防止高压厂用变压器低压侧单相接地造成发电机单相接地保护误动

4 ! 基波零序电压式定子接地保护的几个具 体问题
根据实际经验和现场具体条件, 在实现该保护 的工作中 , 还应注意以下问题。 a 基波零序电压取自发电机中性点侧 的单相 TV 比取自机端三相 TV 的开口三角更安全可靠 , 因 为发电机机端 TV 设 有保安熔丝, 为防止熔 丝烧断 保护误动 , 还必须有 TV 断线闭锁环节, 可靠性比中 性点侧单相 TV 要差。运行实践已经表明 , 因单相 TV 小车有虚接现象而失去保护作用 , 因此有同时取 单相 TV 和 三 相 TV 的做 法 , 进 一 步 提高 安 全 可 靠性。 中性点侧单相 TV 的变比应是( Ug n/ 3) / 100 V,
2 ! 传递电压的理论计算
高厂变低压侧单相接地故障时, 该侧基波零序 电压设为 UL 0 , 高厂变的高、 低压绕组间每相耦合电 容为 C M ( 应采用实测数据 ) , 计算传递到发电机机端 的电压 U0g 应分两种情况 : a 高厂变为 ∀ / ∀ 接线, 计算按图 1 进行, 图中 Z n 为发电机中性点外接对地阻抗, 其值为
5 ! 几点结论
a 基波零序电压式定子接地保护简单可靠, 一 切发 % 变组单元接线的发电机均应装设此保护。
第 9 期 ! ! ! ! ! 王维俭 , 等 : 防止高压厂用变压器低压侧单相接地造成 发电机单相接地保护误动 ! ! ! ! ! !
3
b 在力争降低该保护的定值 Uo p 中, 必须校验 升压变高压侧接地短路和高厂 变低压侧接地 故障 时, 该保护可靠不误动。 c 如有误动现象, 可适当提高定值 Uop ; 或者为 保持较高 灵敏 度 ( Uop = 2 ~ 3V ) 而增 设 制动 电 压 BUH 0 或 BUL 0 。 d 不管有无制动电压, 也不管 Uop 多小, 该保护 有动作死区。为 获得 100% 动作区 , 还必须补 充其 他原理的保护。 参考文献 :
1 ! 理论认识上的片面性
以往一些文献 [ 1] , 对于发电机基波零序电压单 相接地保护 , 只注意到高压或超高压系统发生接地 短路时的基波零序电压 UH 0 , 经变压器高、 低压绕组 间的每相耦合电容 C M , 在发电机机端产生传递过电 压 U0g , 可能 造成发电机单相接地保护误动。实例 计算表明: 500 kV 变压器 CM 很小 , 而 300 MW 及以 上大型发电机每相对地电容 C g 相当大 , 所以500 kV 系统发生接地短路时, U0g一般不大, 对发电机单相 接地 保护 引 发 误动 的 可 能性 小 ; 应 更多 地 注 意 35( 66) kV, 110 kV 和 220 kV 高压系统接地短路对发 电机基波零序电压定子接地保护的影响。 现在的问题是在高压厂用变压器 ( 以下简称高 厂变) 的低压侧 ( 6 kV) 发生单相接地故障, 数值不高 的低压侧基波零序电压 UL 0 = 6 3 kV/ 3, 通过高厂 变较大的耦合电容 C M , 在发电机机端产生较高的传 递过电 压 U0g , 可否造成单 相接地保 护 ( Uop = 5~ 10 V) 的误动? 实际运行已经作出了肯定的回答: 会 [ 2] 引发误动 。
收稿日期 : 2001- 06 - 18
蒙繁逵 . 沙岭子电厂 2001 年 4 月 25 日 定子接 地保护 误动的 分析 报告 .
