660MW發(fā)電機注入式定子接地保護試驗分析

高正中肖佳宜王文文李梓萌韓 風(fēng)

（1.山東科技大學(xué)自動化學(xué)院，山東 青島 266590；2.山東省電力建設(shè)第三工程公司，山東 青島 266100）

660MW發(fā)電機注入式定子接地保護試驗分析

高正中1肖佳宜1王文文1李梓萌1韓 風(fēng)2

（1.山東科技大學(xué)自動化學(xué)院，山東 青島 266590；2.山東省電力建設(shè)第三工程公司，山東 青島 266100）

本文針對采用國電南自 DGT801U系列保護裝置的注入式定子接地保護試驗進(jìn)行了詳細(xì)地分析。結(jié)合660MW發(fā)電機組注入式定子接地保護的試驗過程，分析了現(xiàn)場接線配置，保護原理，保護判據(jù)和定值整定方法。并通過對保護裝置靈敏度的計算和實例分析，驗證了本次試驗中采用的南自DGT801U系列定子接地保護裝置具有較高的測量準(zhǔn)確度，足以滿足工程上對注入式定子接地保護靈敏度的要求。

注入式；定子接地保護；繼電保護；定值整定；靈敏度

國內(nèi)關(guān)于注入式定子接地保護的研究目前還處于起步階段，尤其是對現(xiàn)場試驗整定的分析不多，沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范[1]。故通過現(xiàn)場試驗對注入式定子接地保護裝置的調(diào)試方法及應(yīng)用情況分析是很有必要的。本文針對使用國電南自 DGT801U系列保護裝置的注入式定子接地保護試驗進(jìn)行了分析，以便為相關(guān)試驗分析提供參考依據(jù)。

1 注入式定子接地保護接線配置

本次試驗中注入式定子接地保護現(xiàn)場接線情況如圖1所示，發(fā)電機中性點采用經(jīng)變壓器高電阻接地方式。考慮到電源輸出線電纜分壓對保護裝置測量精確度的影響，電源輸出線和電壓測量回路引出線不可共線，保護裝置的測量電壓應(yīng)直接取自中性點接地電阻兩端。

圖1 注入式定子接地保護接線配置

注入式定子接地保護主要由四個部分組成：包括電源單元、保護單元、濾波單元和注入單元。其中起到主導(dǎo)作用的是電源單元和保護單元，保護單元采用南自 DGT801U保護裝置，其硬件上使用先進(jìn)的雙核CPU和大規(guī)模FPGA技術(shù)，軟件上采用了任務(wù)調(diào)度技術(shù)，保護模塊按照任務(wù)優(yōu)先級執(zhí)行，可以合理的優(yōu)化保護任務(wù)的調(diào)度時間。

2 注入式定子接地保護的保護原理及保護判據(jù)

2.1 保護原理

發(fā)電機注入式定子接地保護方案分為外加直流電源式、外加交流電源式，外加交流電源式以20Hz和12.5Hz為主[2]。本次試驗采用20Hz交流式外加電源，在極端電壓互感器開口三角處注入 20Hz的低頻信號，在正常運行情況下，系統(tǒng)產(chǎn)生容性電流，當(dāng)發(fā)電機定子處發(fā)生單相接地故障或絕緣老化時，注入電流流過故障點，產(chǎn)生部分電阻性電流，區(qū)別于正常運行時檢測到的電信號值，從而作為保護裝置動作的依據(jù)之一，圖2[3]為保護原理圖。

圖2 注入式定子接地保護原理圖

圖2中，US為20Hz注入電源電壓；RE為發(fā)電機定子繞組一次側(cè)接地電阻；RS為等效電源內(nèi)阻；Rg為變壓器負(fù)載電阻；XC為發(fā)電機定子側(cè)三相對地容抗矢量和。

2.2 阻抗判據(jù)的提出與改進(jìn)

分析保護原理圖得到發(fā)電機定子繞組二次側(cè)故障電阻 Rg和歸算到一次側(cè)的故障電阻Rg′的計算式為[4]

式中，KR為電阻修正系數(shù)；n為變壓器變比；ndiv為電壓測量回路與二次側(cè)接地電阻兩側(cè)電壓比；nCT為電流互感器變比。

經(jīng)現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)，由上述方法獲得的一次側(cè)接地電阻值Rg′與測試電阻 RE誤差較大。原因是在上述算法中忽略了接地變壓器參數(shù)對測量回路的影響。因此在保護原理的基礎(chǔ)上分析了接地變壓器的τ型等值電路，得到包含變壓器τ 型等值電路[5]表示的注入式定子接地保護原理圖，如圖3所示。

