一起发电机零起升压三次谐波定子接地保护动作事件分析
发电机三次谐波电压接地保护的误动分析
煤 矿 机 电
２０１１年第 ６期
发 电机 三 次谐 波 电压接 地 保 护 的误 动分 析
毋军 ，张红栋 ，靳 丰强
（焦作 电厂 ，河南 焦作 ４５４０００）
摘 要： 发电机在正常运行 的情况下，其有功和无功变化时三次谐波 电压的幅值与相位均发生变 化 ，造成三次谐波电压保护误动现象时有发生。对此，介绍了发电机三次谐波 电压的特点和主要特 征 ，并按三次谐波电压构成定子接地保护的原理作分析探讨。 关键词： 发电机；单相接地；三次谐波电压 中图分类号 ：ＴＭ８６２ ．３ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１００１—０８７４（２０１１）０６—００８０—０３
点将沿着该半圆弧逆时针转 动。作ＮＳ（即Ｅ ）的中
垂线 ＨＫＭ，此 中垂线上任一点均有 １ ｝／１ ／
ｌ ， Ｊ≥１．０的，条件为动作判据 ，则 当 点经某一 ， 发生单相接地故障时 ，中垂线交半 圆弧于 Ｋ点 ，Ｋ 点所对应 的 ，值 ，就是 Ｆ点单相接地时以此式为动 作判据的接地保护的最大过渡 电阻。此时 ，若 点 对应 的 ，比 点 所对应 的小 ，则保 护能 动作 ；若
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍｏｔｏｒ Ｔｈｉｒｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｆａｌｓｅ Ｔｒｉｐｐｉｎｇ
ＷＵ Ｊｕｎ，ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇ－（ ｎｇ，ＪＩＮ Ｆｅｎｇ—ｑｉａｎｇ （Ｊｉａｏｚｎｏ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ，Ｊｉａｏｚｕｏ ４５４０００，Ｃｈｉｎａ）
．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｎｏｒｍａ］ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｔｏｒ，ｔｈｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｏｆ ｔｈｉｒｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｖｏｌｔａｇｅ ｂｏｔｈ ｃｈａｎｇｅｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｃｈａｎｇｅ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ｈａｒｍ ｏｎｉｃ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｆａｌｓｅ ｔｒｉｐｐｉｎｇ ｏｃｃｕｒｓ．
发电机三次谐波定子接地保护误动分析及整定建议
发电机三次谐波定子接地保护误动分析及整定建议摘要：在分析发电机三次谐波的分布特点和美国SEL公司研制的发电机保护装置SEL-300G三次谐波定子接地保护的原理的基础上，提出了影响三次谐波定子接地保护正确动作的若干因素,针对目前应用中的发电机保护设备，如果定子接地保护采用三次谐波原理，许多发电机保护设备正确动作率都很低。
在此以美国SEL公司的发电机保护SEL-300G为实例，提出从根本上解决问题的办法，本文也提出保护装置改进的几个方法。
通过对保护装置的改进，将从根本上彻底解决三次谐波原理的定子接地保护的误动问题。
关键词：发电机保护，定子接地，整定计算1 前言SEL-300G的三次谐波定子接地保护应用于现场中，按保护说明书进行整定后多次出现误动情况。
我们以中性点经消弧线圈接地的发电机为例，分析不同的运行方式、不同发电机工况对定子三次谐波分布的影响并由此造成对三次谐波定子接地保护动作及整定计算的影响而引发的三次谐波定子接地保护的误动，从保护设备的改造提出解决办法。
2 SEL－300G的三次谐波定子接地保护的基本原理2.1 原理说明SEL－300G保护装置在定子接地保护上提供两段功能的设计，来检测电阻接地和高阻抗接地发电机的定子绕阻接地故障。
其中一段元件64G2用一个三次谐波电压差动功能，检测发电机绕组底部和上部的故障。
64G1与64G2共同构成发电机的定子接地保护，因此该装置可构成覆盖100％定子接地故障的保护。
靠近发电机中性点附近，发电机定子绕组发生接地故障时，装置用三次谐波差动元件来检测这个范围里的故障。
其中64G2三次谐波差动元件测量发电机端和中性点三次谐波电压的大小，然后用下列公式计算：（1）式中：VP3 =机端三次谐波电压的幅值,64RAT =三次谐波电压比的整定值,VN3 =中性点三次谐波电压幅值,64G2P =差动灵敏度整定值。
当测量到三次谐波电压幅值的差大于64G2P的整定值，64G2元件动作，则发电机三次谐波定子接地保护动作。
发电机三次谐波定子接地误动分析
摘要:本文对发电机三次谐波定子接地原理作了简要说明，并根据大唐石泉水力发电厂5#机开停机过程中，发电机保护装置频繁打出“发电机3ω定子接地”信号，分析了三次谐波定子接地保护误动的原因。
关键词:发电机定子接地误动作0引言发电机是电力系统中最重要的设备，随着对电力系统运行稳定性要求的不断提高，三次谐波定子接地已经普及到中小型发电机组中，用来和零序接地保护配合，实现100%定子接地保护。
然而基波零序电压保护在中性点附近存在保护死区，三次谐波电压保护与运行工况有关，且容易误动作。
