注入式定子接地保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、分析及建議

朱宇聰，包明磊，李玉平，桑建斌，李明

(南京國(guó)電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司，南京 211100)

0 引言

定子接地是發(fā)電機(jī)常見(jiàn)故障之一，大型發(fā)電機(jī)組定子接地保護(hù)均采用雙套配置，一般一套采用注入式定子接地保護(hù)，另一套采用基波零序電壓+三次諧波電壓保護(hù)定子接地保護(hù)?；阈螂妷罕Ｗo(hù)簡(jiǎn)單可靠，但在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近存在死區(qū)，三次諧波電壓保護(hù)準(zhǔn)確性不高，容易誤動(dòng)作且必須在機(jī)組勵(lì)磁以后才起作用，難以完全滿(mǎn)足大型機(jī)組對(duì)定子接地保護(hù)高靈敏度的要求。而注入式定子接地保護(hù)優(yōu)點(diǎn)明顯，在發(fā)電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下仍然可以起到保護(hù)作用，理論上在整個(gè)發(fā)電機(jī)定子范圍內(nèi)靈敏度一致，而且能夠反映接地電阻逐漸降低的接地故障。

目前，注入式定子接地保護(hù)投運(yùn)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)校正流程十分復(fù)雜，很多定值必須在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)試驗(yàn)實(shí)測(cè)[1-2]，穿芯電流互感器(TA)的工作特性隨著發(fā)電機(jī)工況變化而變化[3]，導(dǎo)致機(jī)組投運(yùn)后接地電阻的測(cè)量誤差加大，因此，有必要對(duì)注入式定子接地保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法、定值整定、調(diào)試異常問(wèn)題的處理進(jìn)行整理分析，以期為注入式定子接地保護(hù)的調(diào)試、檢修提供參考。

1 注入式定子接地保護(hù)原理

注入式定子接地保護(hù)原理為：通過(guò)接地變壓器二次負(fù)載電阻或機(jī)端電壓互感器(TV)的開(kāi)口三角繞組注入20 Hz低頻交流信號(hào)，采集注入的20 Hz電壓信號(hào)和20 Hz電流信號(hào)，進(jìn)行數(shù)字化處理后計(jì)算出定子對(duì)地測(cè)量電阻，監(jiān)視定子繞組的對(duì)地絕緣狀況，達(dá)到整定值即啟動(dòng)跳閘或發(fā)信報(bào)警。注入式定子接地保護(hù)等效電路如圖1所示(圖中：Us為20 Hz注入電源；Rs為注入電源內(nèi)阻；R2+jX2為接地變壓器漏抗；Rm+jXm為接地變壓器激磁阻抗；Rn為接地變壓器二次負(fù)載電阻；Rcp+jXcp為機(jī)端并聯(lián)阻抗；3C∑為發(fā)電機(jī)定子對(duì)地等效電容；Rg為接地電阻；Sg為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)隔離刀閘；U20，I20為裝置測(cè)得的20 Hz電壓、電流；U20′，I20′為補(bǔ)償后的20 Hz電壓、電流。圖中所有量都?xì)w算到保護(hù)裝置測(cè)量二次側(cè)。

圖1 注入式定子接地保護(hù)等效電路Fig.1 Injection stator grounding protection equivalent circuit

分析原理圖并采用計(jì)算導(dǎo)納的方法得到接地電阻計(jì)算公式，見(jiàn)式(1)、式(2)，接地電阻Rg可由U20′，I20′，漏抗R2+jX2和并聯(lián)電阻計(jì)算得到。

(1)

(2)

式中：KR為電阻折算系數(shù)。

發(fā)電機(jī)注入式定子接地保護(hù)邏輯如圖2所示，保護(hù)功能配置有接地電阻保護(hù)、零序電流保護(hù)、零序電壓保護(hù)和注入回路異常判別功能。圖中：U50，I50分別為經(jīng)濾波處理后的50 Hz零序電壓和50 Hz零序電流；U20js，I20js，RgsetL，RgsetH，Isafe，U20set，I20set，t0，t1，t2，t3，t4為注入式定子接地保護(hù)整定值。

