注入式定子接地保護(hù)離線(xiàn)整定平臺(tái)研究

吳禮貴，羅紅俊（三峽水力發(fā)電廠(chǎng)，湖北 宜昌 443000）

注入式定子接地保護(hù)離線(xiàn)整定平臺(tái)研究

吳禮貴，羅紅俊
（三峽水力發(fā)電廠(chǎng)，湖北 宜昌 443000）

摘要：發(fā)電機(jī)保護(hù)新投運(yùn)前需對(duì)定子接地保護(hù)整定補(bǔ)償參數(shù)，保證保護(hù)測(cè)量準(zhǔn)確。補(bǔ)償參數(shù)整定建立在模擬接地試驗(yàn)基礎(chǔ)上，不斷的重復(fù)接地試驗(yàn)，調(diào)整參數(shù)，直到測(cè)量準(zhǔn)確，這種方法效率較低。為解決該問(wèn)題，提高工作效率，本文對(duì)注入式定子接地保護(hù)原理進(jìn)行研究和分析，找出了南瑞發(fā)變組保護(hù)中注入式定子接地保護(hù)測(cè)量接地電阻的方法，并對(duì)其進(jìn)行仿真，通過(guò)試驗(yàn)，證明了仿真的正確性。在仿真正確的基礎(chǔ)上，建立了注入式定子接地保護(hù)離線(xiàn)整定平臺(tái)。通過(guò)做3次不同阻值的定子接地試驗(yàn)，即可整定出注入式定子接地保護(hù)的補(bǔ)償參數(shù)，并通過(guò)試驗(yàn)證明了平臺(tái)的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：定子接地保護(hù)；注入式；離線(xiàn)整定；補(bǔ)償值

1引言

大型水電機(jī)組要求配備100%定子接地保護(hù)，三峽電廠(chǎng)機(jī)組均配備了注入式定子接地保護(hù)。注入式定子接地保護(hù)原理簡(jiǎn)單，物理意義明確，靈敏度在整個(gè)定子接地范圍內(nèi)一致，不受故障接地位置的影響，在發(fā)電機(jī)停止和運(yùn)行過(guò)程中均能起到保護(hù)作用[1]。定子接地保護(hù)中有多項(xiàng)參數(shù)需要現(xiàn)場(chǎng)整定，整定方法為在現(xiàn)場(chǎng)模擬定子接地，由保護(hù)裝置測(cè)量接地電阻值大小，通過(guò)調(diào)整保護(hù)裝置補(bǔ)償參數(shù)，直至測(cè)量值與接地電阻值在誤差允許范圍內(nèi)。定子接地保護(hù)要求接地電阻在0～30kΩ內(nèi)均測(cè)量準(zhǔn)確，需多次調(diào)整補(bǔ)償參數(shù)，才能將補(bǔ)償參數(shù)調(diào)整正確，此工作耗時(shí)耗力。在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)更不具備精確整定參數(shù)的條件，只能在靜態(tài)試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單調(diào)整。為此，本文從注入式定子接地保護(hù)的原理出發(fā)，分析其實(shí)現(xiàn)原理，確定了南瑞RCS-985GW注入式定子接地保護(hù)裝置的測(cè)量計(jì)算方法并進(jìn)行仿真，通過(guò)試驗(yàn)證明了仿真的正確性。在仿真試驗(yàn)正確的基礎(chǔ)上，建立了注入式定子接地保護(hù)離線(xiàn)整定平臺(tái)，并通過(guò)試驗(yàn)確定了平臺(tái)的可用性。

2RCS-985GW注入式定子接地測(cè)量計(jì)算方法及仿真

注入式定子接地是在接地變二次負(fù)載兩端注入20Hz電壓，保護(hù)裝置在接地變二次側(cè)采集20Hz電壓和電流，計(jì)算接地電阻判斷故障情況，其原理如圖1所示[2、3]。

圖1中：n為內(nèi)阻，T為接地變壓器，變比為n，-j 20為20Hz注入源，g為定子單相接地過(guò)渡電阻，保護(hù)裝置經(jīng)負(fù)載電阻為定子對(duì)地容抗，n采集接地變壓器二次側(cè)20Hz電壓20，利用導(dǎo)納法可計(jì)算出接地故障電阻一次值。

