国内外两种三次谐波电压发电机定子绕组接地保护应用分析

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1、全国火电300MW级机组能效对标及竞赛第四十届年会论文集电气篇国内外两种三次谐波电压发电机定子绕组接地保护应用分析文战友沈洪波(许昌龙岗发电有限责任公司，河南禹州461690)【摘要】本文对发电机定子绕组三次谐波电压接地保护原理做了简要说明，通过介绍ABB公司RAGEK和许继WFB．805A两种三次谐波电压构成的发电机定子接地保护逻辑，分析日常工作中异常现象，提醒现场维护人员要加强二次回路管理，定值整定要结合实际。【关键词】定子绕组三次谐波电压接地保护0前言定子绕组的单相接地(定子绕组与铁芯间的绝缘破坏)是发电机最常见的一种故障，单相接地故障对发电机的

2、危害主要表现在定子铁心的烧伤和接地故障扩大为相间或匝间短路。随着近年来单机容量的逐渐增大，定子绕组的对地电容也随之增加，当定子绕组绝缘一点遭到损坏时，相应的单相接地电流也增加，故障处时断时续的电弧就会产生间歇性弧光过电压，由此引发定子绕组的多点绝缘破坏，因此说单相接地故障往往是相间或匝间短路的先兆，如果不采取措施，单相接地故障将危及定子铁芯，使发电机铁芯的检修困难，造成相当大的直接和间接经济损失。根据有关研究机构的实验结果，当发电机额定电压在18KV及以上时，为了不损害发电机本身，单相接地电流的允许值为lA，如果单相接地电流不能限制在此范围内，就必须装

3、设动作于跳闸的定子接地保护。对于单机容量在100MW以上的机组，若故障发生在中性点附近，由于一般定子接地保护存在死区，持续的故障电流可能使中性点附近绕组对铁芯击穿，因此就要求配置100％保护区的定子接地保护，并在定子绕组任一点经过渡电阻接地时，有足够的灵敏度。1三次谐波电压100％定子接地保护方案Un3由于发电机气隙磁场的非正弦波，在三相定子绕组中将感应产生各种谐波电动势，主要以3、5、7次谐波为主。这些高次谐波成分将使发电机三相电压偏离正弦波形，因此发电机在制造过程中会是用各种办法抑制这些谐波成分，但由于3次谐波成分不影响线电压波形，一般不会优先考虑

4、，而。且铁心局部饱和也不可避免，因此在发电机三相电压的实测数据中，总有或大或小的三次谐波。对于只采用基波零序电Us3Un3中性点侧三次谐波电压IJs3机瑞PT三次谐波电压全国火电300MW级机组能效对标及竞赛贫独q十届年会论文集电气篇压构成的定子接地保护，当接地故障发生在中性点附近时，由图1三次谐波电压分布示意图于这种保护原理上的死区，故障可能不会被检测到，若再发生第二点接地故障，就会造成实际上的相间或匝间短路，对发电机机组造成严重损害。根据三次谐波零序电压的特点，当发电机中性点附近发生接地故障时，机端三次谐波电压Us3增大，中性点三次谐波电压Un3减

5、小，利用这种特点来构成定子绕组三次谐波电压单相接地保护，用于消除基波零序电压型保护5～10％的死区，对于保证大型机组安全运行来说是十分重要的。2ABB公司RAGEK定子接地保护ABB公司RAGEK三次谐波电压定子接地保护由谐波滤波器RXTDAl、电压继电器RXEDH2H、电流继电器RXIDH2H及中间继电器RXSFI组成。采样发电机中性点三次谐波电压103nl<(It(Q值应小于一切正常运行时发电机中性点最小三次谐波电压lu3。．miIll)构成低电压接地保护，因为在任何正常的运行条件下均有IU3nl：g=0，而中性点附近发生接地故障时，lU3n[将趋

6、向于0。通过发电机机端电流检测来闭锁三次谐波低电压保护功能在发电机未并网前动作，从而完成从机端到发电机中性点侧95％一lOO％部分定子绕组接地的保护监测功能。崭睾性点电压发电机中性点侧电流图2ABB三次谐波接线原理示意图信号回路对于采用此原理构成的定子100％接地保护，由于三次谐波电压随发电机负荷变化较大，应根据实测数据进行整定，整定设定值为最小测景电压IU3。．minl的70％一75％，延时5一10s。采用发电机中性点侧三次谐波电压，其最大优点是避免了机端PT回路保险及二次接线的影响，稳定性较高。但在停机状态下低电压继电器处于常励磁状态。容易造成运行

7、值班巡检人员误判断。3许继公司WFB一805A定子接地保护该保护采样发电机中性点侧及机端PT开口三角绕组三次谐波电压，并根据其幅值特性构成。判据方程为：lU3．I≥KKpU3NI全国火电300MW级机组能效对标及竞赛第四十届年会论文集电气篇其中l(p为机端和中性点TV的变比调整系数，由装置根据用户输入的Tv设备参数自动计算，用户不需要整定。K为“谐波比系数”，有“并网前谐波比系数”、“并网后谐波比系数”两套定值，根据机组并网前和并网后装置实测的最大三次谐波电压比分别整定，采用断路器辅助接点自动切换定值。保护功能在机组运行时全程投入。图3三次谐波定子接地

8、保护逻辑框图该保护功能定值整定必须根据三次谐波测量情况，对“谐波比系数K”进行整定，时间可以设