圖2 注入式定子接地保護(hù)邏輯Fig.2 Injection stator grounding protection logic

2 注入式定子接地保護(hù)精度影響因素

由以上原理可知，注入式定子接地保護(hù)需要一次設(shè)備和二次設(shè)備相配合，影響注入式定子接地保護(hù)精度的因素主要有以下幾方面。

(1)U20，I20的大小。理論上U20，I20越大，保護(hù)裝置測(cè)量值越準(zhǔn)確，接地電阻的測(cè)量精度也就越高。為增大U20，I20，可以采取增大注入電源功率、增大Us、增大Rn等方法。由于一次系統(tǒng)中的20 Hz電壓要求不超過(guò)2%Un(Un為額定電壓)[4]，不能影響系統(tǒng)中電壓的平衡度；發(fā)電機(jī)單相接地故障的暫態(tài)過(guò)電壓要求不超過(guò)2.6 pu(以額定相電壓幅值為標(biāo)幺值)，同時(shí)還要求3Rn≤Xc(Xc為發(fā)電機(jī)每相對(duì)地容抗[5])：因此，在滿(mǎn)足系統(tǒng)要求的前提下，需要盡量增大U20，I20。

(2)穿芯TA的傳變誤差。電流測(cè)量回路的穿芯TA會(huì)引入幅值誤差和相角誤差，使得電壓和電流相角差不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響測(cè)量電阻值的精度。為減小因互感器傳變引起的誤差，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)需要進(jìn)行相角補(bǔ)償。另外，機(jī)組增加勵(lì)磁和并網(wǎng)后，穿芯TA的工作點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致測(cè)量電壓和電流之間相角進(jìn)一步發(fā)生變化，為了兼顧發(fā)電機(jī)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)并網(wǎng)后的誤差，應(yīng)針對(duì)性地設(shè)置多段相角補(bǔ)償值。

(3)漏抗R2+jX2和并聯(lián)電阻的補(bǔ)償定值準(zhǔn)確度?，F(xiàn)場(chǎng)接地變壓器銘牌所示參數(shù)都是額定頻率50 Hz下的參數(shù)，漏抗R2+jX2和并聯(lián)電阻不能直接通過(guò)銘牌獲得，需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)償試驗(yàn)測(cè)得，因此，現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)補(bǔ)償合理與否直接影響電阻測(cè)量精度。

(4)電阻折算系數(shù)KR。20 Hz電壓和20 Hz電流測(cè)量回路的電纜阻抗未知且不能忽略，利用標(biāo)稱(chēng)變比根據(jù)式(3)計(jì)算得到的電阻折算系數(shù)KR只能作為參考，實(shí)際變比應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)試驗(yàn)確定。

(3)

式中：n為接地變壓器變比；nTV為負(fù)載電阻抽頭變比；nTA為穿芯TA變比。

(5)采樣信號(hào)的濾波誤差。采樣信號(hào)中包括機(jī)組不平衡零序電壓產(chǎn)生的50 Hz 基波、發(fā)電機(jī)固有150 Hz三次諧波和20 Hz 注入信號(hào)。在發(fā)電機(jī)機(jī)端發(fā)生對(duì)地金屬接地時(shí)，基波零序電壓能達(dá)到100 V左右，注入式信號(hào)通常只有1 V左右。機(jī)組加勵(lì)磁后固有的三次諧波和受系統(tǒng)影響帶來(lái)的三次諧波信號(hào)也較大，因此，提高濾波效果能有效改善保護(hù)精度。

3 注入式定子接地保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

以某電廠1 008 MW汽輪發(fā)電機(jī)組的注入式定子接地保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為例，總結(jié)、分析注入式定子接地保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)前期準(zhǔn)備

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)模擬發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)，保證正常運(yùn)行時(shí)與定子繞組相連的電氣設(shè)備，如主變壓器、高壓廠用變壓器、勵(lì)磁變壓器、發(fā)電機(jī)出口斷路器(GCB)開(kāi)關(guān)、高壓廠用變壓器高壓側(cè)TV、勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)TV、各發(fā)電機(jī)TV、中性點(diǎn)TV等均正常連接，機(jī)組與系統(tǒng)斷開(kāi)，去除接地線(xiàn)。注入源和保護(hù)裝置連線(xiàn)如圖3所示。