3 ! 基波零序电压式定子接地保护的整定原则
定子接地保护采 用基波零序电压原理是最简 单、 可靠的方案 , 无论国内或国外, 无ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ是否采用外 加交流电源方式, 也不论发电机中性点是何种接地 方式和保护装置是模拟式或是数字式, 均以基波零 序电压原理构成定子接地保护的基础, 只有在考虑 消除发电机中性点附近的保护死区时, 才用不同的 原理构成 100% 动作区方案。
王维俭, 毕大强
( 清华大学 电机工程与应用电子技术系, 北京 100084) 摘要: 大型发电机应装设动作电压 5 V 的基波零序电压 ( 3 U0 ) 定子单相接地保护 , 但实际运行 中, 6 kV 厂用系统单相接地时, 发电机侧基波零序电压高达 13. 2 V 和 11. 9 V, 造成发电机单相接地 保护误动。 误动原因是没有考虑高压厂用变压器耦合电容的传递零序电压 。应该通过计算传递电 压的大小, 确定发电机 3 U0 定子接地保护的动作电压值; 或者为了获得动作死区 5% 的 3 U0 定子 接地保护, 增设厂用系统零序制动电压。 关键词: 接地保护; 传递电压; 基波零序电压 中图分类号 : TM 77 ! ! ! 文献标识码 : A ! ! ! 文章编号: 1006- 6047( 2001) 09- 0001- 03
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 电 2
力
自
动
化
设
备 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 2001 年
为了最大限度地发挥基波零序电压原理保护在 定子单相接地故障时的作用 , 力争动作电压 Uop 采 用最小值 ( 例如 5 V) , 使其具有尽可能大的 保护动 作区。但是在减小 Uop 的同时, 必须兼顾其 它方面 的约束条件, 以下分述之。 在取较低的动作电压 Uop 时 , 必须校核高压系 统和厂用系统发生接地故障时 , 通过升压变和厂用 变的高、 低压绕组间耦合电容的传递, 在发电机机端 可能达到的传递电压 Uog , 应有 Uop > ( U0g / n v ) , n v 为电压互感器变比。 如果出现 Uop < ( U0g / n v ) 的情况 , 表明高 压系 统或厂用系统接地故障时, 发电机定子单相接地保 护必将误动, 为此应根据实际情况和现场条件 , 采取 切实有效的防误动措施: a 若发电机装设有其它反应中性点附 近区域 接地故障的定子接地保护, 则按照两种保护动作区 共同覆盖全部定子绕组的原则 , 适当增大 Uop 定值 , 使 Uop > ( U0g / n v) 。 b 若按 a 条原则整定 , 使 Uop 太大 ( 例如 Uop = 10 ~ 15 V) , 为了保持基波零序电压式定子 单相接 地保护的灵敏度, 可允许 Uop < ( U0g/ n v ) , 此时应增 设高压系统和/ 或厂用系统的基波零序制动电压, 利 用 UHO 或 ULO 作制动电压, 当非发电机发生单相接 地故障而 U0g 有较大值时, 能克服定子接地 保护的 误动 ; 当发 电 机单 相 接地 故 障时 , 仍 有 很高 的 灵 敏度。 c 除设有制动电压的情况外, 发电机定子单相 接地保护在动作电压( 即灵敏度) 与时限上, 应与相 邻元件的接地保护取得 配合, 保证 动作的选择性。 这里应特别指出 , 与发电机相联的升压变和高厂变 , 虽都有 ∀ 绕组的零序隔离作用 , 但是通过变压器的 耦合电容 C M , 使发电机与相邻变压器之间具有电气 的通路, 相邻元件诸接地保护在灵敏度上的配合, 应 采用图 1 或图 2 分析计算。
而不是 Ug n / 100 V, 此种错误在现场屡见不鲜 , 有必 要再次提醒。 中性点电压取自消弧线圈或接地变压器副方时, 不管消弧线圈或接地变压器原有的变比多大均应通 过中间小变压器, 使变比最终满足( Ug n / 3) / 100 V 。 b 具有制动作用的定子基波零序电压式接地 保护应有如下动作特性 : 当升压变压器 ( ∀ / Yn ) 高压侧接地短路时 3 U0 - K resBUH 0 / n v > 0 ( 1) 式中 ! 0 为保护门坎电压; UH 0 为高压侧接地短路 时的基波零序电压 ( 有名值 ) ; n v 为发电机机端 TV 变比; K res为制动系数, K res= 1. 2~ 1. 3; B 为 传递过电压系数 ( 图 2) , 有 B=
b 高厂变为 ∀ / Yn 接线, 计算按图 2 进行( 图中 符号同图 1) 。
图 2 ! ∀ / Yn 变压器 Fig. 2 The ∀ / Yn transformer
注 : 3 C g 中应包含发电机机端外接元 件 ( 升压变低 压绕 组、 高厂变和电压互感器的 高压绕组、 分相封闭 母线 ) 对 地 电容 , 以及冲击波吸收电容 ( 如果装设此电容 ) 。
第 21 卷第 9 期 ! ! ! ! ! ! ! ! 2001 年 9 月
!