大唐石泉水力发电厂安装45×5MW 水轮发电机组，机端额定电压为10.5kV，5#发电机保护采用的是DGT801A 数字式发电机变压器保护装置，该保护装置在运行中出现了异常情况，因此有必要在此认真分析、总结，以提高检修水平，改善运行环境。
1原理由于发电机气隙磁通密度的非正弦分布和铁芯饱和的影响，其定子中的感应电动势除基波外，还有三、五、七次等奇次谐波，以三次谐波含量最高。
因为三次谐波具有零序分量的性质，虽然在线电动势中不存在，但在相电动势中依然存在。
而发电机三次谐波定子接地就是根据比较发电机机端和中性点三次谐波电压大小和相位构成的。
这里用U S3、U N3分别表示发电机机端和中性点的三次谐波电压，若U S3作为动作量，U N3作为制动量，则当U S3>U N3时保护动作，而在发电机正常运行时保护不会误动作，只有在发电机中性点附近发生接地时，保护才动作，且具有较高的灵敏性。
用这个原理构成了发电机定子绕组单相接地保护，它可以保护定子绕组中性点及其附近范围内的接地故障，对其余范围则可以用反应基波零序电压的保护，从而构成了100%发电机定子接地保护。
2现象描述我厂5#机开停机过程中，发电机保护装置频繁打出“发电机3ω定子接地”信号，从2013年5月5日到2013年9月12日累计打出该信号88次。
在开机过程中，当机组满负荷运行时，运行人员手动复归信号，该信号消失，然而停机过程中，该信号再次出现。
发电机三次谐波定子接地保护误动分析及整定建议
发电机三次谐波定子接地保护误动分析及整定建议摘要：在分析发电机三次谐波的分布特点和美国SEL公司研制的发电机保护装置SEL-300G三次谐波定子接地保护的原理的基础上，提出了影响三次谐波定子接地保护正确动作的若干因素,针对目前应用中的发电机保护设备，如果定子接地保护采用三次谐波原理，许多发电机保护设备正确动作率都很低。
在此以美国SEL公司的发电机保护SEL-300G为实例，提出从根本上解决问题的办法，本文也提出保护装置改进的几个方法。
通过对保护装置的改进，将从根本上彻底解决三次谐波原理的定子接地保护的误动问题。
关键词：发电机保护，定子接地，整定计算1 前言SEL-300G的三次谐波定子接地保护应用于现场中，按保护说明书进行整定后多次出现误动情况。
我们以中性点经消弧线圈接地的发电机为例，分析不同的运行方式、不同发电机工况对定子三次谐波分布的影响并由此造成对三次谐波定子接地保护动作及整定计算的影响而引发的三次谐波定子接地保护的误动，从保护设备的改造提出解决办法。
2 SEL－300G的三次谐波定子接地保护的基本原理2.1 原理说明SEL－300G保护装置在定子接地保护上提供两段功能的设计，来检测电阻接地和高阻抗接地发电机的定子绕阻接地故障。
其中一段元件64G2用一个三次谐波电压差动功能，检测发电机绕组底部和上部的故障。
64G1与64G2共同构成发电机的定子接地保护，因此该装置可构成覆盖100％定子接地故障的保护。
靠近发电机中性点附近，发电机定子绕组发生接地故障时，装置用三次谐波差动元件来检测这个范围里的故障。
其中64G2三次谐波差动元件测量发电机端和中性点三次谐波电压的大小，然后用下列公式计算：（1）式中：VP3 =机端三次谐波电压的幅值,64RAT =三次谐波电压比的整定值,VN3 =中性点三次谐波电压幅值,64G2P =差动灵敏度整定值。
当测量到三次谐波电压幅值的差大于64G2P的整定值，64G2元件动作，则发电机三次谐波定子接地保护动作。
发电机定子接地保护动作分析及处理
发电机定子接地保护动作分析及处理摘要：随着时代发展推动各个行业不断进步。
本文对发电机定子接地保护常用方法进行介绍，对各保护方法原理及优缺点进行了深入的研究和分析，总结出了发电机定子保护的可靠措施。
关键词：发电机系统；定子接地保护；动作分析1发电机定子接地保护原理目前大容量汽轮发电机组广泛采用的是双频式100%的定子接地保护及外加电源注入式定子接地保护。
发电机定子100%接地保护就是对发电机定子发生接地故障时进行无死区的保护，采用基波零序电压式定子接地保护加三次谐波电压定子接地保护，通过这两种保护相互配合，达到大容量机组100%定子接地保护要求。
注入式定子接地保护，是在发电机中性点接地变二次侧注入一个方波电源，当发电机定子接地时，通过参数的变化，反映出发电机定子发生接地故障。
1.1双频式100%的定子接地保护由基波零序电压式接地保护与三次谐波式接地保护构成，能检查出发电机内部的任何点的接地故障。
是利用发电机固有的电势在定子接地故障时所产生的相应的电流或电压作为保护的动作参量。
(1)基波零序电压定子接地保护基波零序电压能够保证发电机在85%-95%的定子绕组单相接地保护，基波零序电压依靠发电机零序电压大小来判断定子绕组是否接地。
基波零序电压保护可反映α大于10%以上范围的定子绕组接地故障，且故障点越远离发电机中性点时基波零序电压动作量越大，从而保护灵敏度越高。
其中α为发电机定子绕组发生单相接地时，接地点距离中性点的距离。
基波零序电压保护设两段定值，一段为灵敏段，另一段为高定值段。
灵敏段基波零序电压保护动作于信号时，其动作方程为U0n ＞U0zd，式中:U0n为发电机中性点零序电压;U0zd为零序电压定值。
灵敏段动作于跳闸时，还需经主变高压侧零序电压闭锁，以防止区外接地故障时定子接地基波零序电压灵敏段误动。
高定值段基波零序电压保护，动作方程为U0n＞U0hzd，保护动作于信号或跳闸均不需经主变高、中压侧零序电压辅助判据闭锁。
发电机定子接地保护动作分析及防范措施
发电机定子接地保护动作分析及防范措施结合公司三起发电机定子接地保护信号报警、动作跳闸事件,重点介绍事件处理情况，事件发生原因及分析和判断，提出相应的防范措施和相关。
发电机出现定子接地故障报警后，应根据现场保护及设备动作情况，及时分析原因，做出准确判断，快速消除设备隐患，保障机组和电网安全运行。
一、前言发电机定子接地故障是最常见的发电机故障。
