定子接地三次谐波电压保护误动的分析

第29卷增刊(2) 2010年10月

四 川 水 力 发 电S i chuan

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V o. l 29, Supp le m ent(2) O ct . , 2010

发电机定子接地三次谐波电压保护

误动的分析与探讨

顾 轩, 曾 宏, 饶运龙

(四川圣达水电开发有限公司, 四川乐山 614900)

摘 要:大型水轮发电机在电力系统中具有十分重要的地位。如果发生事故造成事故停机或负荷丢失等情况, 对电网稳定的威胁极大。规程规定, 容量为100MW 及以上的发电机组应装设100%定子接地保护。但根据实际运行情况, 定子接地三次谐波电压保护经常发生误动, 且误动绝大部分发生在机组开停的情况下。根据沙湾水电站运行情况, 分析保护基本原理, 总结了误动作的诱发原因, 并参考国内外大型机组的管理经验, 提出了针对三次谐波电压保护误动的改善办法。关键词:水轮发电机组; 定子接地保护; 三次谐波; 电压互感器; 误动; 防范; 沙湾水电站中图分类号:TV737; TV734

文献标识码: B

文章编号:1001-2184(2010) 增2-0275-02

1 概 述

沙湾水电站安装4 120MW 水轮发电机组。机端额定电压为15. 75kV, 发电机保护采用W FB -800系列微机发电机变压器组成套保护装置。100%定子接地保护由基波零序电压保护和三次谐波电压保护构成。前者保护范围为定子绕组的前85%左右, 后者为后15%左右。中性点侧三次谐波电压根据中性点接地变CT 计算得出, 机端三次谐波电压取自机端PT 开口三角形电压互感器。根据实际运行观察发现, 沙湾电站4号发电机组在开机并网或加负荷时多次出现定子接地三次谐波电压保护误动作。2 原因分析

2. 1 定子接地三次谐波电压保护原理

定子接地三次谐波电压保护原理是基于单相接地故障前后发电机中性点与机端处三次谐波电压变化特点不同构成的。正常情况下, 中性点三次谐波电压U N 3比机端电压U S3大, 而靠近中性点附近定子接地时则U N 3

U S 3/U N 3=(1- ) / 其大体变化情况如图1所示。

在接地点距中性点

收稿日期:2010-09-20

且接地点越接近中性点, 灵敏度越高。沙湾水电站基本判据为:

|U N 3 /|U S 3 =k

(2)

机组并网前后, 机端等值阻抗有较大的变化。沙湾水电站并网前k 整定值为0. 72, 并网后k 整

定值为0. 58。

图1 U S 3与U N 3随 变化的曲线示意图

2. 2 定子接地三次谐波电压保护误动分析根据保护构成原理, 笔者从以下几个方面分析了定子接地三次谐波电压保护原因。

(1) 机组运行方式变化引起保护误动。根据参考文献, 对水轮发电机组在开停机并网时刻三次谐波保护误动进行了分析。并网前后机端电容比较小, 容抗较大。当机组并网后机端电容受输电线路影响时, 电容会增大很多, 容抗减

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(1)

顾 轩等:发电机定子接地三次谐波电压保护误动的分析与探讨2010年增刊(2)

小, 机端三次谐波电压U S 3下降很多, 而中性点三次谐波电压基本不变。根据式2可得k 值变化幅度较大, 故开停机时U S 3的变化可导致保护误动。而事实证明, 无论是沙湾水电站, 还是其他采用该保护的电站的机组在开停并网时是误动发生的主要时间段。

(2) 机端手车PT 不到位或结合不好引起。

根据龙滩电站相关文献, 如果PT 手车不到位, 或动静触头接触不良, 在机组开停时又因外界参数变化过大, 动静触头间放电, 两者经电弧连接, 从而引起电压波形发生畸变并产生大量谐波分量; 同时, PT 开口三角形也感应出大量的三次谐波分量, 因此便可导致三次谐波电压增加, 进而导致U S 3变化, 从而引起保护误动作。同时, PT 手车不到位, 还可能直接引起U S 3采样丢失, 保护必然误动。

(3) 机端PT 铁芯磁饱和引起的误动。

根据参考文献[4],如果PT 工作的磁化特性曲线线性度不太好或PT 工作到磁化曲线的非线性部分, 那么, PT 的激磁电流中除基波分量之外还有三次和五次等谐波分量。特别是端电压超过额定值使PT 工作到磁化曲线的饱和部分时, 相应的三次谐波分量将明显增大, 同时, 工作在饱和状态下的PT 采样值会出现较大失真。

(4) 接地变二次侧电阻Z n 变化。

发电机中性点经接地变压器接地时, 对接在二次侧的电阻应该经常清扫其表面的尘土和污垢, 否则会严重减小对地阻抗的大小, 直接影响三次谐波电压比值U S 3/U N 3, 可能引起保护误动。3 保护误动防范分析

3. 1 机组运行方式变化引起保护误动的防范

由分析得知, 机组开停机时刻和运行方式改变引起的三次谐波保护误动主要是由U S 3与U N 3发生了较大的变化引起的。根据相关文献, 对刘家峡水电厂定子接地三次谐波电压保护误动对地电容进行分析后得知, 其发电机并网前后的机端

对地电容相对地变化可接近50%。其他水电厂情况类似。可通过k 值调整或者改变保护算法等技改措施, 可改善误动情况。3. 2 PT 测量引起保护误动的防范

对于人为操作导致(如手车PT 不到位或接触不良等引起) 的误动可通过对人员的操作加强管理而予以避免; 对于PT 断线引起的保护误动可配置PT 断线闭锁装置避免。对于其他设备的干扰, 可在机端PT 的开口三角出线上加装三次谐波过滤器以提高保护装置性能。3. 3 机端PT 铁芯磁饱和引起的误动防范

考虑到发电机端电压不会升得很高, 因此, 机端TV 饱和的问题不算很大。但要注意, 选用的PT 工作点在保证变比正确的情况下, 应尽量将运行工作点选的离饱和点远、激磁阻抗大的PT, 以避免铁芯饱和引起电流畸变, 从而避免保护受干扰而误动。4 结 语

发电机定子接地三次谐波电压保护在开停机或运行方式改变时, 容易发生误动是发电机组的常见故障之一, 在国内外机组已屡见不鲜。各类误动事件产生的原因包括设计不合理、整定值选取与实际情况不符合、调试维护执行不到位等。常见因素包括PT 因素、同期影响、三次谐波源干扰等。在故障处理时, 我们可以基于保护基本原理分析并结合故障录波装置进行确认, 尽量减少因保护误动引起的不必要的停机。

参考文献:

[1] 许建安, 连晶晶. 继电保护技术[M].北京:中国水利水电出

版社, 2004(2007重印).

[2] 唐 涛, 诸伟楠, 杨仪松. 发电厂与变电站自动化技术及其

应用[M].北京:中国电力出版社, 2005. 作者简介:

顾 轩(1988-), 男, 四川资阳人, 技术员, 从事电力生产工作; 曾 宏(1972-), 男, 四川沐川人, 助理工程师, 从事电力生产工

作;

饶运龙(1977-), 男, 四川内江人, 技术员, 从事电力生产工作.

(责任编辑:李燕辉)

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