圖3 注入源和保護(hù)裝置連線(xiàn)Fig.3 Injection source and protection device wiring

收集相關(guān)參數(shù)：發(fā)電機(jī)額定電壓，27 kV；發(fā)電機(jī)額定功率，1 008 MW；接地變壓器容量，150 kV·A；接地變壓器變比，27 kV/0.33 kV；接地變壓器短路阻抗，8.17%，折算到二次側(cè)為8.17%×330×330/150 000=0.06 Ω(一般可忽略不計(jì))；接地變壓器二次負(fù)載電阻Rl，0.60 Ω；負(fù)載電阻抽頭變比，0.6；穿芯TA變比，400/1；GKD-20 Hz定子接地保護(hù)注入電源空載電壓，30 V；注入電源內(nèi)阻Ro，8.74 Ω。

3.2 注入式定子接地保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程

3.2.1 注入電源檢查、分壓抽頭檢查及回路檢查

檢查注入電源和保護(hù)裝置連線(xiàn)是否正確，注入電源輸出信號(hào)是否正常。

注入電源檢查。用萬(wàn)用表量取注入電源空載輸出電壓U0為26.30 V(約30 V)，短路電流為3.01 A(約3 A)，則注入電源的內(nèi)阻為 8.74 Ω(約8 Ω)，注入電源狀態(tài)正常。

分壓抽頭及回路檢查。將外部負(fù)載接入，用萬(wàn)用表測(cè)得注入電源輸出電壓為1.780 V，理論計(jì)算值U=U0Rl/(Ro+Rl)=26.3×0.60/(0.60+8.74)=1.69 V，由此可確認(rèn)注入電源正常；負(fù)載電阻返回的電壓為0.800 V，分壓抽頭取0.6，理論上保護(hù)裝置采樣電壓應(yīng)為0.800×0.6=0.480 V，分壓后保護(hù)裝置采樣電壓為0.464 V，由此確認(rèn)分壓抽頭正確、電壓回路正常；在裝置采樣中查看20 Hz電流采樣值為3.3 mA，由此確認(rèn)電流回路正常。

如果電壓和電流偏小，參考4.1和4.2章節(jié)進(jìn)行檢查。

如果分壓變比不正確，可以拆開(kāi)負(fù)載電阻外部線(xiàn)，用萬(wàn)用表測(cè)量電阻值，也可以測(cè)量負(fù)載電阻抽頭20 Hz電壓比值。

3.2.2 相角補(bǔ)償試驗(yàn)

相角補(bǔ)償試驗(yàn)的目的是補(bǔ)償電流、電壓測(cè)量回路的穿芯TA等變換器件引入的相角變換誤差。試驗(yàn)方法：模擬正常運(yùn)行狀態(tài)，合上接地變壓器刀閘；更改電流回路接線(xiàn)，將穿芯TA包絡(luò)在內(nèi)，此時(shí)裝置測(cè)量的20 Hz電壓和20 Hz電流的相角差為負(fù)載電阻的電壓和電流相角差，應(yīng)為180°。裝置顯示電壓超前電流168°，整定“相角補(bǔ)償定值1”為348°，裝置顯示補(bǔ)償后相角差為180°。180°相角補(bǔ)償時(shí)等效電路如圖4所示。

圖4 180°相角補(bǔ)償時(shí)等效電路(更改電流回路接線(xiàn))Fig.4 Equivalent circuit for 180°phase angle compensation(changing current loop wiring)

3.2.3 阻抗補(bǔ)償試驗(yàn)

阻抗補(bǔ)償試驗(yàn)的目的是補(bǔ)償20 Hz接地變壓器漏抗R2+jX2。試驗(yàn)方法：投入“補(bǔ)償試驗(yàn)狀態(tài)投入”控制字，將接地變壓器高壓側(cè)對(duì)地金屬性短路，裝置上讀取測(cè)量電阻二次值為13.80 Ω、測(cè)量電抗二次值為34.90 Ω，分別設(shè)置“電阻補(bǔ)償值”為13.80 Ω、“電抗補(bǔ)償值”為34.90 Ω；補(bǔ)償后退出“補(bǔ)償試驗(yàn)狀態(tài)投入”控制字，測(cè)量電阻一次值應(yīng)該接近0。漏阻抗補(bǔ)償試驗(yàn)等效電路如圖5所示。

3.2.4 并聯(lián)電阻補(bǔ)償試驗(yàn)

