发电机20Hz注入式定子接地保护配置及试验判比

发电机20Hz注入式定子接地保护配置及
试验判比
摘要：本文介绍了一种在发电机开机试验中实测与计算纠正保护配置和定值
参数的方法，使注入式定子接地保护达到理论保护范围，以提高系统安全性的同
时保证对重要负荷的供电，满足全厂安全运行的可靠性要求。

关键词：注入式；定子接地保护
0技术背景
由于国外项目投资性质的特殊性，国外在建660MW电厂机组普遍存在发变组
保护装置与原有发电系统配置不合理，导致发变组保护出现保护范围不全存在死
区的问题。

本文介绍了对越南某660MW发电项目注入式定子接地保护的实测与计算，纠正保护配置和定值参数，实现了注入式定子接地保护的100%保护范围与合
理的逻辑结构，在提高系统安全性的同时保证对重要负荷的供电，满足全厂安全
运行的可靠性要求。

1设备参数
越南某660MW发电项目发变组保护设计两套不同原理的发电机定子接地保护。

其中发变组保护A1柜采用20Hz注入式定子接地保护原理，发变组保护A2柜采
用基波定子接地和三次谐波定子接地相配合的保护原理。

本项目发电机中性点接
地变二次侧电阻设计值是0.146Ω，而发变组保护厂家（许继）要求20Hz定子接
地保护外接分压电阻为1.0Ω左右。

目前数值差距较大，导致20Hz注入式定子
接地保护不能实现。

2原理与解决方法
当发电机定子绕组对地绝缘正常时，注入到定子绕组的低频电流主要是流过
定子绕组对地电容的电容电流，当对地绝缘受到破坏，出现接地故障，注入的电
流将流过接地故障点，出现一部分电阻性电流。

保护装置检测注入的低频电压、
电流，通过导纳法可准确计算出接地故障的过渡电阻阻值，计算的电阻阻值与定
子绕组的接地故障位置无关，可以反映发电机100%的定子绕组单相接地。

接地电阻判据反映发电机定子绕组接地电阻的大小，设有两段接地电阻定值，高定值段作用于报警，低定值段作用于延时跳闸，延时可分别整定。

低定值段
（跳闸段）动作方程为：
高定值段（报警段）动作方程为：
R E < R E.SET.L
I G0 > I SAFE
式中R E为发电机定子绕组接地电阻（一次值），R E.SET.H和R E.SET.L分别为发
电机定子绕组接地电阻的高、低定值（一次值），I G0为流过发电机接地设备的零序电流（二次值），I SAFE为对应于发电机定子接地安全电流的定值（二次值）。

对于低定值的跳闸段，只有接地电流超过设定的安全电流定值才允许跳闸。

其原
理接线图如图1、图2所示。

图1 定子接地时的等效零序回路
图2 相角校正试验
3试验方式及调整计算
3.1 试验一次说明
发电机中性点接地变副边CT 变比为Na=200/5，配电变压器变比为27.63，分压器变比nv=1，发电机机端接地刀闸Q81断开，GCB 断开，除接地变外，其它与发电机相连的设备全部断。

3.2 短路试验
读取装置数据（U20、I20），短路试验时，电压与电流夹角大约为40°（有些接地变是60~90°），如果夹角不正确，查找回路接线。

在接地变把与发电机中性点相连的隔离开关断开，在配电变进线端用接地线接地，然后20Hz 电源上电，在装置中看采样如表1所示。

表1短路试验采样参数表
序
号 U20 I20 备注
1 0.133∠183 0.066∠15
2 /
20.131∠640.066∠34/
30.131∠3220.066∠292/
40.133∠3390.066∠309/
50.135∠3570.066∠327/
60.134∠2150.066∠183/
配电变一次短路试验测配电变压器的漏阻抗,取多次平均值。

图3 短路试验测量值
平均值：Zk= 0.043+j0.026
3.3 空载试验
读取装置数据（U20、I20），空载试验时，电压与电流夹角大约为（60~90°），如果夹角不正确，查找回路接线。

