發(fā)電機(jī)自產(chǎn)縱向零序電壓匝間保護(hù)

孫改改

摘 要：大型機(jī)組發(fā)電機(jī)電氣量保護(hù)都按照雙重化配置原則，由于發(fā)電機(jī)機(jī)端只有一組匝間專用PT，兩套保護(hù)均取自匝間專用PT的開(kāi)口三角，一旦該P(yáng)T出現(xiàn)異常，兩套定子匝間保護(hù)均會(huì)受到影響。目前，國(guó)內(nèi)已多次發(fā)生定子匝間故障，并且某些機(jī)組由于未配置定子匝間保護(hù)，無(wú)法快速切除匝間故障，最終轉(zhuǎn)化成相間短路故障，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本文研究了一種既不依賴于匝間專用PT，同時(shí)又能達(dá)到縱向零序電壓匝間保護(hù)性能的新原理。雙套配置的定子匝間保護(hù)方案為：一套縱向零序電壓匝間保護(hù)原理，另一套采用不依賴于專用PT的匝間保護(hù)新原理，實(shí)現(xiàn)兩套保護(hù)輸入通道的完全獨(dú)立，提高發(fā)電機(jī)的安全性及可靠性。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī);縱向零序電壓;匝間保護(hù)

中圖分類號(hào)：TM31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）16-0115-03

Abstract： The electric quantity protection of large-scale generator is based on the principle of double configuration. As there is only one group of PT dedicated to turn-to-turn， both sets of protection are taken from the open triangle of PT dedicated to turn-to-turn， two sets of stator turn-to-turn protection are affected. At present， there have been many stator turn-to-turn faults in our country， and some units can not cut off the turn-to-turn faults quickly because they are not equipped with stator turn-to-turn protection， which finally turns into inter-phase short circuit fault. In this paper， a new principle was studied， which not only does not depend on the inter turn special Pt， but also can achieve the performance of longitudinal zero sequence voltage inter turn protection. The two sets of stator turn to turn protection scheme are as follows： one set of longitudinal zero sequence voltage turn to turn protection principle， the other set adopts the new turn to turn protection principle which does not depend on the special PT to realize the complete independence of the two sets of protection input channels and improve the safety and reliability of the generator.

Keywords： generator;longitudinal zero sequence voltage; turn-to-turn protection

大型機(jī)組發(fā)電機(jī)電氣量保護(hù)都按照雙重化配置原則，由于發(fā)電機(jī)機(jī)端只有一組匝間專用PT，2套保護(hù)均取自匝間專用PT的開(kāi)口三角，一旦該P(yáng)T出現(xiàn)異常，2套定子匝間保護(hù)均會(huì)受到影響，因此，不符合雙重化保護(hù)輸入通道相互獨(dú)立的要求。為了解決現(xiàn)有發(fā)電機(jī)定子匝間保護(hù)方案存在的上述問(wèn)題，本文研究了一種既不依賴于匝間專用PT，同時(shí)又能達(dá)到縱向零序電壓匝間保護(hù)性能的新原理。

1 國(guó)內(nèi)發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)現(xiàn)狀

現(xiàn)代大型發(fā)電機(jī)的定子繞組，由于在定子同一槽的上、下層線棒會(huì)出現(xiàn)同相不同匝數(shù)的定子線棒，因而會(huì)發(fā)生發(fā)電機(jī)定子繞組的匝間短路故障，為此大型發(fā)電機(jī)要安裝匝間保護(hù)。匝間保護(hù)通常有以下幾種方式。第一，橫差保護(hù)。當(dāng)定子繞組出現(xiàn)并聯(lián)分支且發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)有6個(gè)引出頭時(shí)采用。橫差保護(hù)接線簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、靈敏度高。第二，零序電壓原理的匝間保護(hù)，采用專門電壓互感器測(cè)量發(fā)電機(jī)3個(gè)相電壓不對(duì)稱而生成的零序電壓，該保護(hù)由于采用了三次諧波制動(dòng)，故大大提高了保護(hù)的靈敏度與可靠性。第三，負(fù)序功率方向匝間保護(hù)。利用負(fù)序功率方向判斷是發(fā)電機(jī)內(nèi)部不對(duì)稱還是系統(tǒng)不對(duì)稱故障，保護(hù)的靈敏度很高。近年來(lái)的運(yùn)行表明，該保護(hù)在區(qū)外故障時(shí)發(fā)生誤動(dòng)必須增加動(dòng)作延時(shí)，故限制了它的使用[1-5]。由于定子繞組中性點(diǎn)引出方式比較單一，無(wú)法配置不完全縱差動(dòng)保護(hù)、裂相橫差保護(hù)、單元件橫差保護(hù)等高靈敏定子匝間故障保護(hù)，一般配置縱向零序電壓匝間保護(hù)。該保護(hù)取機(jī)端匝間專用PT（PT的中性點(diǎn)與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)直接相連且不接地，如圖1所示）開(kāi)口三角零序電壓作為動(dòng)作量。