圖3 含變壓器τ 型等值電路的注入式定子接地保護原理圖

圖3中，Rm和Xm為變壓器的勵磁電阻和勵磁電抗，R2和X2分別表示變壓器的漏電阻和漏電抗。

分析改進(jìn)后的原理圖得到計及變壓器參數(shù)后測量電阻的表達(dá)式為

為了驗證改進(jìn)公式對提高計算精度的作用，對考慮與不考慮配電變參數(shù)的情況進(jìn)行了對比，數(shù)據(jù)見表1。

表1 不考慮與考慮配電變壓器參數(shù)時接地電阻計算值與實際值的誤差

可以發(fā)現(xiàn)采用改進(jìn)后的測量電阻計算式求得的計算值更接近測量電阻的實際值，這是因為激磁阻抗參數(shù)主要影響電流相位值，而改進(jìn)公式的實質(zhì)是對測量電流電壓進(jìn)行了相位補償。

3 現(xiàn)場試驗和數(shù)據(jù)分析

下面結(jié)合某電廠 660MW發(fā)電機組注入式定子接地保護測量數(shù)據(jù)，分析了注入式定子接地保護的現(xiàn)場試驗和整定。

3.1 相角補償試驗

相角可以通過正常情況下的對地電容電流進(jìn)行校正，也可以通過負(fù)載電阻進(jìn)行校正[6]機組正常運行情況下，按照圖1接線配置，系統(tǒng)流過容性電流，電流滯后電壓 270°，在精度要求不高的情況下使補償后的相角保持在 270°測量補償相角值都是可行的[7]。為了提高測量精度，本次試驗采用了具有較高測量精度的負(fù)載電阻補償方法，該方法需更改圖1的現(xiàn)場接線方式，將電源裝置直接并接在接地變壓器二次側(cè)，使純阻性負(fù)載和電流互感器在同一串聯(lián)支路中，使補償后的相角值保持在180°[8]，獲得的相角補償值見表2。

表2 相角補償值實測

3.2 阻抗補償值測量分析

通過接地變壓器的短路試驗測得阻抗補償值見表3所示，在發(fā)電機靜止?fàn)顟B(tài)下，將接地變壓器高壓出線側(cè)對地金屬短路，保護裝置測得的電阻電抗值均不為零，這是由于測量回路中存在電感線圈、線路電阻所引起的。讀取此時測量回路的測量電阻、測量電抗值，即為補償電阻和補償電抗值。

表3 阻抗補償值實測

3.3 補償參數(shù)對保護測量結(jié)果的影響

在研究變壓器參數(shù)對接地電阻測量值影響時，發(fā)現(xiàn)計及變壓器參數(shù)除可消除激磁阻抗帶來的誤差外，其對電流的相位值也有較大的影響[9]。因此需要經(jīng)過相角補償試驗降低電壓電流測量值造成的相角誤差，相角補償?shù)暮线m與否決定著保護的測量精度。表4直觀地反映了相角補償值變化對接地電阻測量值的影響，可以看出增大相角補償值會造成測量誤差的增大，而減小相角補償值造成的保護靈敏度提高，可能會引起保護誤動作。表5、表6分別表示電阻電抗補償值對接地電阻測量精度的影響，相對于相角補償值，阻抗補償值的影響并不顯著，但隨著接地電阻取值的增大，阻抗補償值的影響逐漸顯現(xiàn)。

表4 相角補償值對接地電阻測量精度的影響

表5 電租補償值對接地電阻測量精度的影響

表6 電抗補償值對接地電阻測量精度的影響

4 試驗結(jié)果

下面通過對試驗數(shù)據(jù)和保護靈敏度分析，驗證本次試驗采用的裝置和試驗方法滿足工程上對注入式定子接地保護測量精確度的要求。

4.1 測量誤差分析

現(xiàn)場在發(fā)電機靜止?fàn)顟B(tài)下，使用 DGT801U繼電保護裝置，在發(fā)電機中性點處模擬了接地故障。表7給出了在電阻折算系數(shù)KR=14.04時測量的誤差分析。

表7 測量值與實際值間的誤差

從表7中可以看出，經(jīng)過上述定值補償，保護裝置的測量誤差基本上可以控制在5%范圍內(nèi)，完全滿足工程要求。

4.2 保護靈敏度分析

試驗現(xiàn)場采用 QFSN-660-2-22B型汽輪機其參數(shù)為：額定容量 S=733kVA，額定電壓 UN=22kV，額定功率 P=660MW，定子每相對地電容 C=0.243μF。主變壓器型號為 SFP-780000/220，CT=0.0203μF，Cm=0.0038μF，中性點配電變壓器變比n=20000/190，二次接地電阻R=0.42Ω，注入電源內(nèi)阻Rs=0.6Ω。電壓互感器變比nv=2003，電壓互感器二次側(cè)電阻值Rg=5Ω。