并聯(lián)電阻補(bǔ)償試驗(yàn)?zāi)康氖茄a(bǔ)償發(fā)電機(jī)容抗對(duì)地并聯(lián)電阻Rcp和Rm。試驗(yàn)方法：相位補(bǔ)償試驗(yàn)和阻抗補(bǔ)償試驗(yàn)完成后，模擬真實(shí)的正常狀態(tài)，裝置上讀取測(cè)量電阻二次值為132.2 Ω，設(shè)置“并聯(lián)電阻補(bǔ)償值”為132 Ω。補(bǔ)償后測(cè)量電阻一次值接近最大量程30 kΩ。并聯(lián)電阻補(bǔ)償試驗(yàn)等效電路如圖6所示。

表1 發(fā)電機(jī)定子單相接地故障靜態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.1 Static test data of generator stator single-phase ground fault

圖5 漏阻抗補(bǔ)償試驗(yàn)等效電路(接地變壓器高壓側(cè)對(duì)地短接)Fig.5 Leakage impedance compensation test equivalent circuit(shorting high voltage side grounding)

圖6 并聯(lián)電阻補(bǔ)償試驗(yàn)等效電路(合上接地變壓器隔離刀閘)Fig.6 Parallel resistance compensation test equivalent circuit(closing grounding transformer disconnector )

3.2.5 電阻折算系數(shù)校正試驗(yàn)

電阻折算系數(shù)校正試驗(yàn)的目的是得到正確的電阻折算系數(shù)KR。首先根據(jù)式(3)估算出KR，預(yù)先整定“電阻折算系數(shù)定值”；發(fā)電機(jī)靜態(tài)時(shí)在接地變壓器高壓側(cè)與大地之間經(jīng)不同阻值的測(cè)試電阻接地，從裝置中讀取測(cè)量接地電阻的一次值，列成表格記錄下來(lái)，與實(shí)際電阻比較后調(diào)整KR，等效電路如圖7所示。

圖7 電阻折算系數(shù)測(cè)算等效電路Fig.7 Resistivity correction factor measurement equivalent circuit

DL/T 684—2012《大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》中規(guī)定，接地電阻可取1～5 kΩ[6]，所以建議選擇在5 kΩ電阻下校準(zhǔn)精度，通過(guò)調(diào)整相角補(bǔ)償定值和電阻折算系數(shù)KR，測(cè)量得到多組數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)比較，確定電阻折算系數(shù)KR為23.06，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，接地電阻在1～20 kΩ范圍內(nèi)的測(cè)量誤差小于5%，說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的各項(xiàng)補(bǔ)償定值是合理的。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，靜態(tài)測(cè)試接地電阻測(cè)量值誤差滿(mǎn)足要求，但發(fā)電機(jī)升壓或并網(wǎng)后，動(dòng)態(tài)時(shí)補(bǔ)償后的相角會(huì)變化(一般會(huì)變大)，角度偏離越大誤差越大，所以靜態(tài)測(cè)試時(shí)將補(bǔ)償角度分別增加1°，2°，3°，4°和減少1°，2°，3°，4°，其余參數(shù)不變。重新測(cè)試幾組電阻數(shù)據(jù)，查看測(cè)量精度與補(bǔ)償后相角之間的關(guān)系，可以預(yù)知滿(mǎn)足誤差要求的條件下補(bǔ)償相角最大允許偏移的范圍。

為提高現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效率，建議在接地變壓器處找到連接注入電源電纜的備用芯，將備用芯連接一根測(cè)試導(dǎo)線(xiàn)并夾在接地變壓器的高壓側(cè)(發(fā)電機(jī)中性點(diǎn))，試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)試電阻只需要在注入電源處的備用芯和接地銅排之間短接(接地網(wǎng)要求完好)。

3.2.6 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)空載升壓至30%額定電壓時(shí)，在接地變壓器高壓側(cè)經(jīng)3 kΩ和10 kΩ試驗(yàn)電阻模擬接地故障，驗(yàn)證保護(hù)動(dòng)作，測(cè)量電阻誤差，檢驗(yàn)折算系數(shù)是否合適。進(jìn)行模擬接地試驗(yàn)時(shí)，為防止發(fā)電機(jī)內(nèi)部本身可能存在的接地與測(cè)試電阻形成定子兩點(diǎn)接地而燒傷發(fā)電機(jī)定子，將測(cè)試電阻綁在絕緣桿上對(duì)接地變壓器高壓側(cè)進(jìn)行觸碰短接，采樣顯示測(cè)量電阻后馬上拿開(kāi)電阻。動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，試驗(yàn)結(jié)果誤差在5%以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足精度要求。

