淺析發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動作的原因及處理

摘要：文章介紹了發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的要求以及保護(hù)方式，用實(shí)例對發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動作進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的處理措施，為其在大中型機(jī)組上安全有效的運(yùn)行提供了重要的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；定子接地；電壓互感器

中圖分類號：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）07-

隨著電力事業(yè)在我國的飛速發(fā)展，一些地區(qū)開始呈現(xiàn)出小電網(wǎng)大機(jī)組的特征，再加之單機(jī)容量的不斷增大，使得定子接地保護(hù)越來越重要。一般情況下發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)都采用經(jīng)高阻抗接地的方式或不接地的方式，如果定子繞組采用單相接地，就可能會導(dǎo)致匝間短路或發(fā)電機(jī)定子繞組相間，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)電壓系統(tǒng)在流過故障點(diǎn)時(shí)對地的電容電流而生成的電弧可能會將鐵芯灼傷。

1 發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的要求

大型發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一旦損壞會很難修復(fù)，并且大型發(fā)電機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的地位十分重要，所以需要在大型發(fā)電機(jī)上安裝無動作死區(qū)，且靈敏度較高的定子單相接地保護(hù)。針對于主變壓器直接連接的大規(guī)模的發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)的要求是可以查出發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)周圍保護(hù)范圍為100%的接地故障，并且要求還需要可以監(jiān)測出水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近的繞組絕緣下降，絕緣水平會因?yàn)橹行渣c(diǎn)附近的漏水現(xiàn)象而降低，不斷的漏水現(xiàn)象還可能導(dǎo)致線棒在相鄰線槽中絕緣或者同一線槽的損壞，進(jìn)而引發(fā)相間短路或匝間短路。出線端附近如果出線接地故障，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)對地電壓的升高會導(dǎo)致靠近中性點(diǎn)的絕緣下降以及發(fā)生部分閃絡(luò)，最終引發(fā)兩點(diǎn)接地故障和發(fā)電機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞。在母線上直接聯(lián)接著的發(fā)電機(jī)定子繞組如果出線單相接地故障，在忽略消弧線圈的補(bǔ)償作用并且發(fā)電機(jī)電壓網(wǎng)絡(luò)的接地電容電流超過5A的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)安裝跳閘與動作的接地保護(hù)。然而，如果沒有設(shè)置安裝專門的定子繞組接地保護(hù)，那么可以利用與母線電壓互感器連接的絕緣監(jiān)視設(shè)備產(chǎn)生信號。在發(fā)電機(jī)電壓回路三相對地電容電流超過5A的情況下，應(yīng)當(dāng)安裝消弧線圈予以補(bǔ)償，如果三相對地電容電流少于5A的情況下，可以在接地點(diǎn)運(yùn)行少許時(shí)間之后適時(shí)移轉(zhuǎn)負(fù)荷和停機(jī)。據(jù)此我們認(rèn)為接地電容電流大于5A的情況下，鐵芯由于灼傷嚴(yán)重將很難修復(fù)；如果接地電容電流少于5A的情況下，鐵芯只是被輕微灼傷。事實(shí)上在運(yùn)行中，定子鐵芯可以被允許存在適當(dāng)?shù)膿p壞，被熔化鐵芯的體積和被熔化的迭片數(shù)量和鐵芯被灼傷的程度都需要限制在一點(diǎn)的范圍內(nèi)。

2 發(fā)電機(jī)定子接地的保護(hù)方式

發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)裝置在100%保護(hù)區(qū)大致可以分為兩大類：首先是定子接地故障時(shí)利用發(fā)電機(jī)自身的電勢產(chǎn)生相對應(yīng)的電壓或電流作為保護(hù)的參量。另外定子接地保護(hù)的方式是外加電源的，這種發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)裝置的原理是當(dāng)發(fā)電機(jī)在正常的運(yùn)行過程中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障以及三相定子繞組對地絕緣時(shí)，將損壞定子繞組對地絕緣，加入一個(gè)信號電源在大地和發(fā)電機(jī)定子回路之間，如果運(yùn)行正常，則不會有電流產(chǎn)生，一旦接地故障再次發(fā)生，則會引發(fā)相應(yīng)的保護(hù)動作，即相對應(yīng)的接地電流由外加信號電源產(chǎn)生。通常情況下都采用第一種類型，這是由于定子接地保護(hù)的方式是外加電源的不可靠。

2.1 零序電流定子接地保護(hù)

