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摘要：大型汽轮发电机的应用越来越多，对定子接地保护的灵敏度提出了更高的要求。本文分析比较了大型汽轮发电机的三种主要的定子接地保护：基波零序电压保护、三次谐波电压保护和注入式保护的灵敏度。通过仿真分析发现，由于汽轮发电机对地电容不大，当中性点经高阻接地时，基波零序电压和三次谐波电压保护配合可以实现较高灵敏度的100%定子接地保护。另外，考虑到大型发电机保护双重化配置以及发电机静止和启、停机状态下保护的需要，有必要安装注入式定子接地保护。
关键词：定子接地保护；基波零序电压；三次谐波电压；注入式；灵敏度分析
引言
大型发电机定子接地保护主要有三种：基波零序电压保护、三次谐波零序电压保护和注入式定子接地保护。实际运行经验表明，基波零序电压定子接地保护能可靠的保护机端附近的故障，只是在中性点附近有死区；三次谐波零序电压保护受机组参数、运行方式等多种因素影响较大，也不能保护定子全长，这两种定子接地保护配合构成100%定子接地保护，二者的灵敏度分析和配合问题值得深入研究；注入式保护理论上可以反映整个定子范围的接地故障，可以在发电机静止和启动、停机状态下起保护作用，且灵敏度与故障点位置无关，但其受硬件、回路参数等的影响，灵敏度不是无限的，目前在国内应用还处于起步阶段，需要结合实际深入研究完善。
1 基波零序电压保护的灵敏度分析
发电机定子单相接地零序等值电路如图1所示。其中，Rg为定子单相接地故障电阻，U0d为接地点的零序电势，Cg为单相定子对地电容，R`n为中性点接地电阻一次值，U0为中性点零序电压。
3 两种保护的灵敏度配合
上述基波零序电压保护简单可靠，但是在定子中性点附近有死区，而三次谐波电压保护可以在中性点取得较好的灵敏度，在实际应用中，将基波零序电压和三次谐波电压两种保护配合使用来实现100%定子接地保护。
该方法原理简单，理论上下不受故障接地点位置、负荷大小等的影响，具有很高的灵敏度，而且可以在发电机静止或启动、停机状态下发挥保护作用，这是它独有的有点。
在实际工程应用中，注入式保护灵敏度受多种因素的影响，这些因素主要有：
注入源功率、贷通滤波器电阻R20，中性点接地变压器二次负载电阻R20和接地变T变n。这些因素决定注入到定子回路的信号大小，进而影响保护灵敏度。在满足一次系统各项要求的前提下，应该尽量提高注入功率，减小滤波器电阻，增大接地变二次负载电阻，来增强注入信号。
测量回路的相角误差。电流、电压测量回路的中间电流互感器等变换器件会产生相交变化误差，使得测量电压和电流之间相角不准确，进而影响导纳法测量电阻值，因此需要进行现场相角补偿。
3） 接地变压器及回路参数。式（6）定子对地电阻Rg理论计算中未计及接地变压器及回路参数，结果误差很大。采用如图7所示T型或Γ型等效电路进行参数补偿，可以有效降低误差。
其中rt、xt、rm分别为经测量回路变换后保护装置计算得到的补偿电阻、电抗值和并联电阻值，分别对应Γ型等效电路中的接地变漏电阻Rt、电抗Xt、和励磁电阻 Rm。
4） 变比误差。接地变压器变比n 、负载电阻抽头（或者分压器）变比ndiv 、中间变流器的变比nct以及保护测量回路都有变换或传递误差，利用标称变比得到的电阻折算系数KR（式7）只能作为参考，实际变比应该现场试验确定。
5） 滤波误差。采集信号中包含多种频率，主要是50Hz工频和20Hz注入信号。在机端附近短路时，工频信号能达到注入信号的百倍以上，因此滤波效率会极大的影响保护精度，所以不但要采用软件滤波还要有硬件滤波。启、停机过程中，在20Hz附近也需要闭锁注入式保护。
上述几种影响因素中，1和5由一次系统元件参数和保护装置硬软件参数决定，2、3、4均需现场试验测得补偿定值进行补偿。一旦元件参数和保护装置确定，注入式的灵敏度就取决于现场调试试验得到的补偿定值是否准确。因此，良好的设计和现场调试完全能保证注入式保护较高的灵敏度。
另外，由于定子接地保护的本质是为了防止接地故障电流烧伤定子，接地故障电流的大小直接反应了定子接地故障的严重程度和对定子的伤害程度，而注入式保护与接地故障点位置无关，其测量电阻并不反应故障严重程度，所以尽管发电机中性点经高阻接地时，接地电流一般不会很大，其灵敏度小于上述三种定子接地保护，但为了保证可靠性、安全性，防止接地故障电流烧伤设备，可以将定子接地零序过流保护作为定子接地的后备保护。还可以用安全电流限制为定值，与注入式保护低电阻定值一起作为跳闸条件。
5 结语
通过分析比较大型汽轮发电机的三种主要的定子接地保护：基波零序电压保护、三次谐波电压保护和注入式保护的灵敏度，发现由于汽轮机定子对地电容不大，发电机中性点经高阻接地时，基波零序电压和三次谐波电压保护两者配合可以在整个定子范围内实现较高灵敏度的保护。
而注入式保护灵敏度高，可以保护100%的定子范围，在发电机静止和启、停机状态下仍能起保护作用，且不受接地故障点位置影响。因此，考虑到大型发电机保护双重化配置以及发电机静止和启、停机状态下保护的需要，建议安装注入式定子接地保护，同时依据安全电流限制配合使用零序过流保护。
参考文献
[1]姚晴林， 赵斌， 郭宝甫. 20Hz自适应新原理发电机定子接地保护深入分析[J]. 电力系统自动化， 2011，32（18）：71-73.
[2]张琦雪， 陈佳胜， 沈全荣.大型发电机中性点配电变压器电阻接地选型设计[J].中国电机工程学报，2011，27（z1）：89-93.
[3]张琦雪，席康庆，陈佳胜，等.大型发电机注入式定子接地保护的现场应用及分析[J].电力系统自动化，2012，31（11）：103-107.
[4]张琦雪，陈佳胜，陈俊，等.大型发电机注入式定子接地保护判据的改进[J].电力系统自动化，2013，32（3） ：66-69.
[5]北京四方继保自动化股份有限公司， 浙江版CSC-300数字式发变组保护装置说明书（0SF.460.020ZJ）_V1.15， 2010.
论文作者:吴国建
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/5
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