3.3 注入式定子接地保護(hù)定值整定

3.3.1 接地零序電流定值IE.set整定

接地零序電流判據(jù)作為電阻判據(jù)的后備，保護(hù)80%范圍的定子繞組單相接地故障，其反映的是流過(guò)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地連線(xiàn)上的零序電流，可按下式整定(忽略接地變壓器漏抗)

0.16(A) ，

式中：UE.sec為發(fā)電機(jī)機(jī)端金屬性接地故障時(shí)接地變壓器負(fù)載電阻兩端的電壓。

表2 30%額定電壓時(shí)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.2 Dynamic test data at 30% rated voltage

3.3.2 安全電流定值Isafe整定

安全電流定值Isafe有2種整定方法。

(1)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)得。模擬發(fā)電機(jī)機(jī)端金屬性接地，接地線(xiàn)串接電流表，然后發(fā)電機(jī)零起升壓，當(dāng)電流表顯示接地故障電流到達(dá)安全電流一次值時(shí)，保護(hù)裝置顯示的I50就是Isafe的定值。發(fā)電機(jī)安全電流一次值取值參考文獻(xiàn)[2]附錄C表[6]。

(2)根據(jù)參數(shù)進(jìn)行估算。根據(jù)發(fā)電機(jī)每相對(duì)地容抗和負(fù)載電阻之間的關(guān)系，即電容電流和負(fù)載電阻電流之間的關(guān)系，計(jì)算出接地故障電流到達(dá)安全電流一次值時(shí)Isafe的值；無(wú)法確定電容容抗時(shí)，可粗略估計(jì)電容容抗與負(fù)載電阻(一次值)相等。

式中：Krel為可靠系數(shù)，取0.7～0.9；Isafe.p為安全電流一次值。

3.3.3 電壓回路監(jiān)視定值整定

取回路連接正常情況下出現(xiàn)的最小的20 Hz電壓，乘以可靠系數(shù)。此時(shí)接地變壓器高壓側(cè)對(duì)地金屬性短路的20 Hz電壓為最小的20 Hz電壓0.218 V，可靠系數(shù)為0.5，則整定電壓回路監(jiān)視定值為0.109 V。

3.3.4 電流回路監(jiān)視定值整定

取回路連接正常情況下出現(xiàn)的最小的20 Hz電流，乘以可靠系數(shù)。正常狀態(tài)下的20 Hz電流為最小20 Hz電流，大小為3.30 mA，可靠系數(shù)取0.5，則整定電流回路監(jiān)視定值為 1.65 mA。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中遇到的問(wèn)題和處理建議

4.1 20 Hz電流信號(hào)I20偏小的原因和處理建議

(1)電流回路斷線(xiàn)。檢查電流回路接線(xiàn)和穿芯TA接線(xiàn)。

(2)接地變壓器高壓側(cè)隔離刀閘未在合位。檢查隔離刀閘位置。

(3)接地變壓器與發(fā)電機(jī)的電纜沒(méi)有可靠連接。檢查電纜連接情況。

(4)電壓信號(hào)偏低。檢查電壓信號(hào)。

(5)發(fā)電機(jī)內(nèi)部有斷點(diǎn)。檢查方法：拉開(kāi)接地刀閘，將接地刀閘上端可靠接地，用萬(wàn)用表在發(fā)電機(jī)出口TV柜測(cè)量TV一次位置對(duì)地電阻值。如果對(duì)地電阻很小，說(shuō)明發(fā)電機(jī)定子繞組回路正常；如果對(duì)地電阻很大，說(shuō)明定子繞組回路有斷點(diǎn)。

4.2 20 Hz電壓信號(hào)U20偏小的原因和處理建議

(1)注入源被短接，電壓被短路或開(kāi)路。檢查注入源接線(xiàn)盒電壓回路接線(xiàn)。

(2)負(fù)載電阻分壓抽頭接線(xiàn)錯(cuò)誤。檢查分壓抽頭接線(xiàn)。

(3)注入電源等效內(nèi)阻明顯偏大。注入電源進(jìn)行單獨(dú)短路、開(kāi)路檢查。

4.3 未掛接地試驗(yàn)電阻，接地電阻測(cè)量值很小

(1)發(fā)電機(jī)被掛接地線(xiàn)。檢查方法：詢(xún)問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)工作人員，或拉開(kāi)接地刀閘直接在接地刀閘上端測(cè)量發(fā)電機(jī)對(duì)地電阻。如果對(duì)地電阻很小，說(shuō)明有掛接地線(xiàn)；如果對(duì)地電阻很大，說(shuō)明沒(méi)有接地線(xiàn)。