发电机定子接地后，接地电流经故障点、三相对地电容、三相定子绕组而构成通路。
当接地电流较大时，能在故障点引起电弧，造成定子绕组和定子铁芯烧伤，甚至扩大为相间或匝间短路。
对于100MW及以上的发电机，特别是水内冷机组，考虑中性点附近定子绕组可能漏水引起绝缘损坏，要求装设保护区为100%、灵敏性高的定子接地保护。
当电厂发电机定子接地保护动作时，现场运行及检修人员应及时掌握发电机一次设备及保护动作信息，并立即进行分析、判断和处理，确保机组安全稳定运行。
1、发电机定子接地电流允许值二、事件简述事件1、2003年8月29日13时29分， #2发变组保护运行中突发“定子接地”信号光字牌，13时31分，发电机定子保护动作跳闸与系统解列。
事件2、2008年03月01日01时56分，#1发变组突然跳闸，首出“定子接地”保护动作，汽机联跳，炉MFT动作。
事件3、2008年12月5日03时17分#1机G盘发“定子接地”报警，检查发电机一、二次设备无明显异常，核对发电机各一、二次电压也未发现异常。
三、事件处理情况事件1此次发电机解列，检查为电厂发电机定子接地基波保护动作，这是公司发电机定子接地保护第一次动作。
电气人员在负责生产的领导现场指挥下，检修运行人员分成两批人员，按照发电机一、二次设备立即投入查找。
继电保护人员核对、校验保护装置定值正常，同时检查发电机定子接地二次回路也正常；高压、运行人员对发电机本体、机端、中性点及发电机封母、PT、CT、避雷器及其附属设备外观进行了检查，没有发现明显异常。
一起发电机定子接地故障分析
图1 A相1TV现场外观检查②试验检查。
测量A相1TV电压互感器绝缘电阻，一次绕组对二次绕组、地绝缘为0MΩ，二次绕组对地绝0MΩ，其主绝缘已击穿。
对其进行直流电阻测试，与出厂报告比较情况，见表1。
表1 直流电阻测量数据绕组标识实测阻值（25℃）/Ω出厂阻值（25℃）/ΩAB1717.317761a1n0.0900.0912a2n0.125720.152dadn0.091730.124③发电机其他相关内容检查情况。
检查发电机机端0.91V，已超过正常三相不平衡电压，且匝间专用3U0电压随着机端电压升高而逐渐增大，发电机机端三相电压正常，机端3U0、中性点3U电压正常，表明此时发电机A相1TV已有绝缘缺陷，但主绝缘尚未击穿。
录波情况见图3。
图3 05时19分机组故障录波2 原因分析2.1 灭磁开关跳闸原因发变组保护A、B柜“定子接地3U”达到保护动作定值，保护动作跳闸出口。
2.2 发变组保护动作原因发电机出口电压互感器柜A相1TV主绝缘（一次绕组对二次绕组）击穿，造成发电机机端A相发生接地，机端3U0和中性点3U增大，达到保护定值，保护动作属于正确动作。
2.3 发电机A相1TV故障原因通过对该故障电压互感器进行解体，发现一次绕组漆包线及层间绝缘完好，如图4所示。
图4 一次绕组解体情况继续进行解体，发现其二次绕组层间绝缘已完全碳化为黑色粉末状，绝缘已遭到完全破坏，如图图5 二次绕组解体情况采取防范措施（1）购置产品业绩有一定保障、相应规格型号的电压互感器，以备不时之需。
（2）进行检修规范化管理，感应耐压试验后必须进行局放试验，以确保电压互感器匝间绝缘完好。
（3）机组A修后，发电机进行动态试验过程中运行人员需加强对相关参数监视，以便及早发现问题。
（4）更换后的A相电压互感器与其他两相不是一组产品，存在对地电容差异，机组运行过程中需注意产生的三相不平衡电压对保护的影响。
结语发电机出口电压互感器单台设备价值虽然不算昂贵，但其故障造成的后果是相当严重的，因此必须加强其设备选型、采购、运行、维护、预防性试验等全过程图2 05时56分机组故障录波。
发电机定子接地三次谐波电压保护误动的分析与探讨
１ 概
述
且 接地 点越 接 近 中性 点 ， 敏度 越 高 。沙 湾 水 电 灵 站 基本判 据 为 ：
２ 原 因分 析
２ １ 定 子 接 地 三 次 谐 波 电压 保 护 原 理 ．
定 子接地 三次谐 波 电压保 护原理 是基 于单相
接地故 障前后 发 电机 中性 点与机 端处 三次谐 波 电
压变化 特点 不 同构 成 的。正 常情 况 下 ， 中性 点三 次谐波 电压 比机端 电压 Ｕ 大 ， 韶 而靠 近 中性 点 ＜Ｕ ３ ｓ。设 发 电机定子 绕组
谐 波 电压 根 据 中性点 接 地 变 Ｃ Ｔ计 算 得 出 ， 端 机
三 次谐 波电压 取 自机 端 开 口三角 形 电压 互 感 器 。根 据实 际 运行 观 察发 现 ， 湾 电站 ４号发 电 沙 机组 在开 机并 网或加 负荷 时多次 出现定 子接 地三
Ｅ
次谐 波 电压保护误 动作 。
而 事实证 明 ， 论是 沙湾水 电站 ， 是其 他采用 该 无 还 保 护 的电站 的机组在 开停并 网时是误 动发生 的主
要 时 间段 。
对地 电容 相 对 地 变 化 可 接 近 ５ ％ 。其 他 水 电 厂 ０
情况 类似 。可通 过 ｜值调 整或 者改 变保护算 法 等 ｊ ｝
技改措 施 ， 可改善 误动情 况 。
根 据参考 文 献 ， 水轮 发 电机 组在 开 停 机 并 对
网时刻 三 次谐 波保 护误 动进 行 了分 析 。并 网前 后
发电机三次谐波定子接地保护频发报警原因分析
发电机三次谐波定子接地保护频发报警原因分析发表时间：2018-06-11T16:50:31.427Z 来源：《河南电力》2018年2期作者：米建宾1 曹红日2 蒙小飞3 马志昊1 贾蒙4 侯[导读] 本文探讨了三次谐波定子接地保护频发报警的原因及处理方法，以期对被同样问题困扰的继电保护同仁有一定帮助。
（1.国网冀北电力公司电科院（华北电力科学研究院有限责任公司）北京 100045；2.北京京能高安屯燃气热电有限责任公司北京 100024；3.华润电力（温州）有限公司温州 325000；4.北京京能未来燃气热电有限公司北京 102209；5.神华宁夏国华宁东发电有限公司银川 750408）摘要：发电机作为电力生产的主要设备，其安全稳定运行是保障电力生产的重要条件。