保護動作時應(yīng)該滿足的條件

發(fā)電機中性點配電變壓器經(jīng)高電阻方式接地時，保護的靈敏度按照最大接地電阻值來表示：

將配電變壓器中性點電阻及系統(tǒng)總阻抗還原至一次側(cè)得

將數(shù)據(jù)帶入式（6），獲得滿足不等式條件的最大接地電阻值：

通過計算發(fā)現(xiàn)接地變壓器變比及發(fā)電機選型對注入式定子接地保護的保護靈敏度有較大的影響。本次試驗中采用的電源輔助裝置和保護裝置構(gòu)成的注入式定子接地保護具有較高的測量準(zhǔn)確度，足以滿足工程上對注入式定子接地保護靈敏度的要求。

5 結(jié)論

本文結(jié)合某電廠發(fā)電機組注入式定子接地保護試驗實例及現(xiàn)場接線配置情況，分析了保護原理，改進(jìn)了保護的動作判據(jù)，對注入式定子接地保護試驗進(jìn)行了具體的剖析，結(jié)果表明：

1）利用改進(jìn)后的阻抗判據(jù)公式計算得到的接地電阻值更接近測量值，接地變壓器參數(shù)對接地電阻計算值的影響不可忽略。

2）進(jìn)行相角補償試驗時，通過更改現(xiàn)場接線配置可以提高測量的準(zhǔn)確性，但要注意在試驗結(jié)束后需還原現(xiàn)場接線配置。

3）通過對保護靈敏度的計算和測量誤差的分析，驗證了本文所分析的定值整定方法和使用的注入式定子接地保護裝置符合工程試驗的要求。

[1]劉亞東,王增平,蘇毅,等.注入式定子接地保護的現(xiàn)場試驗、整定和分析[J].電力自動化設(shè)備,2012,32(10):150-154.

[2]董春雨.外加電源型定子接地保護若干問題的研究[M].華北電力大學(xué),2009.

[3]吳禮貴,呂曉勇.大型水電機組自適應(yīng)注入式定子接地保護研究[J].人民長江,2015,46(10):7-11.

[4]張琦雪,席康慶,陳佳勝,等.大型發(fā)電機注入式定子接地保護的現(xiàn)場應(yīng)用及分析[J].電力系統(tǒng)自動化,2007,31(11):103-107.

[5]Vainshtein R A,Lapin V I,Naumov A M,et al.Protection from ground faults in the stator winding of generators at power plants in the Siberian networks[J].Power Technology and Engineering,2010,44(1):79-82.

[6]井雨剛,劉世富,井俊雙,等.注入式定子接地保護的調(diào)試方法[J].電工技術(shù),2012,30(3):16-18.

[7]兀鵬越,陳飛文,黃旭鵬,等.1036MW 機組注入式定子接地保護調(diào)試及動作分析[J].電力自動化設(shè)備,2011,31(3):147-150.

[8]伍利,彭金寧,姚李孝,等.大型發(fā)電機組注入式定子接地保護調(diào)試與整定[J].中國電力,2013,46(9):92-95,106.

[9]張琦雪,陳佳勝,陳俊,等.大型發(fā)電機注入式定子接地保護判據(jù)的改進(jìn)[J].電力系統(tǒng)自動化,2008,32(3):66-69.

Test Analysis of 660MW Generator Injected Stator Grounding Protection

Gao Zhengzhong1Xiao Jiayi1Wang Wenwen1Li Zimeng1Han Feng2
(1.Shandong University of Science and Technology,Qingdao,Shangdong 266590;2.SEPCOIII Electric Power Corporation,Qingdao,Shangdong 266100)

This paper adopts State Power from South DGT801U series protection device of injection type stator grounding protection test are analyzed in detail.Combined with the test process of injection stator grounding protection of 660MW generator,the field wiring configuration,the protection principle,the protection criterion and the setting method are analyzed.And through the calculation and example analysis of the sensitivity of the protection device,verify the used in the test of DGT801U series of stator grounding protection device has the advantages of high measuring accuracy,enough to meet the engineering requirements of injection type stator grounding protection sensitivity.

injecting source;tator single-phase grounding fault;elay protection;etting;sensibility