(2)水冷機(jī)組水質(zhì)不合格，當(dāng)定子繞組水質(zhì)不合格時(shí)，電導(dǎo)率增大，絕緣能力降低。檢查水質(zhì)。

4.4 20 Hz電壓信號(hào)和電流信號(hào)相角差異常

當(dāng)斷開(kāi)發(fā)電機(jī)對(duì)地并聯(lián)阻抗，發(fā)電機(jī)對(duì)地絕緣良好時(shí)，由于發(fā)電機(jī)對(duì)地容抗的作用，20 Hz電壓信號(hào)和20 Hz電流信號(hào)相角差應(yīng)該為240°～270°。以下是2種相角差異常情況及處理方法。

(1)相角差為180°左右,原因是注入電源線(xiàn)把穿芯TA包絡(luò)在內(nèi)部,此時(shí)穿芯TA測(cè)量的電流是負(fù)載電阻的電流，負(fù)載電阻的電壓和電流的夾角為180°。處理方法：調(diào)整注入電源線(xiàn)的位置，使穿芯TA測(cè)量發(fā)電機(jī)的容性電流，相角差為270°左右方為正常。

(2)相角差為90°左右,原因是穿芯TA極性反接。處理方法：在TA端子箱將兩端接線(xiàn)對(duì)調(diào)，調(diào)整TA極性，相角差為270°左右方為正常。

4.5 分壓抽頭選擇

分壓抽頭選擇原則是機(jī)端發(fā)生金屬性接地時(shí)，經(jīng)過(guò)分壓后裝置測(cè)到的電壓為100 V左右。抽頭選擇過(guò)大會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出口單相接地時(shí)，進(jìn)入裝置的基波零序電壓過(guò)大而燒壞注入電源，抽頭選擇過(guò)小會(huì)導(dǎo)致低頻分量測(cè)量不準(zhǔn)確。電壓獲取一般有2種情況：(1)在負(fù)載電阻直接抽取100 V分壓；(2)從負(fù)載電阻取全電壓，然后在注入電源分壓器上進(jìn)行分壓。

5 注入式定子接地保護(hù)若干問(wèn)題

5.1 保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)失靈問(wèn)題

注入式定子接地保護(hù)不受機(jī)組運(yùn)行方式的影響，在發(fā)電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下仍然可以起到保護(hù)作用。當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生定子單相接地故障時(shí)，接地電阻跳閘段動(dòng)作于跳GCB、啟動(dòng)失靈和跳滅磁開(kāi)關(guān)，但接地故障點(diǎn)沒(méi)有被隔離，接地電阻仍然滿(mǎn)足動(dòng)作判據(jù)，導(dǎo)致保護(hù)不返回，不滿(mǎn)足“故障切除后，啟動(dòng)失靈的保護(hù)出口返回時(shí)間應(yīng)不大于30 ms”的要求[7]。

因此，建議根據(jù)發(fā)電機(jī)的滅磁時(shí)間常數(shù)整定保護(hù)延時(shí)定值，保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，接地電阻跳閘段應(yīng)判接地電流大于安全電流定值(如圖2所示)，滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，發(fā)電機(jī)電壓和電流迅速降低，接地電阻跳閘段可以快速返回，即可保證失靈保護(hù)的可靠性。

5.2 啟、停機(jī)過(guò)程中閉鎖問(wèn)題

在抽蓄發(fā)電機(jī)或燃?xì)獍l(fā)電機(jī)經(jīng)靜止變頻器(SFC)拖動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程中和大型水電機(jī)組停機(jī)電制動(dòng)停機(jī)過(guò)程中，定子繞組基波電氣量的頻率接近20 Hz或機(jī)組運(yùn)行時(shí)固有的三次諧波電壓頻率接近20 Hz時(shí)，會(huì)干擾裝置對(duì)20 Hz注入信號(hào)的測(cè)量。因此，在啟、停機(jī)過(guò)程中及電制動(dòng)刀閘合時(shí)，應(yīng)閉鎖注入式定子接地保護(hù)。