发电机定子接地保护是保证发电机安全的重要手段，在发电机实际运行中，通过三次谐波定子接地保护反映中性点附近5%～15%范围内的故障，弥补基波零序电压保护或零序电流接地保护在中性点附近的保护死区。
在实际运行中，三次谐波定子接地保护频发报警，给电厂生产运行人员带来了很大的困扰。
本文探讨了三次谐波定子接地保护频发报警的原因及处理方法，以期对被同样问题困扰的继电保护同仁有一定帮助。
关键词：发电机；三次谐波定子接地保护；原因分析引言我国电力系统中，对于100MW及以上的发电机，应装设无动作死区（100%动作区）单相接地保护，一般采用基波零序过电压与三次谐波电压保护共同共同组成的100%单相接地保护[1-11]。
基波零序电压定子接地保护主要负责保护距发电机机端85%～90%的定子绕组接地故障；三次谐波定子接地保护主要反映距中性点5%～15%范围内，以较小过渡电阻接地时的定子绕组接地故障，从而弥补基波零序电压保护或零序电流接地保护在近中性点范围内的保护死区[2-11]。
三次谐波定子接地保护其原理是根据发电机机端和中性点的三次谐波电压的变化情况，检测发电机运行状态下机端及中性点三次谐波电压是否达到保护动作方程的要求，以达到发现距中性点5%～15%范围内定子接地故障的目的。
发电机三次谐波定子接地保护动作的原因分析
发电机三次谐波定子接地保护动作的原因分析李雷红，张国情(靖远第二发电有限公司，甘肃 白银 730919)〔摘 要〕 介绍了某发电公司发生的一起发电机三次谐波定子接地保护动作事件，从设计缺陷、关闭步骤有误、内漏缺陷、经验反馈等方面分析了事件原因，并提出了一系列有效的防范措施，可为同类型机组的类似情况提供借鉴。
〔关键词〕 发电机；三次谐波定子接地保护；防范措施Abstract :An accident of third harmonic stator grounding protection action in generator is introduced, which is happened in the operating process of a power plant. The cause of fault is analyzed in respect to the design flaw, incorrect closing procedure, inner leakage defect, experience feekback, etc. A series of effective preventive measures are proposed, in order to provide reference for similar events of the same type of units.Key words :generator; third harmonic stator grounding protection; preventive measures 中图分类号:TM862 文献标识码:A 文章编号:1008-6226 (2019) 06-0022-03势，利用这个特征量可构成100 %定子接地保护，其保护由2部分组成：(1) 基波零序电压元件，保护范围从机端到中性点85 %范围以上；(2) 利用三次谐波电势构成定子接地保护，可消除基波零序电压元件保护不到的死区，一般可保护发电机中性点至机端20 %以上的接地故障。
发电机三次谐波定子接地保护报警事件分析
Telecom Power Technology运营探讨发电机三次谐波定子接地保护报警事件分析彭昭雄，狄素珍（四川广安发电有限责任公司，四川广安火电机组运行期间，频繁报“三次谐波差动信号”事宜。
通过分析，提出了查找问题和解决问题的思路，适用于同类保护报警故障的分析。
Analysis on Alarm Event of Third Harmonic Stator Ground Protection for GeneratorPENG Zhaoxiong，DI Suzhenan Power Co.，Ltd.，Guang'anMW thermal power unit in a power plantanalysis，the author puts forwardsuitable for similar protection alarm fault analysis.；the stator grounding 2020年9月10日第37卷第17期· １９９ ·Telecom Power TechnologyＳｅｐ． １０，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． １７ 彭昭雄，等：发电机三次谐波定子接地保护报警事件分析3.2 设备检查情况一方面，机组故障录波装置均未启动，南瑞保护本身自带的录波打印结果显示第一次波形无异常，第二次波形显示CH 10通道得三次谐波差电压有变化。
另一方面，2020年1月20日，机组停运后全面检查发电机一次回路和二次回路。
一次回路部分的检查情况：发电机机端出口的电压互感器绝缘及直阻良好，发电机接地变压器绝缘良好，外观良好无异常。
二次回路部分的检查情况：一一检查发电机机端出口的电压互感器至发变组屏柜的二次回路，均未发现松动现象，各电缆绝缘良好，各电压互感器伏安特性试验良好，发电机机端出口电压互感器二次接线的航空插头未松动[2]。
4 原因分析三次谐波电压差动判据为： |U 3N -k t ×U 3T |>kre ×U 3N （1）式中，U 3T 和U 3N 分别为机端和中性点三次谐波电压向量，U 3N 为中性点三次谐波电压值，k t 为自动跟踪调整系数向量；kre 为三次谐波差动比率定值。
