0引言

　　注入式定子接地保護(hù)原理為:通過接地變壓器二次負(fù)載電阻或機(jī)端電壓互感器(TV)的開口三角繞組注入20Hz低頻交流信號(hào),采集注入的20Hz電壓信號(hào)和20 Hz電流信號(hào),進(jìn)行數(shù)字化處理后計(jì)算出定子對(duì)地測(cè)量電阻,監(jiān)視定子繞組的對(duì)地絕緣狀況,達(dá)到整定值即啟動(dòng)跳閘或發(fā)信報(bào)警,對(duì)于發(fā)電機(jī)的對(duì)稱故障能起到較好的保護(hù)作用?，F(xiàn)階段針對(duì)定子接地保護(hù)動(dòng)作的案例研究大都為定子真實(shí)接地引起零序過電壓的情況[1—4],而對(duì)注入式定子接地保護(hù)裝置誤動(dòng)卻鮮有論述。本文針對(duì)某廠發(fā)生的一起發(fā)電機(jī)注入式定子接地保護(hù)誤動(dòng)事件,依次從注入式定子接地工作原理、保護(hù)誤動(dòng)的過程及現(xiàn)象、故障分析和結(jié)果驗(yàn)證進(jìn)行了分析,并且為防止同類型故障再次發(fā)生,提出了相應(yīng)防范措施及合理化建議。

　　1 基本原理

　　目前常見的發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的基本原理有基波零序和3次諧波構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)、外加電源式定子接地保護(hù)等[5]。近年來,注入式定子接地保護(hù)得到了廣泛運(yùn)用,我國(guó)越來越多的大型水輪發(fā)電機(jī)采用了中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器接地的接地方式[6]。注入式定子接地保護(hù)等效電路如圖1所示,圖

　　中U●s為20 Hz注入電源,Rs為注入電源內(nèi)阻,R2+jX2為接地變壓器漏抗,Rm+jXm為接地變壓器激磁阻抗,Rn為接地變壓器二次負(fù)載電阻,Rcp+jXxp為機(jī)端并聯(lián)阻抗,3CΣ為發(fā)電機(jī)定子對(duì)地等效電容,Rg為接地電阻,Sg為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)隔離刀閘,U●20'、l●20'為裝置測(cè)得的

　　20Hz電壓、電流,U●20 、I●20為補(bǔ)償后的20Hz電壓、電流,圖中所有量都?xì)w算到保護(hù)裝置測(cè)量二次側(cè)。

　　分析原理圖并采用計(jì)算導(dǎo)納的方法得到接地電阻計(jì)算公式,見式(1)(2),接地電阻Rg可由U●20'、l●20'、漏抗R2+jX2和并聯(lián)電阻計(jì)算得到。

　　式中:KR為電阻折算系數(shù);Re表示取復(fù)數(shù)實(shí)部;Rcp為機(jī)端并聯(lián)阻抗電阻部分;Rm為接地變壓器激磁阻抗電阻部分。

　　注入電源輸出20Hz電壓,加在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器低壓側(cè)的負(fù)載電阻上,通過接地變壓器,將20 Hz信號(hào)注入到發(fā)電機(jī)定子側(cè)對(duì)地的零序回路 中。保護(hù)裝置測(cè)量注入的20 Hz電壓、電流,然后基于導(dǎo)納法計(jì)算接地過渡電阻Rg,反映定子側(cè)單相接地故障。

　　某廠配有注入式發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù),其回路接線圖如圖2所示。接地變壓器的變比為20 kv/0.22 kv,分壓電阻Rn為0.18 Ω,穿芯CT變比為800 A/5 A。接地電阻判據(jù)反映發(fā)電機(jī)定子繞組接地電阻的大小,設(shè)有兩段接地電阻定值,高定值(10 kΩ)段作用于報(bào)警,低定值(5 kΩ)段作用于延時(shí)(0.5 s)跳閘。

　　一起發(fā)電機(jī)注入式定子接地保護(hù)動(dòng)作原因分析2保護(hù)誤動(dòng)過程及現(xiàn)象

　　某日07:08:51.698,某電廠1號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)保護(hù)I屏注入式定子接地保護(hù)動(dòng)作跳閘,機(jī)組解列停機(jī)。查看保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)文。

　　查看某日07:08:51.698時(shí)刻定子接地保護(hù)跳閘波形,如圖3所示,啟動(dòng)時(shí)刻保護(hù)計(jì)算接地電阻值4.9kΩ,小于跳閘值5 kΩ,且滿足延時(shí)定值0.5s,保護(hù)相應(yīng)發(fā)報(bào)警和跳閘信號(hào),保護(hù)動(dòng)作行為正確。經(jīng)過軟件計(jì)算,第一次“定子接地電阻判據(jù)”動(dòng)作時(shí)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波之比為44.57%。

　　一起發(fā)電機(jī)注入式定子接地保護(hù)動(dòng)作原因分析

　　從報(bào)警和跳閘波形可知,保護(hù)裝置A、B、C三相電壓和基波電壓沒有明顯變化,三次諧波比率值較7、8月手抄數(shù)據(jù)也沒有明顯變化,最大比值在40%左右,不滿足另外一套保護(hù)裝置(基波+三次諧波)三次諧波電壓比1.2倍的動(dòng)作定值,因此另外一套保護(hù)裝置(基波+三次諧波)保護(hù)未動(dòng)作。