零序電流定子接地保護(hù)裝置通常是由安裝在發(fā)電機(jī)端的電流繼電器和相應(yīng)的零序電流互感器組成。如果發(fā)電機(jī)零序電流保護(hù)接在零序電流互感器上，那么它的整定值的選擇可以是：（1）零序電流定子接地保護(hù)裝置的一次動作電流的靈敏度應(yīng)當(dāng)較高，并且不能超過5A。（2）在外部的單相接地被避免時(shí)，零序電流互感器的一次側(cè)三相導(dǎo)線和發(fā)電機(jī)自身的電容電流排列不對稱，會引發(fā)的不平衡電流在二次側(cè)。（3）為避免外部單相接地發(fā)電機(jī)的瞬間暫態(tài)電容電流的影響，則保護(hù)裝置通常需要1～2s的時(shí)限。（4）在相間保護(hù)動作的時(shí)候需要把接地保護(hù)鎖閉，以避免外部相間短路引發(fā)的不平衡電流，造成接地保護(hù)的誤動作。

2.2 基波零序電壓定子接地保護(hù)

基波零序電壓在發(fā)電機(jī)定子回路的各點(diǎn)是相同的，所以定子接地保護(hù)以基波零序電壓作動作參量根本無法區(qū)分接地故障點(diǎn)在發(fā)電機(jī)的外部或者內(nèi)部。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)在大中型發(fā)電機(jī)組中如果以消弧線圈接地的時(shí)候，定子接地僅發(fā)信號，同時(shí)較小數(shù)值的故障電流被補(bǔ)償；如果發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)在大中型發(fā)電機(jī)組中以接地變壓器高阻接地的時(shí)候有較大的故障電流。動作電壓一般以5～15V為宜，為使保護(hù)動作的選擇性得到保護(hù)，避免高壓側(cè)接地故障的耦合過電壓和在正常運(yùn)行過程中產(chǎn)生的不平衡電壓。由于此種保護(hù)有超過5%死區(qū)，所以在中小型機(jī)組的發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)中較為適用。

2.3 100%定子接地保護(hù)

針對大中型機(jī)組來說，如果出現(xiàn)機(jī)械損傷或者其他情況時(shí)，在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)周圍的繞組比較容易出現(xiàn)接地故障。如果沒有立即發(fā)現(xiàn)和處理此種故障，則容易造成定子兩點(diǎn)接地故障、相間短路或者匝間短路。因此，100%的定子繞組的接地保護(hù)裝置在現(xiàn)代大中型機(jī)組中是必不可少的。

3 發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動作的實(shí)例分析

3.1 發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動作的原因分析

100%定子繞組接地保護(hù)在很多發(fā)電廠可能出現(xiàn)誤動，經(jīng)分析這種情況歸因于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地的方式。一般當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或者直接接地時(shí)，機(jī)端三次諧波電壓通常要小于中性點(diǎn)的三次諧波電壓。機(jī)端三次諧波電壓在電機(jī)的中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器接地時(shí)通常要大于中性點(diǎn)的三次諧波電壓，保護(hù)裝置的動作量大于制動量，保護(hù)出現(xiàn)誤動作。

3.2 處理措施

通常情況下，接地變壓器高阻接地故障電流大約是接地電容電流的1.4倍。接地故障電流會隨著接地變壓器電抗的增大而減小。這不僅會導(dǎo)致限流作用和消弧線圈相比相差甚遠(yuǎn)，故障點(diǎn)能量加大，而且還可能造成故障電流增大，提高了可靠性和保護(hù)靈敏度。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地的方式要與發(fā)電機(jī)定子接地的保護(hù)方式相適應(yīng)，依據(jù)我國相應(yīng)的發(fā)電機(jī)單相接地電流允許值的規(guī)定來限制保護(hù)投入方式，投跳閘需要在接地電流比允許電流大的時(shí)候，而投信號在接地電流允許的電流值范圍之內(nèi)。

4 結(jié)語

發(fā)電機(jī)在實(shí)際的運(yùn)行過程中，應(yīng)當(dāng)能夠應(yīng)對突發(fā)性情況，及時(shí)、積極地處理故障，盡可能地把損失降低到最低。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接點(diǎn)方式的選擇需要考慮傳遞過電壓對絕緣的損耗、暫態(tài)過電壓、定子單相接地故障電流對鐵芯的消耗、正常運(yùn)行情況下的中性點(diǎn)位移電壓以及定子單相接地保護(hù)的出口和整定的動作方式等問題。

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作者簡介：王立文（1975-），吉林白山人，供職于華潤電力（賀州）有限公司，研究方向：機(jī)電保護(hù)。

（責(zé)任編輯：劉 晶）