一起三次谐波定子接地保护动作事件分析
式中：Ｋ 、Ｋ 、Ｋ 。 — —为三 次谐 波式定子 接地保护 调整系 ｕ。 唧 数定值 ；ｕ 。 ｕ 。 ——发 电机机端及中性点三 次谐波 电压 。 三次谐 波定 子接地 保护 定值采用 自整 定的方 式 ，即保护 所 以正 常运 行情况下 ，机端Ｔ 和 中性 点Ｎ 处三次谐波 电压之比为： 自动 计 算 Ｋ Ｉ ￣ Ｎ Ｋ ２ 值 将 正 常 运 行 的 不平 衡 量 调 整 为 ０ 。 通 过 专 业 Ｕ３ Ｗ Ｔ Ｃｏ ｌ 技术人员界面操作将整定的系数 Ｋ ｌ 、Ｋ ２ 写入保护Ｃ Ｐ Ｕ 。再在 ＜１ Ｕ３ ｗ Ｎ Ｃ ｏ ｌ＋ ２ Ｃ ｏ ｓ 发 电机中性 点挂接地 电阻或 按照工程经 验 ，点击调整Ｋ ３ 系数 由此可见 ，正常运行时，发电机 中性 点侧 的三 次谐波 电压 从 而完成保 护 的整 定 。并 网前三次谐 波定子 接地保 护的 自整 ０ ％ 负荷 下进 ｕ 洲总是大于发电机机 端的三次谐波电压Ｕ ｍ，当在发 电机 中性 定需在 发 电机空载额定 电压 下进 行 ，并 网后在约２ 点附近ａ 处发生 定子绕组金属性单相接地 时，中性点Ｎ 和机端Ｔ 行 。其 动作 逻 辑 框 图如 图 四 、 图五 所 示 ： 处的三次谐波 电压恒为 ：
工业 Ａ
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通 过 以上 表 格 数 据 对 比分 析 ， 由于 ６ 月１ 日 自整 定 时 中性 点 的零序 电压采样 值为 ０ ，导致保 护装置 白整定定 值均 为０ ，保 护装 置未能通过 自整定将 正常运行 的不平衡量调整 为０ ，从 而 造 成保 护误报 警 ，通 过观察报 警 时中性点基 波及三 次谐波 零 序 电压采 样值均 为０ ，且发 电机保 护Ａ 屏未报 警，可初 步判 断
G60发电机三次谐波定子接地保护分析
和绝对值，相当于图 1 中 E3 ；其中UN(3rd)（即图 1 中
●
●
UN3 ）由 装 置 外 接 辅 助 电 压 输 入 获 得 U ， O(3rd)（即 图 1
●
中UT3 ） 由机端三相电压接入装置后由装置ห้องสมุดไป่ตู้部计
算获得。 上面各式中各数值都是归算到一次值进行
判断比较的。 在 G60 保护装置中， 通过进入菜单
华中电力
第 22 卷
图 1 发电机三次谐波等效电路
发电机三次谐波定子接地保护主要保护距发
电机中性点 5 %～15 %左右范围内的定子绕组接地
故障，当靠近发电机中性点附近发生定子接地故障
●
时，发电机中性点三次电压UN3 减小，机端三次谐波
●
电压UT3 增大； 目前国内外各种三次谐波定子接地
保护装置都是根据这两个电压的变化特征，构成不
次谐波等效电动势大于 Supervision，此参数为实际
有名值，在 G60 保护中该定值项中是以 pu 的倍数形
式出现的，也可以理解为折算到机端的一次电压值。
同时满足式 （1）、（2）、（3）后，“100 % STATOR
GROUND”元件动作 ，即可判断为 发电机定子 绕组
中性点侧发生接地。
2 影响三次谐波定子接地保护正确动作的 因素分析
技 术 经 济 分 析 [j]..广 东 电 力 ，2007，20（5）：25-27.
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[6] 陈 磊.城 市 架 空 线 入 地 改 造 供 电 模 式 初 探[J]..供
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基于发电机零序电压和三次谐波构成的定子单相接地保护的探讨
＼
／
对保护动作产生影 响。当变压器高压侧发生接地短
路时， 高压侧 的零 序 电动势 通过 变压 器 高低 压侧绕 组 之 间耦合 电容 传 变至发 电机侧 ， 发 电机端 就会 产生 零 序 电压 。如 果此 零 序 电压 值 较 高 可 能造 成 发 电机 定
图４ Ｕ ｏ ａ 、 Ｕ 随ｏ ｃ 的 变 化 曲 线
江西电力 ・ ２ ０ １ ７ 即接 地 点离 中性 点越 远 ， 采 集 的零 序 电压 越 高 ， 系 曲线 ， 如 图 ４所示 。
中 性 点 机端
靠近 中性点处 ， 采集的零序 电压越低 ， 当接地点距离
中性 点 越远 ， 保 护越灵 敏 。而 接地 点发 生在 中性 点 附 近时 ， 保 护 的灵 敏度越 低 ， 就可 能造 成保 护拒 动后果 。 ２ ） 在 主 变高 压 侧 系统发 生 单 相接 地 故 障时 可能
＝
０ ． ５ 处， 当发 电机 中性 点接 地 时 ， ＝ ０ ， Ｕ ｏ ＝ ； ＝ ０ ，
＝ Ｉ ＝ Ｂ；
拒动 现象 ， 还 可能 在主 变高 压侧 系统 发生 单相 接地 故 障时 保护 误动 。
１ ． ２ 基 于三 次谐 波型 的保 护
１ ． ２ ． １ 原理
当发 电机机 端接 地 时 ， ０ 【 ＝ １ ， Ｕ ｎ ＝ Ｅ ３ ； ＝ ０ 。
开
时， 故 障点 的接地 电流经故 障 点 、 三相对 地 电容 、 三相
定子绕组 而构成通路 。当接地 电流超过允许值时 ， 在
接地 点 产生 电弧 ， 造 成定 子绕 组 的绝缘 和定 子铁 芯绝 缘损坏 ， 引 起定 子 绕 组 相 问或 匝 间 短路 事 故 。 因此 ，
一起定子接地保护三次谐波电压差动报警事件分析
一起定子接地保护三次谐波电压差动报警事件分析发布时间：2023-01-30T08:54:49.767Z 来源：《中国电业与能源》2022年8月16期作者：刘大裕[导读] 某电厂2号机正常运行时，发电机保护B柜（南瑞PCS-985G）“三次谐波电压差动”定子接地保护报警。