　　3 事故分析

　　對(duì)發(fā)電機(jī)及其連接附屬設(shè)備等電氣一次系統(tǒng)設(shè)備開展絕緣測(cè)試和耐壓試驗(yàn),絕緣電阻合格,耐壓試驗(yàn)通過,未發(fā)現(xiàn)接地故障。由中性點(diǎn)和機(jī)端零序電壓的變化情況也可知,發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)到機(jī)端并未出現(xiàn)定子接地的情況,由此初步判斷一次設(shè)備沒有發(fā)生單相接地故障,實(shí)際中定子對(duì)地阻值受到接地變壓器的參數(shù)、20 Hz電流/電壓通道測(cè)量誤差、20 Hz注入電源的輸出誤差和發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的不平衡電壓中的高次諧波等多重因素影響[7]。對(duì)注入式定子接地保護(hù)二次回路進(jìn)行排查,并未發(fā)現(xiàn)“虛接”和“短接”的現(xiàn)象。因本次動(dòng)作波形相較于實(shí)際定子接地有較大不同,因此在接地變及隔離變處開展各種故障測(cè)試,在正常運(yùn)行情況下,系統(tǒng)產(chǎn)生容性電流,當(dāng)發(fā)電機(jī)定子處發(fā)生單相接地故障或絕緣老化時(shí),注入電流流過故障點(diǎn),產(chǎn)生部分電阻性電流[8],因此在模擬故障時(shí)同時(shí)記錄所測(cè)阻值的角度。測(cè)試結(jié)果如表1~7所示。

　　經(jīng)過與表1~7的數(shù)據(jù)對(duì)比,判斷電阻下降的原因?yàn)?0 Hz電壓采樣回路阻值發(fā)生改變,因分壓造成裝置采樣電壓下降,與波形分析及模擬計(jì)算一致。

　　繼續(xù)對(duì)20 Hz采樣回路進(jìn)行檢查,檢查注入式定子接地保護(hù)電源輸入、電壓采樣、電流采樣回路,未發(fā)現(xiàn)電纜破損、接線端子損壞、多點(diǎn)接地、寄生回路情況。

　　檢查發(fā)現(xiàn)20 Hz采樣回路中,接地變負(fù)載電阻箱及抽頭引線如圖4所示。接地變負(fù)載電阻箱中間抽頭的鐵質(zhì)引線存在銹蝕,采樣二次電纜壓接在鐵質(zhì)引線上,因銹蝕原因造成接觸電阻增加,采樣電壓降低。同時(shí)對(duì)比試驗(yàn)?zāi)M數(shù)據(jù),因20 Hz采樣電壓降低,采樣電流不變,造成計(jì)算值電阻降低達(dá)報(bào)警和動(dòng)作定值,與表3中電壓回采回路UNLN串入電阻時(shí)采樣電壓及電流變化情況相一致,與故障時(shí)錄波數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)相同,初步判斷保護(hù)誤動(dòng)原因?yàn)?0 Hz采樣回路存在回路電阻變化造成采樣失真。

　　對(duì)中性點(diǎn)接地負(fù)載電阻進(jìn)行直流電阻測(cè)試為0.188 Ω,查看中性點(diǎn)接地電阻銘牌,其直流電阻設(shè)計(jì)值為0.168 Ω,阻值變化較大,與其引線銹蝕相符,確定本次保護(hù)誤動(dòng)作的原因?yàn)榻拥刈冐?fù)載電阻箱中間抽頭的鐵質(zhì)引線存在銹蝕。

　　4結(jié)論與建議

　　綜上分析,本次某廠注入式定子接地保護(hù)動(dòng)作的直接原因是該注入式定子接地保護(hù)采樣發(fā)生變化,邏輯依據(jù)采樣值變化經(jīng)計(jì)算判斷為系統(tǒng)接地電阻發(fā)生變化,造成計(jì)算值與實(shí)際值不一致,保護(hù)裝置誤動(dòng)。具體原因?yàn)榻拥刈冐?fù)載電阻箱鐵質(zhì)引線存在銹蝕,造成20 Hz電壓采樣回路接觸電阻增加,采樣失真,造成計(jì)算電阻與實(shí)際不符,注入式定子接地保護(hù)誤動(dòng)作。

　　為防止同類型故障再次發(fā)生,提出如下建議:

　　1)接地變負(fù)載電阻箱鐵質(zhì)引線存在銹蝕時(shí)及時(shí)進(jìn)行打磨和更換,確保其接觸電阻滿足要求。

　　2)臨時(shí)修改發(fā)電機(jī)注入式定子接地保護(hù)低定值段保護(hù)出口方式,將“跳閘”改為“報(bào)警”,待機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定后再投“跳閘”。

　　3)加強(qiáng)機(jī)組啟機(jī)前及運(yùn)行中發(fā)電機(jī)注入式定子接地保護(hù)中保護(hù)參數(shù)的巡查及統(tǒng)計(jì),重點(diǎn)關(guān)注定子對(duì)地電阻、20 Hz采樣電壓/電流及阻抗相角的變化與趨勢(shì)。