1、高壓廠用電系統單相接地對發電機零序電壓接地保護的影響河南理工大學 田書 張紅棟摘要：本文通過計算高廠變高壓繞組每相對地等值電容在6 kV廠用電系統發生單相接地時的值，發現6 kV廠用電系統發生單相接地故障時，會影響發電機系統三相對地等值電容，即影響發電機系統三相電壓，從而影響發電機系統的基波零序電壓，近而可能會導致發電機基波零序電壓保護誤動。并認為采用具有制動特性的基波零序電壓保護是防止廠用高壓段接地時保護誤動的可靠措施。關健詞：高壓廠用段接地，基波零序電壓保護，防誤動措施0前言：發電機最常見的故障之一是定子繞組的單相接地故障(即定子繞組對鐵芯的絕緣破壞)。國產大型發電機的定子接地保護多采用由

2、基波零序電壓和三次諧波電壓構成的100 %定子接地保護。其中基波零序電壓反映發電機三相對地電壓的不平衡,取機端電壓互感器開口三角電壓或中性點消弧線圈二次電壓,整定值通常為510 V,可保護發電機定子線圈90%95%。高壓廠用段發生單相接地故障時,會引起發電機三相電壓不平衡,可能會導致基波零序電壓保護誤動，因此加強對高壓廠用段發生單相接地對發電機基波零序電壓保護影響的研究，并采用相應的防范措施很有必有。1 廠用高壓段接地對發電機基波零電壓的影響發電機系統三相對地等值電容是由發電機、主變壓器、高廠變、封閉母線、電壓互感器等設備經絕緣部件對地形成的電容。圖1為焦作電廠 200MW發電機系統對地等值電

3、容示意圖,各電容的數值見表1。圖1 發電機系統對地等值電容示意圖表1 發電機系統對地等值電容參考數值電容 含義 電容量/pFC1 發電機定子線圈對地(鐵芯)等值電容 100 000C2 發電機封閉母線對地等值電容 2 100C3 高壓廠用變壓器低壓I線圈對地(鐵芯)等值電容 2308C4 高壓廠用變壓器高壓線圈對低壓I線圈等值電容 2 138C5 高壓廠用變壓器高壓線圈對低壓II線圈等值電容 4 700C6 高壓廠用變壓器低壓II線圈對地(鐵芯)等值電容 500C7 高壓廠用變壓器高壓線圈對地(鐵芯)等值電容 520C8 主變壓器低壓線圈對地(鐵芯)等值電容 3 883C9 主變壓器高壓線圈對

4、低壓線圈等值電容 4 300C10 主變壓器高壓線圈對地(鐵芯)等值電容 850注；發電機電壓互感器(甲乙丙PT)對地電容量很小,忽略不計。從圖1和表1可以看出,高壓廠用變壓器高壓側對低壓I和低壓II以及低壓I、II對地的電容量相差較大,這主要是由變壓器的結構決定的。6 kV廠用電系統單相接地對發電機系統的影響應根據高廠變各繞組之間及繞組對地電容進行定量分析。從圖1可以看出：正常運行時高廠變高壓繞組每相對地等值電容為 當高廠變低壓I側單相接地時,相當于電容C3被短路,高壓廠用變壓器故障相對地電容為 其它兩相對地電容仍為 可見高壓廠用變壓器低壓I單相接地后,發電機系統對地電容不平衡,但變化量不大

5、,發電機中性點電位不應有明顯升高。當高廠變低壓II側單相接地后,相當于電容C6被短路,高壓廠用變壓器故障相對地電容為：而其它兩相對地電容仍為： 可見高壓廠用變壓器低壓II單相接地后使發電機三相對地電容嚴重不平衡，導致發電機三相對地電壓不平衡，基波零序電壓升高。通過以上分析計算可以看出，當高壓廠用電系統發生單相接地時，雖然發電機為不直接接地系統,零序電流沒有直接的通路,但零序電壓通過對地電容和變壓器線圈耦合電容仍然能夠傳遞到發電機系統，會使發電機三相對地電容不平衡，導致發電機三相電壓不平衡，基波零序電壓升高，會導致保護誤動，因此在對發電機基波零序電壓保護進行整定時應考慮這一情況。2廠用高壓段基波