刘大裕大唐华银攸县能源有限公司，湖南攸县，412300摘要：某电厂2号机正常运行时，发电机保护B柜（南瑞PCS-985G）“三次谐波电压差动”定子接地保护报警。
由于100%定子接地保护由基波零序电压定子接地保护和三次谐波电压定子接地保护组成，三次谐波电压定子接地保护主要反映中性点25%左右的定子接地，而国内部分电厂发生过“三次谐波电压差动”定子接地保护误报警情况，本文通过现场的实际检查与分析，展开对保护报警原因的探讨。
关键词：继电保护；三次谐波电压差动；定子接地保护引言定子绕组接地是发电机运行中常见的一种故障形式，发电机定子接地保护作为反应发电机定子单相接地故障的保护，该保护通常由两个保护组成：基波零序电压定子接地保护，保护发电机85—95%定子绕组单相接地；和三次谐波电压定子接地保护，保护发电机中性点25%左右的定子接地。
上述两个保护区间叠加构成100%定子接地保护，从而保护发电机定子绕组全区间。
1故障现象2020年6月20日05点43分，2号机组并网，2号机组运行正常。
6月20日12:50:32.594，2号机电气保护室内2号发电机保护B柜定子接地报警，报警内容为“三次谐波电压差动报警”，13:01:05.884报警自动消除。
报警时刻2号发电机保护B柜装置采样：机端零序电压2.15V，中性点零序电压启停机3.2V，机端三次谐波0.86V，中性点三次谐波3.35V，三次谐波差电压2.51V。
从装置采样及故障录波波形来看，报警前后机端三相电压、中性点电压值基本保持不变，机端零序电压值存在少许波动。
该发电机为哈尔滨电机有限责任公司QFSN-630-2YHG型汽轮发电机，额定功率630MW，额定电压20kV，双星型接线，发电机经升压变压器接于500kV系统。
微机保护三次谐波保护动作分析
XX电厂三次谐波定子接地保护动作分析一、现场情况#4发变组保护“发电机三次谐波定子接地”保护在近期多次动作报警。
二、动作报告分析1、三次谐波保护整定定值比例系数K：1.15延时时间t：0.5s2、动作报告机端三次谐波电压：2.47∠283°V机尾三次谐波电压：2.02∠75°V由动作报告可以看出，K=2.47/2.02=1.22大于保护整定值1.15，保护动作行为正确。
三、现场实验及检查XX电厂#4发变组为300MW机组，机组保护为我公司生产的XXX系列成套保护装置。
到达现场后，#4发电机组已停机，电厂介绍已检查相关的二次回路，未发现异常。
做实验：1、机端和机尾分别施加2V三次谐波电压，保护装置采样在1.9V到2.1V之间，满足误差要求。
2、机尾先施加2V三次谐波电压，再往机端施加1V三谐波电压，并慢慢增加机端三次谐波电压至保护动作，读取此时电压数值为2.4V，计算三次谐波比值满足误差要求。
3、开机并网后，对三次谐波电压进行了实测，发现在发电机带90MW负荷以下时，三次谐波比值较大，最大可达到1.25（与现场故障录波装置所录情况一致）；而在负荷为90MW以上时，机端和机尾三次谐波电压变化不大，机端在2.4V左右而机尾在3.2V左右。
四、分析结论1、三次谐波保护动作前后，机端机尾零序电压没有什么变化，只有零漂值，故基本可以排除一次有接地故障。
2、以上试验表明，保护装置技术参数满足技术条件要求，保护装置是没有问题的。
3、机组的三次谐波比值与所带负荷大小关系较大，三次谐波定值应按实际测情况重新整定（该电厂以前未测试各种负荷下的三次谐波比值）。
4、于三次谐波保护受影响的因素较多，故三次谐波保护的整定值应有一定裕度；已建议用户按实测情况整定，并适当加大三次谐波保护的延时时间。
在三次谐波保护动作后，应监视机端机尾的基波零序电压的变化情况。
一起发电机零起升压三次谐波定子接地保护动作事件分析
一起发电机零起升压三次谐波定子接地保护动作事件分析作者：张彬钟文华郭江磊靳阿妮来源：《机电信息》2020年第06期摘要：通过对一起600 MW汽轮发电机零起升压试验过程中三次谐波比率定子接地保护发信事件分析，阐述发电机电压互感器一次绕组接线不完整对发电机及发电机定子接地保护装置运行造成的影响。
发电机机端电压互感器一次绕组星形接线不完整，每相电压互感器通过对地分布寄生电容形成微小的励磁回路，在一次绕组回路不完整的情况下，二次星形及开口三角形皆有输出，但输出幅值严重偏差，对机组启动试验及定子接地保护造成一定的误判据。
最后，结合此次事件，讨论总结电压互感器更换后试验及机组启动试验注意事项。
关键词：零起升压;电压互感器;定子接地保护;三次谐波0 引言南方某发电厂5号机采用上海汽轮机厂生产的QFSN-630-2型发电机组，其额定容量为630 MW，机端额定电压为20 kV。
发电机采用发—变组单元接线方式接入500 kV系统，发电机装设出口开关，发电机出口由封闭母线经出口开关与主变压器及两台高压厂用变压器连接，不经出口开关与励磁变压器连接。
发电机中性点经接地变高阻接地，接地变中性点基波零序电压、三次谐波电压送发电机保护A01、A04屏，用于发电机定子接地保护。
发电机机端配置1YH、2YH、3YH、4YH四組单相式电压互感器，其中1YH为出口断路器自带。
2017年9月，5号机绿色改造期间，将机端2YH、3YH、4YH电压互感器进行了同型号整体更换，外部接线方式无变化，机组其他一、二次系统无变动。
5号发电机保护配置情况：5号发电机励磁系统采用南瑞继保PCS-9400静态自并励系统，发电机保护采用南瑞继保PCS-985G微机型保护装置，A01屏、A04屏双套完全冗余配置。
发电机定子接地保护采用基波零序电压保护从机端开始85%～95%的定子绕组单相接地故障，采用三次谐波电压比率保护发电机中性点25%左右的定子绕组单相接地故障。
大型发电机组三次谐波定子接地保护动作行为分析与研究