圖1注入式定子接地保護(hù)原理圖

式中KR為電阻折算系數(shù)，綜合考慮了變壓器變比和電壓測(cè)量抽頭，以及電流互感器變比。由于式中是理想化的計(jì)算方法，在實(shí)際應(yīng)用中采用此種算法會(huì)帶來(lái)很大的誤差，必須建立接地變壓器等效模型，目前，通用的變壓器等效模型采用T型或者Γ型。在實(shí)際應(yīng)用中采用Γ型模型更簡(jiǎn)單。其模型如圖2所示。

圖2接地變壓器模型

考慮接地變壓器模型，設(shè)Rt，Xt，Rc分別為經(jīng)過(guò)測(cè)量回路變換后保護(hù)裝置得到接地變壓器漏電阻、漏電抗和并聯(lián)電阻值，對(duì)應(yīng)Γ型等效電路中的Rt，Xt，Rc。

故障接地電阻Rg'上電壓Uf由保護(hù)測(cè)量得到的值為：

以上計(jì)算中采用的是理想模型，忽略了激磁阻抗的影響，在實(shí)際計(jì)算中不能忽略其影響，此阻抗對(duì)電流幅值的影響甚微，但是，會(huì)影響到電流的相位，因此，在實(shí)際計(jì)算中采用相位補(bǔ)償?shù)霓k法來(lái)提高計(jì)算精度。

南瑞RCS-985GW 保護(hù)計(jì)算接地電阻就是采用如上計(jì)算公式，需要現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定的參數(shù)有：相角補(bǔ)償值（）、電阻補(bǔ)償值（）、電抗補(bǔ)償值（）、并聯(lián)電阻補(bǔ)償值（）、電阻折算系數(shù)（）。南瑞保護(hù)裝置中可看到20Hz 電壓采樣值，單位為V。20Hz 電流采樣值，單位為mA。相角，為電壓超前電流相角，單位為°。

將此仿真公式編入程序，對(duì)接地電阻測(cè)量進(jìn)行仿真，對(duì)某柜試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1某柜試驗(yàn)與仿真結(jié)果　單位：kΩ

通過(guò)對(duì)不同機(jī)組定子接地仿真，考慮到定子接地采樣本身的誤差與保護(hù)裝置測(cè)量值的誤差都比較小，證明此仿真計(jì)算方法是可以對(duì)定子接地保護(hù)測(cè)量值進(jìn)行仿真計(jì)算的。由于定子接地保護(hù)本身測(cè)量精度問(wèn)題，當(dāng)測(cè)量值超過(guò)30kΩ時(shí)，裝置均顯示為30kΩ，實(shí)際運(yùn)行時(shí)要求定子接地保護(hù)對(duì)20kΩ以下定子接地測(cè)量精確，保護(hù)裝置測(cè)量和仿真程序在20kΩ以下均保證了測(cè)量精度。

3注入式定子接地保護(hù)離線(xiàn)整定研究

實(shí)際應(yīng)用中由于接地變鐵損很小，對(duì)計(jì)算結(jié)果幾乎無(wú)影響，所以在實(shí)際補(bǔ)償時(shí)，c均整定為最大值。忽略c的影響，根據(jù)公式（7）、（8）、（9）可知，測(cè)量電阻可以用式（10）表示：

改變相角補(bǔ)償值，通過(guò)仿真計(jì)算公式計(jì)算測(cè)量值，對(duì)某柜接地電阻5.06kΩ試驗(yàn)值進(jìn)行試驗(yàn)，其變化情況如圖3所示。由曲線(xiàn)可知，在相角補(bǔ)償值合乎物理定律的范圍內(nèi)，測(cè)量值隨相角補(bǔ)償值增大而增大，是單調(diào)遞增的。補(bǔ)償角增加到一定程度會(huì)發(fā)生測(cè)量值畸變，測(cè)量值由正數(shù)變成負(fù)數(shù)，其值是不可能滿(mǎn)足補(bǔ)償要求的，對(duì)于此范圍內(nèi)的值離線(xiàn)整定不需要考慮。正常運(yùn)行時(shí)，定子對(duì)地只存在電容，20Hz電流超前20Hz電壓90°。相角補(bǔ)償完后電流超前電壓相角不會(huì)偏離90°太遠(yuǎn)，所以相角補(bǔ)償值在此值附近測(cè)量值隨相角補(bǔ)償值增大而增大且單調(diào)遞增。

圖3接地電阻5.06kΩ下測(cè)量值隨相角補(bǔ)償值變化曲線(xiàn)

