发电机定子接地保护动作原因分析

作者/谭伟盛，广东粤电云河发电有限公司

发电机定子接地保护动作原因分析

作者/谭伟盛，广东粤电云河发电有限公司

针对某电厂#2发电机机组启动过程中“95%定子接地”保护动作的情况，对其动作原因进行了分析及查找，最终发现是由于中性点电压互感器YH刀闸操作不到位，造成辅助接点接触不良,引起其电压漂移导致的。对中性点电压互感器YH刀闸进行重新分合，并检查确认其辅助接点接触良好后，电压漂移消失，最后机组成功并网。

定子接地保护；零序电压；中性点YH；辅助接点

引言

发电机定子接地保护动作的原因有很多，有可能是发电机“真接地”引起，即发电机定子绕组的绝缘损坏了，主变低压侧绕组或者高厂变高压侧绕组内部发生单相接地，或者水冷发电机组内部有漏水、定子绕组回路的绝缘瓷瓶脏污或者受潮、小动物导致的相关回路接地短路等；也有可能是“假接地”引起，即发电机带开口三角绕组的机端电压互感器高压侧保险熔断等。

而本文提到的发电机定子接地保护动作是由于“假接地”引起的。

1. 定子接地保护原理

某电厂#2发电机机保护装置采用的是北京四方继保自动化有限公司的CSG—300A数字式发电机变压器组保护装置。其发电机定子接地保护是由三次谐波电压式和基波零序电压式接地保护共同构成的100%定子接地保护。

基波零序电压保护（95%定子接地）反应发电机机端电压互感器开口三角的零序电压或发电机中性点的零序电压。而本保护采用的“开放量”是中性点侧的零序电压。因为如果采用机端PT的零序电压作为保护判据，当机端电压互感器的一次回路断线时，有可能造成保护误动。为了提高保护灵敏度，并消除三次谐波的影响，保护软件采用了“零点滤波+全周波富氏”算法，并设有主变高压侧零序电压闭锁元件，以防止高压侧接地时保护误动作。

由于该电厂的发电机保护“95%定子接地”保护判据取中性点YH零序电压，其动作方程为：

式中，n0U为中性点侧零序电压，1SU为基波零序电压保护定值。

三次谐波电压式保护反应发电机机端和中性点的三次谐波电压比值，软件具有自调整式三次谐波电压、三次谐波比突变量和三次谐波比3种方式，可以通过控制字进行选择。

（1）自调整式三次谐波电压保护的动作判据：

式中，pK是发电机正常运行时根据实测值计算得到的复数，使方程的左侧量约等于零（即修正后的机端电压约等于中性点三次谐波电压），这样就可以在发生接地故障时获得最大的相对突变量。setU是制动量，其取值则只取决于计算误差，可取很小，有利于识别故障。

（2）三次谐波电压比突变量保护。该保护由控制字选择投退，动作后作用于发信号，采用短时开放突变量元件的原则。保护的动作判据为：

式中，cct取3个工频周期（在该时间内三次谐波电压及其比值变化很小）。而发电机功率变化速度主要由机械惯性决定，所以发电机正常运行时，在cct计算时间间隔内，机端和中性点三次谐波电压比值变化很小，方程左侧的动作量近似等于零。1β为制动系数，只取决于计算误差，其整定可以不受大电机结构和工况的影响，可以取很小。发生故障时，三次谐波电压分布发生突变，很容易满足动作判据。

（3）三次谐波电压比保护的动作判据：

相量比突变保护采用短时开放原则，连续计算三次满足判据才能出口，否则退出突变量式保护，改由稳态相量比保护进行故障判断。为有效消除基波的影响，三次谐波的计算也采用了“零点滤波+全周波富氏”算法。

2. 动作情况简介

2015年05月16日09:50，某电厂接中调令#2发电机可以进行并网操作，运行人员持操作票操作，当发电机机端电压升至额定时，集控室“定子接地保护动作”光字牌亮。检查#2发电机保护装置发现A、B柜“95%定子接地”保护动作。暂停操作，10:02发电机灭磁开关FMK、励磁调节器AK、BK开关跳闸，交由检修人员检查系统。

3. 检查与分析

#2发电机保护动作后，该电厂马上安排电气检修人员和运行当班人员进行故障排查。首先详细检查了发电机的本体，没有发现异常。接着对发电机出口开关、机端及中性点电压互感器、主变、高厂变和励磁变等一次设备的外部进行检查，无异常；用红外成像测温仪测量发电机定子线圈的温度以及线圈的水温也未发现异常；测量发电机出口1PT、2PT、3PT各相绝缘、发电机定子绕组对地绝缘正常。

#2发电机保护“95%定子接地”保护判据取中性点YH零序电压，查看机组故障录波器保护动作时的录波波形（见图1），保护动作时发电机中性点YH的零序电压为10.087V，大于定子接地保护定值（发电机定子接地保护定值：6V，4.0s），经4s延时后满足保护动作条件,因此，保护动作行为正确。进一步分析波形，发现当时机端3YH开口三角3U0电压接近0V，可以判断不是一次定子接地。因此，转到就地检查中性点YH刀闸情况，发现中性点电压互感器YH刀闸操作不到位，且用万用表测量发现，该刀闸辅助接点接触电阻较大。由此分析，是YH刀闸操作不到位，导致辅助接点接触不良而引起中性点零序电压漂移至6V以上。运行人员对中性点YH刀闸重新分合，并检查确认其辅助接点接触良好后，对#2发电机重新零起升压，在故障录波装置查看YH电压正常，机端3YH开口三角3U0电压为0V，其余各项参数正常，最后成功重新并网。

4. 结语

通过对#2发电机的一次设备检查，查看分析接地保护动作时的故障录波器波形，找出了了中性点YH刀闸操作不到位引起其辅助接点接触不良，是导致这次#2发电机定子接地保护动作的原因。

图1 #2发电机定子接地保护动作时故障录波器波形

此次事件证明，要提高发电机定子接地保护的动作可靠性，交流输入回路不应该装设保险，也不应串接YH刀闸的辅助接点。因为如果保险熔断或者刀闸辅助接点接触不良而使机端或中性点零序电压测量不准，有可能导致发电机定子接地保护拒动或误动。为此，应要求机端YH三次输出回路及中性点YH二次输出回路不允许装设保险，也不允许串接隔离刀闸的辅助接点或其他接点。另外，在中性点YH的一次回路中，也不应装设保险。

＊ [1]杨军霞.发电机定子接地保护动作原因分析及处理[J].现代制造，2012（33）：30—31.

＊ [2]北京四方继保自动化股份有限公司.CSG—300数字式发电机变压器组保护装置技术说明书[M].北京：北京四方继保自动化股份有限公司，2001.