（1.浙江浙能北海水力发电有限公司 浙江杭州 310000；
2.浙江浙能北海水力发电有限公司 浙江杭州 310000）
摘要：本文介绍了一起由于端子松动导致外加低频电源式发电机定子接地保护误动的事件。重点对误动事件发生的原因进行了分析和判断，并从接地电阻判据和检修维护工作两个角度提出相对应的防范解决措施。当发电机发生定子接地故障的时候，保护应及时准确的动作，切除故障设备，当保护装置自身故障或异常的时候，应闭锁保护跳闸出口并发出告警信号，保障机组的安全稳定运行。
关键词：外加低频电源式定子接地保护；保护动作分析；误动；端子松动
引言
定子绕组的单相接地是发电机最常见的一种故障[1]。发电机定子接地后，接地电流经故障点、三相对地电容、三相定子绕组而构成通路。当接地电流较大时，能在故障点引起电弧，造成定子绕组和定子铁芯烧伤，甚至扩大为相间或匝间短路，对相关设备产生冲击并造成经济损失，因此配置可靠、灵敏、速动的发电机定子接地保护至关重要。
某电厂1号机组为200MW的大型水轮发电机组，其中性点经接地变压器接地（如图1），配置两套相互独立的RCS-985GW保护装置，分别使用了不同接地保护原理的100%定子接地保护。其中第一套采用的是零序电压定子接地保护加三次谐波电压比率定子接地保护，第二套采用的是外加低频电源式发电机定子接地保护。
本文针对该电厂外加低频电源式发电机定子接地保护因中性点电压采样回路端子松动而引起的误动进行分析，从接地电阻判据和检修维护工作两个角度提出相对应的防范解决措施，提高了外加低频电源式发电机定子接地保护的可靠性。
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图1 发电机中性点经接地变压器接地
1 事故前运行方式
2015年12月7日11时34分，某电厂上位机报“1#机第二套定子接地保护动作”、“1#机第二套保护动作停机”、“1#灭磁开关跳闸”、“1#机电气事故”，现场检查，1号机第二套定子接地保护动作，灭磁开关“分”位。
事故发生前，该电厂220kV系统处于正常运行方式；厂用电系统处于正常运行方式；1号机热备用状态，1号主变中性点直接接地。
2 现场检查及处置
2.1 保护动作检查情况
现场检查情况如下：
1、第二套保护装置跳闸灯亮，装置报文：“注入式定子接地”、“注入式低频电源异常”、“保护板长期启动”；
2、第二套保护装置低频注入回路采样：零序电压0V，零序电流0.003A，低频电压0V，低频电流3.98mA；
3、检查外加电源式定子接地保护辅助电源装置RCS-985U工作正常，低频电压输出正常。
4、第二套保护装置中性点电压输入回路端子2UD：7 松动。
2.2 外加低频电源式发电机定子接地保护整定情况
该电厂外加低频电源式发电机定子接地保护定值单如下：
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表1 外加低频电源式发电机定子接地保护定值单
2.3 发电机内部检查情况
经检查，1号发电机定子绝缘正常，未发生接地故障。
3 事件分析
3.1 外加低频电源式定子接地保护原理[2-4]
外加低频电源式定子接地保护采用外加低频电源对定子回路注入低频（20Hz）交流信号，该电厂的低频电源由发电机中性点接地变压器二次负载电阻两端注入。具体配置如图2所示。
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图2 外加低频电源式发电机定子接地保护配置示意图
当发电机定子绕组对地绝缘正常时，注入到定子绕组的低频电流主要是流过定子绕组对地电容的容性电流，当对地绝缘老化或出现接地故障，注入的电流将流过接地故障点，出现一部电阻性电流。保护动作各详细判据如下：
（1）接地电阻判据
RCS-985GW通过导纳法实时计算接地电阻就能监视定子绕组的对地绝缘状况，达到整定值即启动跳闸或发信报警。
其动作方程为： .png)
报警方程为： .png)
式中RE为发电机定子绕组接地电阻，REsetH和REsetL分别为发电机定子绕组接地电阻的高、低定值。
（2）零序电流判据
在发电机中性点接地变压器低压侧装设电流互感器，可测量到流过中性点接地设备的基波零序电流，由此判断是否发生定子接地故障。
它是独立于电阻判据且与注入电源无关的一个主判据，保护80%左右范围内的定子绕组接地故障。
其动作方程为： .png)
式中IG0为保护装置检测到的注入回路中的电流，发生接地故障后，将主要包含工频电流，IEset为接地零序电流定值。
（3）电源回路异常闭锁判据
接地电阻判据是否可靠完全依赖于注入电源及其信号检测回路的可靠性。当ULF0（UG0经数字滤波后的低频电压）和ILF0（IG0经数字滤波后的低频电流）中的任一个低于各自的定值时，认为定子接地保护外加电源回路故障，闭锁保护出口并发出报警信号。
