出接地点后应尽快消除，运行时间不能超过两小时。

6 结语

通过对我厂发电机定子接地保护参数的分析得到目前发变组中关于定子接地部分的参数设置是正确且合理的，暂不需要进行改动。分析的同时也让我们认识到了发电机单相接地故障的危害，为了机组的安全运行，我们要重视日常巡视、重视各保护动作情况，阻止小故障扩大为大事故。