摘要：本文介绍了发电机中性点经高阻接地方式以及与之对应的定子接地保护的跳闸方式。根据分布式能源机组发电机出口配置断路器、高压厂用电源由限流电抗器从主变低压侧供电以及具有较大电容电流的特点，对发电机定子接地保护构成进行了分析。对解决发电机定子接地保护误动的几种解决方法进行了论述说明。
关键词：定子接地保护；高阻接地方式；零序电压
一、发电机定子接地保护
发电机易发生绕组线棒和定子铁芯之间绝缘的破坏，发生单相接地的可能性较大。大型发电机组定子对地电容较大，当发电机机端发生接地故障时，故障点的电容电流比较大，影响发电机的安全运行。中性点不接地的发电机，当发电机内部单相接地时，接地电容电流应在规定的允许值之内。大型发电机结构复杂，造价高昂，检修困难，同时随着发电机容量的增大，其接地故障电流也随之增大。部分大型发电机通过装设消弧线圈抵消接地电容电流，从而将定子单相接地故障电流控制在规定的允许值之内。
采用单元接线的大型发电机变压器组总电容为定值，需采用欠补偿运行方式减小电容耦合传递的过电压。 当发电机电压网络的接地电容电流大于允许值时，接地保护应动作于跳闸；当接地电流小于允许值时，接地保护动作于信号，由值班人员请示地调后，降低发电机负荷，然后平稳停机。 对于中小型发电机，通常采用零序电压定子单相接地构成保护，由于整定值要避开不平衡电压，保护区一般只能达到定子绕组的85~95%，故在发电机中性点附近存在着死区，要利用零序电压定子单相接地保护和三次谐波电压配合构成发电机定子100%接地保护。对于利用零序电压的定子单相接地保护，故障点的零序电压将随着故障点位置的不同而改变，越靠近机端，故障点的零序电压就越高，因此可以利用基波零序电压构成定子单相接地保护，通常零序电压保护用于发电机变压器组。发电机正常运行时，相电压中含有三次谐波，因此，在机端电压互感器接成开口三角的一侧也有三次谐波电压输出，此外，当变压器高压侧发生接地故障时，由于变压器高低绕组之间有电容存在，在发电机机端也会产生零序电压。因此，为了保证选择性，保护要具有三次谐波滤除功能，并且整定时要躲过正常运行时的不平衡电压以及变压器高压侧接地时在发电机端所产生的零序电压。
二、分布式发电机中性点经高阻接地方式
发电机的中性点接地方式与定子接地保护的构成密切相关。发电机中性点接地方式一般分为以下几种：中性点不接地，中性点经单相变压器高阻接地，中性点经消弧线圈接地和中性点直接接地。
分布式能源汽轮机组通常为发电机中性点与大地之间搭配变压器高阻接地。变压器的作用是使低压小电阻起到高压大电阻的作用，从而简化电阻器结构，降低电阻器造价。采用高阻接地的发电机，其单相接地故障的动态过电压比采用消弧线圈接地的动态过电压小。同时，高电阻接地方式会使发电机单相接地故障电流增大，为保证发电机的安全，相应的定子接地应动作于停机。
三、某小型分布式能源机组定子接地保护分析
该厂为供热发电机组超高压煤粉锅炉，以发变组单元接线的方式接入厂内110KV双母线，发电机出口设置断路器，每台机设置一段10KV厂用母线，一段厂用母线由一台厂用限流电抗器供电，其中限流电抗器支接在主变低压侧，具体接线如图所示，从接线图上看，该机组具有如下特点：
1)运行方式多样，发电机出口设置断路器，主变压器属于有载调压。正常运行时，发电机供10KV厂用电，当发电机检修停运时，厂用电通过主变压器倒送。
2)高压厂用电源为限流电抗器供电，定子绕组接地电容不但包括发电机、主变低压侧和发电机限流电抗器部分，还包括大量且变化范围大的10KV厂用母线及其母线上馈线的电容电流，总的电容电流可能超过6A。
四、定子接地保护的分析和选择
对于10.5KV额定电压的小型发电机组，发电机变压器组单元接线，其单相接地故障允许电流值为3A，由于实际定子接地单相接地电容电流超过了允许值。当采用高阻接地方式时，采用基波零序电压定子接地保护即可实现保护区不小于90%的规程要求，出口方式为动作于跳闸。但当接地故障发生在定子绕组以外的10KV母线及其馈线上时，定子接地保护不应区外跳闸，而应该由相应的10KV馈线和母线的接地保护动作于信号，因此，单纯的基波零序电压定子接地保护没有选择性，在发电机区外故障时会引起保护的误动，由于10KV母线上馈线较多，馈线上的接地故障，将会引起发电机的频繁停机，这在实际工程中应该引起重视，本文提出以下几条解决办法：
(1)为使基波零序电压定子接地保护具有选择性，在发电机出口矩形母线上安装零序电流互感器，在定子绕组单相接地时，发电机出口零序电流方向是由发电机机端流向断路器，而在10KV母线或者10KV馈线上发生区外故障时，零序电流方向是由断路器流向发电机端。因此增加发电机出口的零序电流方向做为辅助判据，将使得基波零序电压定子接地保护具有很好的选择性，在定子绕组区内故障，保护跳匝停机；在区外故障，保护不动作。
(2)在电抗器分支增加隔离变压器，当增设隔离变压器之后，若在10KV母线或者10KV馈线上发生区外故障时，机端侧不会感应到零序电压而使保护不会误动作。
(3)将10kV小电流接地选线装置投跳闸，而机端侧基波零序定子接地保护和小电流接地选线装置之间增加一个时间极差，保证当区外故障时10kV馈线上的设备先跳闸不会引起保护的误动作。
五、结束语
当发电机单相接地定子电容电流过大而发电机配置发电机出口断路器时，传统的定子接地保护不能区分区内和区外故障。本文提出了增加零序电流方向闭锁、增加隔离变、小电流接地选线装置投跳等方式来避免保护装置的误动。
参考文献
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[2]张琦雪,王祥珩,陈佳胜,徐天乐,李华忠,王光,陈俊.组合型接地方式对注入式定子接地保护的影响[J].中国电力,2018,51(11):96-103.
作者简介
胡波（1981），男，湖北武汉人，长沙理工大学电气工程学士，高级工程师，单位：华电电力科学研究院有限公司中南区域中心，研究方向：继电保护及安全自动装置。
刘其常（1977.1-），男，江西南康人，华南理工大学硕士研究生，高级工程师，单位：中国华电集团有限公司广东公司生产技术部，研究方向：继电保护及安全自动装置。
论文作者:胡波1,刘其常2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/8/26
标签：发电机论文; 定子论文; 单相论文; 电流论文; 电压论文; 故障论文; 电容论文; 《电力设备》2019年第7期论文;