! ! !
电 力 自 动 化 设 备 ! ! ! ! ! ! ! ! ! Electric Power Automation Equipment
!
! !
Vol. 21 No. 9 Sep. 2001
防止高压厂用变压器低压侧 单相接地造成发电机单相接地保护误动
[ 1] ! 王维俭 . 主设备 继电 保护原 理与 应用 [ M] . 北 京 : 中国 电力出版社 , 1996. WANG Wei jian. Principle and application of electric power
equipment protection. Beijing: China Electric Power Press, 1996. [ 2] ! 李郭民 , 孟崇林 . 山西阳 泉发电有 限责任 公司 2 号发 电 机 3 U0 定子接地保护误动的 原因分 析 [ J] . 山 西电力 技 术 , 2000, ( 2) : 34- 35. LI Guo min, MENG Chong lin. Cause analysis of 3 U0 stator earthing protecting malfunction in yangquan No. 2 power plant. Shanxi Electric Power, 2000, ( 2) : 34- 35.
[ 1]
, 升压变压器均为 ∀ / Yn 接线 ( 2)
0 5 CM CM + C g( 1- 1/ K )
式中 ! K 为 消 弧 线 圈 补 偿 系 数, K = L / [ 1/ ( 3 C g ) ] , 应使 K > 1. 0。 当高厂变低压侧接地故障时 , ∀ / Yn 接线 ) 图 2) 的高厂变, 定子单相接地的动作特性为 3 U0- K res BUL 0 / n v> 0 ( 3) 式中 ! 传递过电压系数 B 由式 ( 2) 计算 ; UL 0 为厂用 系统单相接地时的基波零序电压 ( 有名值 ) ; 其 余与式 ( 1) 相同。 当高厂变为 ∀ / ∀ 接线, 如图 1, 动作特性如式 ( 3) , 但 CM B= ( 4) CM + C g( 1- 1/ K ) 对于发电机中性点经接地变压器高阻接地的情 况 , 也可以用式 ( 1 ) 和式 ( 3 ) , 但传递过电压 系数 B 应按图 1 或图 2 计算求得。 c 动作特性的 运行分析与整定 : 当正常运行 时 , 发电机基波零序电压 3 U0 很小 , UH 0 和 UL 0 也 很小, 设置 门坎电 压 0, 防止正 常运行 时保 护误 动作。 当外部系统发生接地故障时, UH 0 和 UL 0 很大, 此时 3 U0 ∃ BUH 0 或 3 U0 ∃ BUL 0, 设置制动系数 K res, 保证式 ( 1) 或式 ( 3) 不满足 , 保护不误动。 当发电机单相接地故障时, 3 U0 0, 3 UH 0 ∃ 0 或 3 UL 0 ∃ 0, 只要满足式 ( 1 ) 或式 ( 3) , 保护即动作。由 此可见本保护必有中性点附近的动作死区。 整定门坎电压 0 ∃ 2~ 3V ( 二次值 ) ; 制动系数 K res ∃ 1. 0~ 1. 2。
发电机中性点不接地( 包括经 TV 接地 ) Z n = # ; 发电机中性点经电阻 R n 接地( 经接地变 ) Z n = R n ; 发电机中性点经 消弧线圈接地 Z n = R L + j L ( R L 和 L 为消弧线圈的电阻和电感) 。
图 1 ! ∀ / ∀ 和 ∀ / Y 变压器 Fig. 1 The ∀ / ∀ and ∀ / Y transformer