大型機(jī)組發(fā)電機(jī)電氣量保護(hù)都按照雙重化配置原則，由于發(fā)電機(jī)機(jī)端只有一組匝間專用PT，2套保護(hù)均取自匝間專用PT的開(kāi)口三角，一旦該P(yáng)T出現(xiàn)異常，2套定子匝間保護(hù)均會(huì)受到影響，因此，不符合雙重化保護(hù)輸入通道相互獨(dú)立的要求。

此外，某些大型機(jī)組從國(guó)外進(jìn)口，國(guó)外廠家承諾該類型機(jī)組從結(jié)構(gòu)上不會(huì)發(fā)生定子匝間短路故障，并且發(fā)電機(jī)已經(jīng)配置了無(wú)死區(qū)的100%定子接地保護(hù)，因此，一般未配置定子匝間保護(hù)專用PT和定子匝間保護(hù)功能。實(shí)際上，發(fā)電機(jī)定子匝間故障除了匝間短路外，還包括定子繞組分支開(kāi)焊故障，并且定子繞組中性點(diǎn)附近的單相接地故障主要靠三次諧波電壓型定子接地保護(hù)去反映，一般動(dòng)作于信號(hào)，對(duì)快速切除定子匝間故障無(wú)能為力，所以，某些大型機(jī)組沒(méi)有定子匝間保護(hù)，存在一定的安全隱患。

對(duì)于機(jī)端沒(méi)有匝間專用PT的發(fā)電機(jī)，可以應(yīng)用負(fù)序功率方向匝間保護(hù)原理，負(fù)序功率計(jì)算的電壓取自發(fā)電機(jī)機(jī)端PT，電流可以采用機(jī)端電流或中性點(diǎn)電流。但該原理存在以下不足：發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前，由于沒(méi)有電流，無(wú)法計(jì)算功率，因此該階段不能反映定子匝間故障。

目前，國(guó)內(nèi)已多次發(fā)生定子匝間故障，并且某些機(jī)組由于未配置定子匝間保護(hù)，無(wú)法快速切除匝間故障，最終轉(zhuǎn)化成相間短路故障，從而造成了巨大的損失。

2 自產(chǎn)縱向零序電壓匝間保護(hù)理論的基礎(chǔ)

另外，需考慮采取防止TV一次、二次斷線導(dǎo)致自產(chǎn)縱向零序電壓保護(hù)誤動(dòng)的措施。

4 自產(chǎn)縱向零序電壓匝間保護(hù)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方案

本方案需要單獨(dú)開(kāi)發(fā)自產(chǎn)縱向零序電壓匝間保護(hù)裝置1臺(tái)，使用標(biāo)準(zhǔn)4U機(jī)箱。可單獨(dú)組屏，也可以與發(fā)變組保護(hù)裝置A套（或B套，視屏柜內(nèi)部空間情況）共組于一面屏柜。若采用單獨(dú)組屏方案，組屏示意圖如圖3所示。保護(hù)裝置需要引入的電氣量包括：發(fā)電機(jī)機(jī)端零序電壓、中性點(diǎn)零序電壓、發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電流、發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓。如果一次PT和CT有單獨(dú)的繞組可供選擇，則使用單獨(dú)的二次回路;否則，可以與發(fā)電組保護(hù)共用電壓和電流。另外，需要引入發(fā)電機(jī)機(jī)端斷路器位置，以確定發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)狀態(tài)。

保護(hù)可以作用于報(bào)警或跳閘，可整定選擇。

5 自產(chǎn)縱向零序電壓匝間保護(hù)保護(hù)實(shí)現(xiàn)意義

第一，對(duì)已安裝匝間專用PT的機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了雙套不同原理的匝間保護(hù)配置，克服了以往雙套定子匝間保護(hù)取自同一組PT的不足，提高了定子匝間保護(hù)的可靠性。

第二，對(duì)未安裝匝間專用PT的機(jī)組，可實(shí)現(xiàn)匝間保護(hù)功能配置。

第三，完善了發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)功能配置，促進(jìn)了機(jī)組保護(hù)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。

第四，本保護(hù)方案同樣可適用于火電機(jī)組、核電機(jī)組和燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組，有廣闊的應(yīng)用前景，能產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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