大型发电机组三次谐波定子接地保护动作行为分析与研究【摘要】根据某350MW发电机组的实例可以看出，利用机端三次谐波电压作为动作量，用中性点三次谐波电压作为制动量，且当时作为保护的动作条件，由此构成的发电机三次谐波定子接地保护，可以对发电机中性点附近发生的单相接地故障正确反应。
若中性点附近发生接地故障，则三次谐波定子接地保护必可靠动作。
【关键词】发电机三次谐波定子接地保护机端三次谐波电压中性点三次谐波电压自上世纪80年代，三次谐波定子接地保护开始广泛应用于大型发电机组，其保护范围为发电机中性点附近发生的接地故障。
但在实际运行中，机组发生的定子接地故障极少在发电机中性点附近，三次谐波定子接地保护实际动作事件并不多见，因此其灵敏性和可靠性并未得到充分验证。
本文以某发电厂350MW机组实例为据，对发电机三次谐波定子接地保护原理及动作行为做了进一步分析，得到了相应的结论。
1 概况2011年9月17日16：00，某发电厂350MW级1号机组有功负荷301MW、机端电压19.7kV、220kV母线电压232kV，机组运行正常。
16：02，发变组保护A、B屏开始报“三次谐波定子接地”保护告警信号，此后至9月19日机组停机消缺期间，该信号频出。
经统计从9月17日16：02至19日下午16：00，两天时间内发变组保护A、B屏的三次谐波定子接地保护分别启动600余次。
保护屏三次谐波定子接地保护启动后，较长时间不能复归，且机端和中性点3次谐波电压值逐渐趋于更低，而电压比趋于增大，保护动作情况反映电气一次系统接地情况可能有进一步严重的趋势。
2 对三次谐波定子接地保护原理的研究该电厂采用的发变组保护为许继电气股份公司生产的WFB-805A微机型发电机变压器组保护装置。
当发电机定子绕组发生单相接地故障时，在定子绕组中感应的电动势除基波分量外，还含有三、五、七次等高次谐波分量，其中三次谐波分量是零序性质的分量。
当靠近发电机中性点附近发生单相接地时，基波零序电压或电流构成的定子接地保护有死区，而三次谐波式接地保护动作灵敏度较高，所以利用机端90%保护范围的基波零序电压保护和靠近发电机中性点25%以上的三次谐波电压定子接地保护，组成100%定子单相接地保护。
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一起发电机零起升压三次谐波定子接地保护动作事件分析
作者：张彬钟文华郭江磊靳阿妮
来源：《机电信息》2020年第06期
摘要：通过对一起600 MW汽轮发电机零起升压试验过程中三次谐波比率定子接地保护发信事件分析，阐述发电机电压互感器一次绕组接线不完整对发电机及发电机定子接地保护装置运行造成的影响。
发电机机端电压互感器一次绕组星形接线不完整，每相电压互感器通过对地分布寄生电容形成微小的励磁回路，在一次绕组回路不完整的情况下，二次星形及开口三角形皆有输出，但输出幅值严重偏差，对机组启动试验及定子接地保护造成一定的误判据。
最后，结合此次事件，讨论总结电压互感器更换后试验及机组启动试验注意事项。
关键词：零起升压;电压互感器;定子接地保护;三次谐波
0 引言
南方某发电厂5号机采用上海汽轮机厂生产的QFSN-630-2型发电机组，其额定容量为630 MW，机端额定电压为20 kV。
发电机采用发—变组单元接线方式接入500 kV系统，发电机装设出口开关，发电机出口由封闭母线经出口开关与主变压器及两台高压厂用变压器连接，不经出口开关与励磁变压器连接。
发电机中性点经接地變高阻接地，接地变中性点基波零序电压、三次谐波电压送发电机保护A01、A04屏，用于发电机定子接地保护。
发电机机端配置
1YH、2YH、3YH、4YH四组单相式电压互感器，其中1YH为出口断路器自带。
2017年9月，5号机绿色改造期间，将机端2YH、3YH、4YH电压互感器进行了同型号整体更换，外部接线方式无变化，机组其他一、二次系统无变动。
5号发电机保护配置情况：5号发电机励磁系统采用南瑞继保PCS-9400静态自并励系统，发电机保护采用南瑞继保PCS-985G微机型保护装置，A01屏、A04屏双套完全冗余配置。
发电机定子接地保护采用基波零序电压保护从机端开始85%～95%的定子绕组单相接地故障，采用三次谐波电压比率保护发电机中性点25%左右的定子绕组单相接地故障。
机端三次谐波电压取自机端2YH开口三角形零序电压，中性点侧三次谐波电压取自发电机中性点YH0电压互感器，三次谐波电压比率定子接地保护投信号。
1 事件经过
2017年12月27日，5号机组绿色改造结束，经调度批准进行发电机空载零起升压试验。
当日14：25：48，5号机带主变零起升压一、二次设备方式调整完成，机端电压互感器一次保险安装完成，小车推至工作位，励磁系统6 kV他励电源送电测试正常，5号发电机他励方式下零起升压试验正式开始。
启励后发电机逐步开始建压，14：57：36，发电机保护A01屏、A04屏发装置报警信号，就地停止增磁，分析报警内容如下：
A01屏PCS-985G装置报文信息：装置报警、三次谐波比率信号、报警启动录波;A04屏985G装置报警与A01屏一致，报警记录时刻相同。
5号发电机故障录波器由保护装置故障开关量启动录波，具体录波如图1所示。
定子三次谐波报警时，发电机机端二次电压分别为28.123 V/
28.783 V/29.095 V，机端PT三相电压基本平衡，此时，主变低压侧（1YH）二次电压已经达到38.621 V。
现场实际测量，故障录波器显示值与万用表测量结果一致，机端电压互感器三相电压较主变低压侧电压偏低（主变低压侧电压互感器本次检修未有变动），初步确认机端互感器模拟量采样畸变失真。
相同时刻，主变低压侧电压互感器1YH开口三角形与机端2YH开口三角形三次谐波对比结果如表1所示，由于发电机中性点互感器YH0电压未接入故障录波器，从保护装置录波图中读取中性点基波零序电压及三次谐波电压值。