（2）測(cè)量電阻與電阻補(bǔ)償值之間的關(guān)系

改變電阻補(bǔ)償值，通過(guò)仿真計(jì)算公式計(jì)算測(cè)量值，對(duì)某柜接地電阻20.21kΩ下試驗(yàn)值進(jìn)行試驗(yàn)，其變化情況如圖4所示。由曲線(xiàn)可知，在合乎物理定律范圍內(nèi)測(cè)量值隨電阻補(bǔ)償值增大而增大，呈單調(diào)遞增。

增大到一定程度，會(huì)發(fā)生測(cè)量值畸變，測(cè)量值由正數(shù)變成負(fù)數(shù)，其值不可能滿(mǎn)足補(bǔ)償要求，對(duì)于此范圍內(nèi)的定值離線(xiàn)整定不需要考慮。補(bǔ)償電阻對(duì)應(yīng)于接地變的短路電阻，最終的補(bǔ)償值不會(huì)偏離此值太遠(yuǎn)，因此，在接地變短路電阻附近，測(cè)量值隨電阻補(bǔ)償值增大而增大且單調(diào)遞增。

圖4接地電阻20.21kΩ下測(cè)量值隨電阻補(bǔ)償值變化曲線(xiàn)

改變電抗補(bǔ)償值，通過(guò)仿真計(jì)算公式計(jì)算測(cè)量值，對(duì)某柜接地電阻22.06kΩ下試驗(yàn)值進(jìn)行試驗(yàn)，其變化情況如圖5所示。由曲線(xiàn)可知，測(cè)量值隨電抗補(bǔ)償值增大而增大，是單調(diào)遞增函數(shù)。

圖5接地電阻22.06kΩ下測(cè)量值隨電阻補(bǔ)償值變化曲線(xiàn)

通過(guò)以上研究可發(fā)現(xiàn)，整個(gè)注入式定子接地在接地電阻值確定的情況下，在一定合理范圍內(nèi)測(cè)量值隨相角補(bǔ)償值、電阻補(bǔ)償值、電抗補(bǔ)償值呈單調(diào)遞增關(guān)系，跟電阻折算系數(shù)呈線(xiàn)性關(guān)系。注入式定子接地離線(xiàn)整定平臺(tái)研究的問(wèn)題可簡(jiǎn)化為優(yōu)化問(wèn)題。

即在一定定值范圍內(nèi)滿(mǎn)足下述多目標(biāo)函數(shù)：

4注入式定子接地保護(hù)離線(xiàn)整定平臺(tái)設(shè)計(jì)

為了提高整定效率，使注入式整定更加方便，可采用可視化程序。VisualC++具有功能強(qiáng)大、使用方便的各種用戶(hù)界面設(shè)計(jì)工具，如窗體、控件、菜單和對(duì)話(huà)框等，其可視化處理簡(jiǎn)單方便。因此，可以使用VisualC++對(duì)上面提出的算法進(jìn)行可視化處理，開(kāi)發(fā)出注入式定子接地保護(hù)離線(xiàn)整定平臺(tái)。

注入式定子接地保護(hù)離線(xiàn)整定平臺(tái)是基于VisualC++開(kāi)發(fā)的，其主界面顯示了本軟件的主要功能，分別為：注入式定子接地離線(xiàn)整定平臺(tái)、注入式定子接地單數(shù)據(jù)校核計(jì)算、注入式定子接地多組數(shù)據(jù)校核計(jì)算。主界面的下半部分顯示輸入?yún)?shù)與計(jì)算結(jié)果，同時(shí)會(huì)用對(duì)話(huà)框彈出輸出結(jié)果。

注入式定子接地離線(xiàn)整定平臺(tái)有基礎(chǔ)參數(shù)輸入界面，輸入?yún)?shù)包括接地變的短路電阻和短路電抗（折算到二次側(cè)）、接地變壓器一次和二次電壓、中間小CT變比以及電壓分壓比。試驗(yàn)參數(shù)輸入界面需要輸入3個(gè)不同阻值的試驗(yàn)參數(shù)，為使離線(xiàn)整定效率更高，3次試驗(yàn)接地電阻取值區(qū)間要合理，最好1次小于1kΩ，1次大于15kΩ，再取1個(gè)中間值覆蓋整個(gè)測(cè)量區(qū)間。由于注入式定子接地保護(hù)的測(cè)量精度問(wèn)題，大值不要取太大。還需要設(shè)定整定條件，整定條件越嚴(yán)格，整定效果越好，但是，太嚴(yán)格有可能會(huì)找不到合適的參數(shù)。計(jì)算結(jié)果界面的輸入?yún)?shù)信息欄可以看到輸入?yún)?shù)，檢查參數(shù)是否輸入正確，計(jì)算結(jié)果欄可以看到離線(xiàn)整定參數(shù)以及通過(guò)此參數(shù)計(jì)算的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可檢查整定值是否滿(mǎn)足設(shè)定條件。同時(shí)，對(duì)話(huà)框會(huì)顯示離線(xiàn)整定參數(shù)，此參數(shù)可用于保護(hù)裝置，作為補(bǔ)償參數(shù)的整定值。