去掉短路试验中配电变进线端接地线，接地变把与发电机中性点相连的隔离开关断开，20Hz电源掉电，使配电变空载，然后给20Hz送电，在装置中看采样数据如表2所示。

表2空载试验采样参数表
U20I20备注序
号
10.483∠2570.002∠188/
20.486∠610.002∠353/
30.486∠2100.002∠142/
40.484∠3300.002∠264/
50.482∠1150.002∠48/
60.484∠120.002∠304/
配电变一次空载试验测配电变压器的漏阻抗,取多次平均值。

图4 空载试验测量值
平均值：Z m=2.299+j5.597
3.4 阻抗Zc测试
将上述参数整定，且配电变与发电机联结，发电机空载，读取装置数据（Us,Is），电压与电流夹角大约为（-85~-90°）。

如果夹角不正确，则漏阻抗、激磁阻抗参数可能错误。

做法，发电机不开机，连接配电变与发电机中性点，给
20Hz电源上电，在装置中记录采样数据如表3所示。

表3阻抗Zc测试参数表
Us Is备注序
号
10.489∠1820.450∠271/
20.488∠3410.451∠71/
30.491∠620.451∠151/
40.488∠30.451∠92/
50.490∠2590.451∠349/
图5 配电变与发电机中性点测量值
计算时，Nv=1 Na=1，平均值：Zc=0.011+j1.085
3.5 采样测试及调整
3.5.1将以上测试参数整定入装置，加电阻进行实验。

实际加电阻时，电阻箱一端接在接地配电变与发电机相边隔离刀闸下端（配电变进线端），另一端接地。

1）定值输入
表4 定值输入参数表
序
阻抗名称定值（Ω）备注
号
1Rk0.043Zk
2Xk0.026Zk
3Rm 2.299Zm
4Xm 5.597Zm
5Rc0.011Zc
6Xc 1.085Zc
2）测试如下
表5 测试结果参数表
序
实加值（kΩ）测量值（kΩ）误差号
12 2.44522.2%
23 3.69323.1%
34 4.92323.0%
45 6.38227.6%
567.61626.9%
3.5.2理论计算
式中——发电机额定相间电压，；
——定子绕组接地安全电流，；
——中性点接地配变变比，；
——配电变二次接的电阻，；
——工频下定子三相对地总容抗，。

将上述数字代入，得到
3.5.3 接地电阻告警值及延时
接地电阻告警值
取 5.2 kΩ
动作时限、动作出口
，出口信号
3.5.4 接地电阻跳闸值及延时
接地电阻跳闸值
3.5.5 接地电流Ie.set判据
该判据可对中性点附近（10%～20%定子绕组）以外的定子绕组系统的接地故障进行保护。

因动作时限与停机段动作时限相同，故整定的仅是接地电流。

取，，得到
1）调整定值
表6 定值调整参数表
序
阻抗名称定值（Ω）备注
号
1Rk0.110Zk
2Xk0.005Zk
3Rm 2.300Zm
4Xm 5.600Zm
5Rc0.011Zc
6Xc 1.090Zc
2）再次测试
表7 测试结果参数表
序号实加值
（kΩ）
测量值
（kΩ）
误差备注
1 2.28 2.127.0%
在发电机
中性点测试
2 5.1
3 5.6510.0%
3 2.30 2.33 1.3%在发电机
机端PT柜
测试
4 5.20 5.7010%
3.6 测试结论
机组20Hz注入式定子接地保护采样误差在10%以内，保护动作出口正确跳闸
出口：跳GCB、关主汽门、跳灭磁开关、启动GCB失灵；可以进行投运。

4总结
在中国“一带一路”的倡导下东南亚国家新兴的大型火力发电厂受制于当地
设计水准、电网参数等众多原因导致在发变组保护配置上存在诸多缺陷和不合理
情况，在调试过程中需要更专业、综合、系统的分析配置的合理性。

通过对注入
式定子接地保护进行参数现场的实测与计算，可以有效地避免因设备配置问题导
致的保护失效问题，确保保护达到理论效果。

参考文献
[1] 朱宇聪，包明磊，等.注入式定子接地保护现场试验、分析及建议[J]. 华电技术，2019
[2] 王增平，刘亚东，等. 注入式定子接地保护接地变压器参数影响及改
进方案[J]. 电力系统自动化，2013。