从表1可知，装置报警时，同一个测量点，5号发电机机端开口三角形三次谐波电压值为主变低压侧开口三角形三次谐波电压的11倍，机端开口三角三次谐波大幅增加。
PCS-985G保护装置三次谐波比率动作方程为：U3T/U3N>K3wzd，其中U3T和U3N分别为机端和中性点三次谐波电压值，K3wzd为设置动作定值，5号机并网前定值为0.85。
U3T=0.838，
U3N=0.287，U3T/U3N≈2.92，远远大于并网前三次谐波比率定值0.85，保护装置定子三次谐波比率保护动作正确。
比较5号主变低压侧电压Ua和5号主变高压侧电压Ua，报警时刻，主变高、低压侧二次电压分别为41.676 V、38.375 V，折算到一次值分别为208.382 kV、7.675 kV，高低压侧电压比为27.15，基本符合变比关系，可以进一步印证主变低压侧电压互感器采样正确。
此次事件中，发电机定子接地保护装置、故障录波器采样及动作逻辑正确，机端电压互感器模拟量采样失真，其开口三角形三次谐波电压值不能正确反映发电机机端实际三次谐波值，不能由此判据定子中性点附近有单相接地现象。
综合上述分析，基本将故障原因定位至本次检修过的机端电压互感器上，问题可能为机端电压互感器三相小车不到位、动静触头接触不良或者三相互感器一次保险接触不良。
现场停止试验，灭磁，断开6 kV励磁系统他励电源，断开灭磁开关，重新对机端电压互感器小车及互感器一次保险进行检查整理。
16：30，机端电压互感器检查完成，互感器小车重新推入紧固正常，动静触头接触良好，一次保险测量无误后回装完成，机组再次启动进行试验。
16：57，两套保护装置再次发“三次谐波比率定子接地信号”，故障录波器基波电压波形及三次谐波电压值与第一次启动试验结果相似。
现场讨论后决定暂时停止试验，对机端电压互感器进行解体详细检查。
当打开机端电压互感器中性点封闭外箱时发现，机端电压互感器A、B、C相中性点未正确连接并接地，相当于一次星形接线中性点未连接也未接地。
对比其他机组接线方式后，按照星形接线方式重新对机端电压互感器中性点进行接线，接线整改完成后如图2所示，粗线部分为新增接线。
机端互感器恢复完成后重新启动进行试验，启动正常，机端电压从零升至额定过程中保护装置未再次发定子接地报警，现场缺陷处理正确有效。
2 原因分析
2.1 直接原因
误接线，机端电压互感器星形连接不完整，机端电压互感器模拟量采样偏差大、三次谐波电压采样大幅增加，导致三次谐波比率定子接地保护发信。
2.2 技术原因
在此次事件中，在机端电压互感器一次绕组星形接线不完整且未接地的前提下，从纯电路理论分析，一次绕组未形成励磁回路，二次侧不应有电压输出，但实际情况下，机端电压互感器二次有电压输出且三相基本平衡。
通过现场实际情况分析提供其中一种可能的原因并进行验证：机端每相2YH、3YH、4YH三个电压互感器一次绕组中性点虽未直接接地，但电压互感器外壳接地，电压互感器一次绕组与外壳之间存在寄生分布电容，电压互感器通过与外壳的分布电容构成励磁回路，可以形成微小的励磁电流回路，具体如图3所示。
图3中，C1、C2、C3为A、B、C相电压互感器对地分布电容，假设C1、C2、C3容抗相等，则电压互感器二次电压也应基本平衡。
通过现场录波图来看，前两次启动试验实际二次侧输出电压基本平衡，反过来印证了起初的推论。
同时也是由于该大容抗的存在，使二次回路的输出电压较正常值低，也与现场实际试验结果一致。
通过比对5号机主变低压侧开口三角形三次谐波电压值，机端开口三角形三次谐波大是自身中性点缺失造成的，并非实际系统中的谐波。
理论上电压互感器中性点缺失，会在二次回路上测量到一定含量的三次谐波电压。
补充说明，由于三次谐波的零序特性，在主变低压侧三角形、发电机中性点经高阻接地方式下不具备三次谐波电流通路，三次谐波电压通过绕组对地分布电容及机端负载对地导纳的大小进行分布，此次5号机机端电压互感器中性点缺失，将会对发电机机端及中性点三次谐波电势的分布造成一定的影响。
3 结论
本文详细地介绍了一起发电机零起升压过程中三次谐波比率定子接地保护误发信事件的背景、原因及现场分析处理步骤。
通过对此次事件的分析、总结、思考，得出以下技术及管理方面的经验教训：
（1）发电机三次谐波比率定子接地保护信号出现，不能简单地认定发电机中性点出现了单相接地故障，如同本文所述事件一样，机端电压互感器一次绕组星形接线不完整，直接影响其开口三角形三次谐波电压值的大小，进而导致发电机三次谐波定子接地保护误发信。
还有其他与本文类似的故障，如机端电压互感器一次保险接触不良、互感器小车推入不到位动静触头
接触不良，均可能造成三次谐波定子接地误发信。
在以后的检修中遇到发电机三次谐波比率定子接地保护发信情况，可以先从这些简单容易的部分入手检查，大大提高设备消缺的速率。
（2）电压互感器单相试验不能验证整组接线的正确性。
此次5号机更换机端电压互感器后也完成了互感器极性及变比等常规要求试验，但现场试验是对单个互感器逐个进行的，没有对整组互感器进行系统试验，单体设备正常不能保证整个系统的完好。
在单体校验合格后，必须对整组互感器进行试验，以保证整个系统的完整性，这也是其他系统、设备定期检修的基本原则。
（3）更换过电压互感器后必须进行零起升压试验，试验合格后方可在励磁系统自动方式下起励及并网。
发电机零起升压的主要目的也是为了验证检修过的一、二次设备电压回路是否完好，更换过电压互感器设备必须进行，类似于本文所述5号机事件，如不进行零起升压试验，将有可能造成发电机过电压，危害性极大。
另外，零起升压试验过程中不能以变更过的电压互感器测量数据为参考，需选择其他参考点，如以主变低压侧或者主变高压侧电压作为参考点。
[参考文献]
[1] 南京南瑞继保电气有限公司.PCS-985G发电机保护装置说明书[Z].
收稿日期：2020-01-06
作者簡介：张彬（1986—），男，甘肃定西人，工程师，主要从事火力发电厂电气二次检修工作。