此外，平臺(tái)還提供注入式定子接地單數(shù)據(jù)校核計(jì)算和多組數(shù)據(jù)校核功能，可校核定子接地試驗(yàn)結(jié)果，檢查補(bǔ)償參數(shù)整定是否合理，還可根據(jù)結(jié)果修改補(bǔ)償參數(shù)，重新計(jì)算，通過(guò)人工方式優(yōu)化補(bǔ)償值。

5注入式定子接地保護(hù)離線(xiàn)整定平臺(tái)應(yīng)用

注入式定子接地離線(xiàn)整定平臺(tái)操作界面簡(jiǎn)潔，使用方便，具有離線(xiàn)整定功能和校核計(jì)算功能。使用離線(xiàn)整定時(shí)，采用了上文所說(shuō)的優(yōu)化方法，能快速尋找出滿(mǎn)足條件的注入式定子接地保護(hù)補(bǔ)償參數(shù)。在11F定子接地保護(hù)投運(yùn)前，采用該平臺(tái)進(jìn)行了離線(xiàn)整定。

進(jìn)行3次模擬定子接地試驗(yàn)，分別模擬0.51kΩ、7.9kΩ和15kΩ電阻接地。其試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，所有數(shù)據(jù)以裝置顯示為準(zhǔn)。

表211FA柜3次模擬接地?cái)?shù)據(jù)

通過(guò)注入式定子接地離線(xiàn)整定平臺(tái)進(jìn)行整定計(jì)算，A柜整定結(jié)果如圖6所示。

將注入式定子接地離線(xiàn)整定平臺(tái)整定出的補(bǔ)償參數(shù)整定到A柜保護(hù)裝置內(nèi)，對(duì)定子接地進(jìn)行全范圍模擬接地，校驗(yàn)補(bǔ)償參數(shù)整定是否合理，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，此結(jié)果完全可以作為正常運(yùn)行時(shí)的投運(yùn)參數(shù)，其誤差滿(mǎn)足設(shè)備運(yùn)行條件，整定效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常通過(guò)多次試驗(yàn)確定定子接地保護(hù)補(bǔ)償參數(shù)的方法，整定補(bǔ)償參數(shù)在半個(gè)小時(shí)內(nèi)即可完成，利用注入式定子接地離線(xiàn)整定平臺(tái)大大提高了工作效率。

圖611FA柜定子接地離線(xiàn)整定結(jié)果

表3采用離線(xiàn)補(bǔ)償整定結(jié)果模擬接地測(cè)量結(jié)果

6結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)注入式定子接地保護(hù)離線(xiàn)整定平臺(tái)的研究，解決了注入式定子接地保護(hù)整定補(bǔ)償參數(shù)耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，通過(guò)3次模擬接地試驗(yàn)，即可整定出滿(mǎn)足運(yùn)行條件的注入式定子接地保護(hù)補(bǔ)償參數(shù)，可得到如下結(jié)論：

（1）接地電阻測(cè)量值與相角補(bǔ)償值、電阻和電抗補(bǔ)償值在物理定義附近呈單調(diào)遞增關(guān)系。

（2）通過(guò)3次模擬接地試驗(yàn)，可整定出滿(mǎn)足運(yùn)行條件的注入式定子接地保護(hù)補(bǔ)償參數(shù)。

（3）通過(guò)建立注入式定子接地保護(hù)離線(xiàn)整定平臺(tái)，解決了RCS-985GW注入式定子接地保護(hù)補(bǔ)償參數(shù)整定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)問(wèn)題，大大提高了工作效率，保證了參數(shù)補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性。

通過(guò)試驗(yàn)證明了注入式定子接地保護(hù)離線(xiàn)整定平臺(tái)的實(shí)用性。

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中圖分類(lèi)號(hào)：TM862

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-5387（2015）04-0031-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.04.009

收稿日期：2015-01-16

作者簡(jiǎn)介：吳禮貴（1980-），男，工程師，從事發(fā)電廠(chǎng)繼電保護(hù)維護(hù)和管理工作。