5.3 多段相角補(bǔ)償問(wèn)題

發(fā)電機(jī)機(jī)端發(fā)生金屬性接地故障，穿芯TA測(cè)得的故障電流為幾百A，本文所述工程的單相接地故障最大電流為317 A，所以穿芯TA變比為400/1；但正常情況下20 Hz電流僅為3.30 mA，相當(dāng)于TA二次額定值的0.33%。可見(jiàn)，對(duì)于20 Hz的信號(hào)，穿芯TA工作在其傳變特性的起始段，傳變誤差呈非線(xiàn)性的特點(diǎn)[3]。

靜態(tài)時(shí)，穿芯TA流過(guò)的電流只有20 Hz電流；機(jī)組加勵(lì)磁和并網(wǎng)后，穿芯TA流過(guò)的電流包括20 Hz電流、由機(jī)組不平衡零序電壓產(chǎn)生的50 Hz電流和由三諧波零序電壓產(chǎn)生的150 Hz電流。部分電廠為了限制GCB的操作過(guò)電壓，并網(wǎng)開(kāi)關(guān)兩側(cè)各并聯(lián)一個(gè)大電容器，隨著GCB的合上和斷開(kāi)，機(jī)端和中性點(diǎn)的三次諧波零序電壓再次發(fā)生變化，穿芯TA流過(guò)的150 Hz電流也發(fā)生變化。因此，相對(duì)于靜態(tài)時(shí)，并網(wǎng)后穿芯TA的工作點(diǎn)發(fā)生變化，相位偏差也相應(yīng)發(fā)生變化。

基于以上分析，靜態(tài)、動(dòng)態(tài)并網(wǎng)前和并網(wǎng)后需要設(shè)置多段相角補(bǔ)償定值，以適應(yīng)靜止和動(dòng)態(tài)時(shí)20 Hz相角差別較大的場(chǎng)合。

建議進(jìn)行相角補(bǔ)償時(shí)以保護(hù)機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)為原則。目前有“相角補(bǔ)償定值1”和“相角補(bǔ)償定值2”，“相角補(bǔ)償定值1”可在機(jī)組靜態(tài)時(shí)整定，“相角補(bǔ)償定值2”(機(jī)端電壓超過(guò)80%額定電壓或并網(wǎng)后投入)可在機(jī)組并網(wǎng)后整定。機(jī)組從靜態(tài)到并網(wǎng)的過(guò)程中，相角在不斷變化且時(shí)間較短，該過(guò)程保護(hù)監(jiān)測(cè)接地有偏差，但保護(hù)仍能正常動(dòng)作。

5.4 對(duì)同期裝置和測(cè)轉(zhuǎn)速裝置的影響

同期裝置用電壓測(cè)頻時(shí)，如果同期裝置取單相相電壓且不濾波，頻率受到20 Hz信號(hào)干擾，進(jìn)行同期時(shí)斷路器可能合不上。20 Hz注入電壓為零序電壓，不會(huì)影響系統(tǒng)線(xiàn)電壓，建議同期電壓取線(xiàn)電壓。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了注入式定子接地保護(hù)原理，以某廠1 008 MW汽輪發(fā)電機(jī)組為例，詳細(xì)總結(jié)了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方法和定值整定方法，提出了使用電纜備用芯以提高調(diào)試效率的方法。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的電壓、電流信號(hào)異常和接地電阻異常問(wèn)題，應(yīng)檢查注入電源是否正常，測(cè)量回路接線(xiàn)是否緊固，發(fā)電機(jī)組內(nèi)部是否有斷點(diǎn)和穿芯TA是否安裝正確。最后結(jié)合若干現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用問(wèn)題，闡述了電阻跳閘段保護(hù)應(yīng)依據(jù)發(fā)電機(jī)的時(shí)間常數(shù)整定延時(shí)定值，并經(jīng)安全電流閉鎖；為防止機(jī)組電氣量干擾導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作，應(yīng)在機(jī)組電氣量頻率為20 Hz附近時(shí)閉鎖保護(hù)，并且保護(hù)經(jīng)電制動(dòng)刀閘位置閉鎖；兩段相角補(bǔ)償應(yīng)在靜態(tài)和并網(wǎng)后分別整定；機(jī)組的同期電壓應(yīng)取線(xiàn)電壓。文中所得結(jié)論可為注入式定子接地保護(hù)的調(diào)試、檢修和研發(fā)改進(jìn)提供參考。