田翠峰 张万军
（国家电投集团河南电力有限公司平顶山发电分公司 河南平顶山 467000）
摘要：电力是国家的主要能源之一，为国家经济发展做出巨大的贡献。当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路的保护装置切除故障，避免大面积停电。
关键词：发电机；定子绕组；单相接地继电；保护装置；技术改造
引言
继电保护是指一种对电力系统故障和危害其安全运行的异样工况所采取的有效策略，在保护中用继电器来保护电力系统及其元件。发电机定子单相接地故障不仅直接影响了发电机的功效，还危害了水电站的正常生产和运营。因此，如何解决发电机定子单相接地故障，需要利用科学的继电保护技术。
1发电机的中性点接地方式
发电机的安全运行与中性点接地方式相关，而中性点接地方式又与定子绕组过电压、单相接地故障电流等有关。当前国内外发电机的中性接地方式主要有中性点直接接地、中性点不接地、中性点经低阻接地、中性点经高阻接地以及中性点经消弧线圈欠补偿接地等，其中后两种是应用最为广泛的中性点接地方式。老虎嘴水电站发电机的中性点接地方式主要采用的是中性点经高阻接地，即经配电变压器避雷器接地。因此，发电机中性点经避雷器高阻接地方式。该中性点接地方式的目的是为了限制间歇电弧引起的积累性电压升高，最终降低电弧接地暂态过电压。因这种接地方式会加大定子单相接地时的接地电流，在接地保护时必须快速跳闸。当中性点接地的电阻Ｒｎ≤发电机对地容抗Ｘｃ时，经避雷器高阻接地就能较好地将暂态过电压控制在安全范围内，此时如果系统的高压一侧发生单相接地，其产生的传递过电压也不会导致发电机基波零序电压定子单相接地保护出现误动现象。经避雷器高阻接地后，从故障点流过的接地电流量是流经该电阻的有功电流和发电机的接地电容电流的矢量和。这种情况下，如果发电机的对地电容加大，会使得接地故障电流加大，容易烧毁铁芯，保护出口就只能动作于瞬时跳闸，并冲击整个电力系统和发电机，形成暂态过电压。此外，发电机灭磁要一定时间，即便是断路器自动跳闸也不代表切断了故障电流，仍然存在烧毁铁芯的风险。
2发电机定子单相接地保护原理
该电厂的7号发电机经中性点TV接地，采用基波零序电压与三次谐波电压共同构成的100%定子接地保护。
当发电机定子绕组单相接地时，同中性点非直接接地电网发生单相接地故障一样，故障点将出现零序电压，且零序电压与故障点距中性点的距离成正比。当中性点附近发生单相接地故障时，故障点零序电压为0；当故障点越靠近中性点时，其零序电压越小，甚至可小于微机保护的整定值而出现保护的“死区”。这时发电机的三次谐波电压构成的定子接地保护，可消除零序电压保护的“死区”。其原理是：利用正常运行时发电机中性点的三次谐波电压值比发电机机端的三次谐波电压大，而发生发电机内部定子绕组单相接地故障时，发电机机端的三次谐波电压却比中性点的三次谐波电压大的特点，设定发电机机端的三次谐波电压为动作量，中性点的三次谐波电压为制动量，当动作量大于制动量时，保护动作，正常时保护制动。
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3原因分析
（1）当网络状态正常时，三相电压对称且处于平衡
状态，三相电压大小相等、相位互差120度，在开口三角形的三个绕组中的电压Ua、Ub、Uc也是大小相等、互差120度，三相电压相加为零，即第二副绕组的输出电压为零，过电压继电器U不动作。
（2）当网络发生单相接地时，A相金属性接地，Ua=0，Ub和Uc在数值上升高3姨倍，Ub和Uc在相位上差变为60度，开口三角形的三个绕组的电压Ua、Ub、Uc相加不为零，即第二副绕组有了输出电压，此时电压继电器U动作，原设计单相接地时继电保护动作使发电机跳闸。当发电机跳闸后，发电机所带的电负载将全部转移并加载到主变压器上，造成主变过载保护跳闸，引起全线停电停产。（也就是10kV电网系统中有任何一点单相接地，继电保护装置即认为是发电机定子绕组单相也是接地了，在接到单相接地信号延时6秒后继电保护动作于跳闸，发电机解列并退出10kV电网系统。随之主变过负载跳闸）（3）某有限公司30万吨纯碱工程上马后，公司10kV电压系统用电户数增多，特别是纯碱工程施工中多次出现10kV短路事故及单相接地故障，使运行中1#发电机组多次跳闸，造成汽轮机主汽门关闭，锅炉安全阀超压动作，热力系统切断盐硝车间生产用蒸汽，严重影响盐硝车间系统用电、用汽安全，损失很大（每次跳闸的直接经济损失都在30万元以上）。
4处理措施
（1）为保证公司的正常生产，首先采取临时性的应急方案，将基波零序电压定子单相接地跳闸保护解除，接地跳闸保护从跳闸信号改为接地报警信号，规程规定10kV不接地系统单相接地时允许10kV母线带故障运行两个小时，在2小时内电气运行人员排查故障或人工确定是否将发电机停机，从而提高发电机稳定供电状况。（2）待发电机组大修时，新增加一台零序电流互感器，使零序电流与基波零序电压组成逻辑与门关系的程序保护电路，即10kV母线零序电压与发电机零序电流同时出现才判断是发电机单相接地，经后台综保微机装置计算决定发电机是否保护跳闸，增加零序电流检测装置是为了区分发电机定子绕组单相接地还是10kV电网系统单相母线接地，增加了发电机继电保护的选择性和可靠性，让发电机绕组真正单相接地时才能使发电机接地保护跳闸。
在完成发电机定子绕组单相接地保护改造项目后不久，施工场地又发生了10kV电网接地故障，这次故障反应在动力车间中央信号屏上只有接地故障信号报警，而发电机继续正常稳定运行。完全符合继电保护技术上四个基本要求：即选择性、速动性、灵敏性、可靠性的保护四性要求。其中选择性放在第一：首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路的保护或断路器后备保护切除故障，避免大面积停电。
结语
继电保护装置的基本任务是：当电力系统发生故障或异常工况时，保护装置应该尽可能实现在最短时间和最小区域内，自动将故障设备从电力系统中切除，或发出报警信号提示值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻用电用户供电的影响。
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论文作者:田翠峰,张万军
论文发表刊物:《云南电业》2019年8期
论文发表时间:2020/1/3
标签：发电机论文; 单相论文; 定子论文; 故障论文; 电压论文; 绕组论文; 过电压论文; 《云南电业》2019年8期论文;