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《诚博娱乐》 任保瑞 2015-10-14 15:16
诚博娱乐讯: 任保瑞
(二滩水力发电厂,四川 攀枝花 617000)
[摘要]介绍了注入式定子接地保护的基本原理,针对二滩水电站发电机中性点接地变二次电阻较小的情况,采用了加装隔离变压器以提高注入保护测量精度的解决方案。阐述了注入式定子接地保护现场调试方法,并对现场调试数据进行了分析,论证了注入式定子接地保护配置方案的可行性。总结了注入式定子接地保护在安装、调试和运行中的注意事项。
关键词 注入式定子接地保护 接地变压器 定子单相接地 二次电阻 隔离变压器
 
引言
单相接地故障是发电机定子绕组较常见的电气故障,因此大型发电机必须配置快速可靠的发电机定子绕组单相接地保护。目前应用较多的发电机定子绕组单相接地保护主要有基波零序电压型定子接地保护、双频100%定子接地保护和注入式定子接地保护。
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由于注入式定子接地保护不仅可以反映定子绕组在静止无励磁和起停机状态下的接地故障,还可以反映由于各种原因引起的定子绕组绝缘的逐渐降低,且其灵敏度与接地位置无关,因此得到了越来越多的应用。
本文首先介绍了南瑞继保RCS-985系列注入式定子接地保护的原理,然后分析了注入式定子接地保护的现场调试方法,并对调试记录进行了分析,较后总结了注入式定子接地保护在现场调试和运行中的注意事项。

1 注入式定子接地保护原理
注入式定子接地保护的现场实际接线方式根据发电机中性点接地方式不同而有所差异,当发电机中性点采用经接地变接地的高阻接地方式时,南瑞RCS-985系列注入式定子绕组单相接地保护的典型配置和接线如图1所示。

图1 注入式定子接地保护接线图
由图1可知,实现注入式定子接地保护功能采集的模拟量包括接地变压器二次侧电流、分压后的发电机中性点接地变的二次电压和机端开口三角零序电压。
注入式定子接地保护的简化等效电路如图2所示。在定子绕组对地绝缘正常时,定子绕组中流过的低频电流主要是对地电容电流;当定子绕组发生接地故障时,注入的低频电流将流过接地故障点,从而出现电阻性电流分量。

图2 注入式定子接地保护简化等效电路图
接地变二次侧电阻量的表达式为:
        (1)
式(1)中的各量为滤除基波和3次谐波后的注入低频分量。南瑞RCS-985装置通过检测注入的低频电压和电流信号,利用导纳法可准确计算出接地故障时的二次侧电阻,然后根据接地变变比即可计算出接地故障点的一次过渡电阻,实现注入式定子接地保护的电阻测量。

3 二滩水电站的低电阻解决办法
二滩水电站发电机采用中性点经接地变接地的高阻接地方式。其接地变二次侧电阻Rn只有0.0995Ω。根据图2可知,由于外加电源及滤波器固有内阻的存在,在发电机正常运行时其接地变二次电阻上的分压很小,二次电阻的大小将影响接地电阻的测量精度,甚至使保护产生死区。
增加接地变二次电阻大小是提高保护装置低频信号输入强度的关键,而在过电压限制下,接地变二次电阻值增大将增加发电机过电压的危险性,因此在二滩水电站采用了加装隔离变压器的方案以提高其信号强度。该方案的接线图如图3所示。

图3 加装隔离变压器接线图
通过加装隔离变压器,可有效改善电源工作条件,提高注入低频信号的强度。

4 现场调试
注入式定子接地保护的测量精度受现场设备实际参数影响较大,而准确获取接地电阻测量参数存在一定困难。南瑞RCS-985装置采用了注入回路阻抗的精确补偿方法,不需测试接地变的详细参数,在现场直接模拟接地故障就可以实现参数的补偿。现场试验前首先检查RCS-985U电源辅助装置、RCS-985装置运行是否正常,然后根据现场实际接线图检查各回路接线是否正常。
4.1 静态条件下的接地故障试验
试验条件:在发电机中性点即接地变高压侧通过变阻箱模拟定子绕组接地故障,装置的测量数据见表1。
表1  静态接地试验时接地电阻测量值
序号 模拟电阻/kW 实测电阻/kW 相对误差/(%)
1 0.0 0.035 ---
2 0.5 0.521 4.2
3 1.0 0.998 -0.2
4 1.5 1.475 -1.67
5 2.0 1.979 -1.05
6 2.5 2.447 -2.12
7 3.0 2.960 -1.33
8 3.5 3.446 -1.54
9 4.0 3.900 -2.5
10 4.5 4.400 -2.22
11 5.0 4.885 -2.3
12 10.0 9.590 -4.1
试验结果证明,通过理论计算得出的电阻折算系数,可使保护装置在测量电阻报警整定值和跳闸整定值附近有较为准确的测量结果,有利于保护装置的正确动作。 4.2 30%Un下接地故障试验
试验条件:发电机带厂高变、励磁变和主变,发电机在30%Un下空载运行。在发电机中性点用0.5kW电阻模拟接地,波形如图4所示。

图4 30%Un时接地试验波形图
由图4可知,保护装置可以测量到稳定的低频电压和低频电流信号,且信号有足够的幅值,从而保证了装置的测量精度。当发电机中性点经0.5kW电阻接地时,保护装置测量的电阻值为0.52kW,满足保护装置的测量精度要求。

安装调试和运行的注意事项
注入式定子接地保护由于需要采用辅助电源装置,其原理、逻辑、接线、调试等较常规定子接地保护复杂,在装置安装、调试和运行维护过程中需要注意以下问题:
(1)为减小电压回路二次连接线压降对保护测量精度的影响,所使用的二次连接导线应有足够的截面积;二次电缆应单独走线,避免一次设备对其信号产生干扰。
(2)中间电流互感器输入模拟量为毫安级,为防止加入过大电流导致元件烧毁,须在检修调试方案中明确。
(3)接地变二次回路两点接地将造成保护装置测量结果不准确甚至误动。在现场实际接线中,发电机中性点电压除应用于注入式定子一点接地保护外,在很多场合还应用于基波零序电压式定子接地保护和测量装置,因此在必须合理选择接地点,避免造成多点接地。
(4)在30%Un和并网状态下进行试验时,应注意试验人员和试验设备的安全性。
(5)定期工作中需记录装置开路、短路及正常输出时的数据,发现偏差应立即查找原因。并通过调整或更换电源模块和修正相关参数等减少误差,提高测量精度。

6 结束语
试验证明,通过加装隔离变压器提高低频信号输入强度,从而提高注入式定子接地保护测量精度的方案是可行的。准确全面的现场调试是提高注入式定子接地保护测量精度的关键,因此一定要结合一次设备参数和现场试验对各参数进行验证,有效提高保护装置的测量精度。

参考文献
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