外加电源回路故障报警判据如下：
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式中ULF0set和ILF0set分别为低频电压和低频电流报警定值。当ULF0和ILF0中的任一个低于报警定值时，报外加电源回路故障。
（4）频率闭锁判据
该电厂1号机为大型水轮发电机组，无需设置频率闭锁。
3.2 保护动作分析
现场实际情况，第二套保护装置中性点电压输入回路端子2UD：7 松动，低频电压采样值为0V。根据前文电源回路异常闭锁判据可知，定子接地保护外加电源回路故障，低频电压断线，保护装置应闭锁跳闸出口并发出 “注入低频电源异常”报警。而现场实际保护动作于跳闸，未能闭锁保护跳闸出口，是一起保护误动事件。
为验证保护装置能否闭锁跳闸出口并发出 “注入低频电源异常”报警，该电厂在现场进行了同等条件下的事故模拟实验：将第二套保护柜端子排上2UD：7端子上中性点电压引线拆除，保护装置发出“注入低频电源异常”报文，且报警灯亮起，保护动作于报警，成功闭锁跳闸出口；将2UD：7端子上中性点电压引线接回后，保护装置报警消失。重复试验数次，保护装置均成功闭锁跳闸出口并发出 “注入低频电源异常”报警。
3.3 原因分析
由于保护装置长期运行，1号机第二套保护装置中性点电压回路端子2UD：7发生松动，引起保护装置低频电压ULF0采样不稳，由于定子绕组接地电阻RE由低频电压ULF0与低频电流ILF0计算得到，低频电压ULF0的变化直接影响到定子绕组接地电阻值RE。
这是一起保护装置未能正确检测到低频电压异常从而导致保护出口跳闸的误动事件。
4 改进措施
4.1 接地电阻判据的改进
该起事件中，一次设备实际上没有发生接地故障，接地电阻因为电压采样的不准确达到了动作值，但是电流采样并未发生变化。考虑到接地电阻并不直接反映故障对定子铁心的破坏力，直接反映破坏力的是接地故障电流[2]，所以可以在接地电阻判据跳闸段增加安全电流限制。从表1可知，该电厂安全电流定值为0，需要重新整定。
安全电流整定公式[2]如下：
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式中，Krel为可靠系数，取0.8；nT为接地变压器电压变比（13.8/0.6kV）；nCT为中间CT的电流变比（400/1A）；Rn为中性点接地电阻二次值（1.719Ω）；Xc为发电机系统三相对地容抗（822.51Ω）；ISAFE.P为接地故障允许的安全电流一次值，根据该电厂发电机的额定电压（13.8kV），取为2A[4]。
改进后的电阻判据跳闸段判据如下： .png)
改进后的电阻判据跳闸段变成了一个复合判据，它增设了安全电流限制，规避了电压异常导致保护误动的风险，减少了保护误动的可能性，这是合理且更加符合发电机实际运行条件的。
4.2 继电保护专业检修维护的改进
该起事件的起因是保护装置电压回路端子松动，建议电厂检修期间加强对保护二次回路所涉及的所有端子进行紧固排查工作，确保屏柜端子排内外侧接线端子紧固无松动，现场接线与图纸正确一致。
在日常巡检中，把外加低频电源式回路采样列入项目表，记录数据并对数据进行分析，及早发现异常进行正确处理。
5 结语
本文详细介绍了一起由端子松动引起的外加低频电源式发电机定子接地保护误动事件。分析误动原因，并从接地电阻判据和检修维护工作两个角度提出改进措施。
改进后的判据解决了单一判据不可靠的问题，提高了外加低频电源式定子接地保护的可靠性，同时对外加低频电源式定子接地保护中安全电流整定的必要性进行了论证，有着工程应用推广方面的积极意义。改进后的检修维护措施完善了发电企业维护管理基础性建设工作，确保设备安全稳定运行。
参考文献：
[1]王维俭. 电气主设备继电保护原理与应用. 北京：中国电力出版社，2002.
[2]王维俭，工祥珩，王赞基. 大型发电机变压器内部故障分析与继电保护. 北京：中国电力出版社，2006.
[3]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，2008，32（3）：66-67.
[4]RCS-985系列大型水轮发电机变压器成套保护装置技术说明书.
[5]GB/T 14285——2006，继电保护和安全自动装置技术规程，2006-11-01.
论文作者:俞樟建1,朱源2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/17
标签：定子论文; 低频论文; 判据论文; 发电机论文; 电源论文; 电流论文; 电压论文; 《电力设备》2018年第23期论文;