6、零序電壓傳遞到發電機端的理論計算高廠變低壓側單相接地故障時,該側基波零序電壓設為,高廠變的高、低壓繞組間每相耦合電容為(應采用實測數據),計算傳遞到發電機機端的電壓應分兩種情況:a高廠變為/接線,計算按圖1進行,圖1/和/Y變壓器圖中Zn為發電機中性點外接對地阻抗,其值為：發電機中性點不接地(包括經TV接地) Zn=;發電機中性點經電阻Rn接地(經接地變) Zn=Rn;發電機中性點經消弧線圈接地Zn=RL+jL(RL和L為消弧線圈的電阻和電感)。b高廠變為/Yn接線,計算按圖2進行(圖中符號同圖1)。圖2/Yn變壓器注：3Cg中應包含發電機機端外接元件(升壓變低壓繞組、高廠變和電壓互感器的高壓

7、繞組、分相封閉母線、電壓互感等)對地電容,以及沖擊波吸收電容(如果裝設此電容)。3 6kV系統接地試驗為驗證廠用高壓段發生接地時，廠用高壓段零序電壓對發電機零序電壓的影響，焦作電廠在2001年4月26日做了兩次6kV系統接地試驗。試驗時機組有功功率150 MW。第一次試驗是在6 kV IA段1號凝升泵電機出線人為設置A相接地故障,以驗證6 kV廠用電系統接地對發電機零序電壓的影響。試驗前：故障錄波器顯示發電機機端零序電壓3U0,最高為4.5 V;工控機實時參數顯示中性點電抗器電壓為5.1 V 。1號凝結泵A相接地后:故障錄波顯示發電機機端零序電壓3U0,最高為13.1 V;工控機實時參數顯示中

8、性點電抗器電壓為13.8 V。第二次試驗是為了排除接地網接地不良可能產生的影響，之后又在6 kV IA段5號磨煤機電機出線再次人為設置A相接地故障,試驗數據和在汽機房的接地數據基本接近。試驗前：故障錄波器顯示發電機機端零序電壓3U0,最高為4.4 V；工控機實時參數顯示中性點電抗器電壓為4.9 V。5號磨煤機A相接地后:故障錄波顯示發電機機端零序電壓3U0最高為12.9 V;工控機實時參數顯示中性點電抗器電壓為13.7 V上述試驗表明了：廠用電系統單相接地對發電機系統的影響較大,若發電機定子接地保護定值較低時,足以導致傳統發電機基波零序電壓定子接地保護誤動4防止發電機基波零序保護誤動的措施為了

9、最大限度地發揮基波零序電壓保護在定子單相接地故障時的作用,動作電壓Uop應采取的盡可能小些(例如5 V),使其具有盡可能大的保護區。但是在取較低動作電壓Uop的同時,必須考慮廠用電高壓系統發生單相接地故障時,廠用高壓段零序電壓通過高廠變的高、低壓繞組間耦合電容傳遞到發電機端可能達到的零序電壓Uog，應有Uop（/）, 為電壓互感器變比。如果出現Uop(/)。b為了保持基波零序電壓定子單相接地保護的靈敏度,可允許p(/),此時可增設高壓廠用段系統的基波零序電壓作制動電壓,當非發電機發生單相接地故障而有較大值時,能克服定子接地保護的誤動;當發電機單相接地故障時,仍有很高的靈敏度。c具有制動作用的定

10、子基波零序電壓接地保護動作特性如下：: 式中為高壓廠用電系統單相接地時的基波零序電壓(有名值)，為保護門坎電壓，為發電機機端TV變比;Kres為制動系數,Kres=1.21.3， B為傳遞過電壓系數。當高廠變為/Yn接線時當高廠變為/接線時制動特性的基波零序電壓保護動作特性為當發電機單相接地故障時,30，0,只要滿足上式保護即可動作。當外部系統發生接地故障時，很大，此時3B，設置制動系數Kres,，使上式不滿足，即可防止保護誤動。5結論：a高壓廠用電系統單相接地時，會使發電機三相對地電容值不相等，導致發電機三相電壓不平衡，基波零序電壓升高，導致保護誤動。b通過降低零序電壓保護動作值的方法來提高保護的保護范圍和保護的靈敏度的方法是不科學的，動作值降低意味著保護誤動可能性的增加。 c為了保證零序電壓保護在廠用高壓段發生接地故障時不誤動，最可行的辦法就是采用具有制動特性的基波零序電壓保護作為發電機定子接地保護。參考文獻1王維儉.主設備繼電保護原理與應用M.北京:中國電力出版社,1996.2李郭民,孟崇林.山西陽泉發電有限責任公司2號發電機3U0定子接地保護誤動的原因分析J.山西電力技術,2000,(