1 接地保护的投运方式
70年代以前,定子接地保护的投运方式采用原苏联的标准,即接地电流大于5 A时投跳闸,小于5 A时投信号。80年代初,我国有关部门通过试验,制订了我国发电机单相接地电流的允许值(国家标准)[1],见表1。
表1 发电机单相接地电流允许值
Table 1 Values of permissible single
phase ground current of generator
发电机电压/kV | 允许接地电流/A |
≤6.3 | 4 |
10.5 | 3 |
13.8~15.75 | 2(氢内冷发电机2.5) |
≥18 | 1 |
关于定子接地保护的投运方式,也参照表1规定:当接地电流超过允许电流时投跳闸,否则投信号。但由于多数运行单位不测量也不计算发电机单相接地电流,故国内的现状是125 MW及以下的发电机定子接地保护多数只投信号,200 MW及以上的发电机定子接地保护一般投跳闸。 此外,对于双频式100%定子接地保护,其3次谐波电压型定子接地保护(本文简称为3ω保护)经常误动,故有关部门建议3ω保护只投信号。 2 定子故障与定子接地保护 近几年来,定子绕组绝缘下降及绝缘破坏的故障很多。对于许多故障,虽然接地电流小于安全电流,但由于未及时处理,扩大为相间短路或匝间短路,严重损坏发电机,经济损失巨大。西北电网中曾发生多起这样的事故。
(1) 式中 为机端3次谐波电压(二次侧);为中性点3次谐波电压(二次侧);为调整系数;β为制动比系数。 表2 大武口电厂3号机谐波测量结果 |
发电机电压或有功 | UN3/V | Us3/V | s3与N3相位差/(°) |
2 kV | 0.125 | 0.095 | |
4 kV | 0.194 | 0.249 | |
6 kV | 0.319 | 0.279 | |
8 kV | 0.199 | 0.165 | |
10.5 kV | 0.11 | 0.03 | |
11 MW | 0.289 | 0.179 | 10 |
20 MW | 0.408 | 0.229 | 15 |
41.4 MW | 0.838 | 0.648 | 4 |
50 MW | 0.887 | 0.688 | 5 |
60.7 MW | 1.07 | 0.887 | 5 |
81.7 MW | 1.231 | 1.052 | 5 |
97.4 MW | 1.356 | 1.172 | 6 |
从表2可以看出,在启动升压过程中,随发电机的电压升高,s3与N3的幅值先升后降,当发电机电压为额定值时,UN3与Us3几乎为零。当发电机带20%有功负荷时,s3与N3的相位差达15°。负荷再增加到40%有功负荷后,3次谐波变化规律恢复正常。 对于该型机组,如在发电机空载或很小负荷下对3ω保护调平衡,保护很容易误动。 在我国,3次谐波式定子接地保护于80年代中期开始采用。有些厂家的保护装置性能不良,也是动作可靠性低的原因之一。 3.2 提高3ω保护动作可靠性的措施 3.2.1 掌握机组s3与N3的变化规律 为正确地对3ω保护进行平衡调整及正确地选择调整系数与制动比系数(即式(1)中的1,2及β),应知道发电机从零起升压至满负荷运行过程中s3与N3的幅值及其相位关系的变化规律。为此,在发电机投运初期,应用特殊仪表测量s3与N3的大小及相位关系。 目前,南京电力自动化设备总厂生产的WFBZ—01型微机保护能够测量s3与N3幅值的变化规律,还可以自动调平衡,调整、使用方便。建议增加显示s3与N3相位关系的功能。 3.2.2 真机接地试验校核保护的动作灵敏度 对于新安装或大修后的3ω保护,在调平衡后,应分别进行机端单相接地及中性点接地的试验,以校核保护回路接线的正确性,并掌握其动作灵敏度。 3.2.3 改善环境减少不必要的动作 为消除雨天定子接地保护的误动,宁夏大武口电厂在发电机穿过厂墙的引出线上侧安装了遮雨棚。运行实践表明,行之有效。 3.2.4 更换动作不可靠的3ω保护 前已述及,目前国内运行的3ω保护,许多是有问题的。其主要问题是回路不可靠,有些整流型保护动作灵敏度低。对于性能不良的3ω保护应尽快更换。 3.2.5 其他防误动措施 对于动作灵敏度高的3ω保护,当保护用机端TV高压保险(一相或两相)熔断或接触不良时,可能误动。为此,南京电力自动化设备总厂生产的微机发电机—变压器组保护中,3ω保护具有TV断线闭锁回路。 4 提高定子接地保护的动作灵敏度 为确保发电机的安全,使其免遭破坏,或故障时损坏轻微,尽量提高定子接地保护的灵敏度是非常必要的。 据说,中性点经配电变压器接地的目的是防止发电机过电压。引起发电机过电压的原因大致有3种:传递过电压、断线过电压及谐振过电压。但对于大型发电机组,由于主变高压线圈对低压线圈之间的电容很小,而定子线圈对地的分布电容很大,不可能产生传递过电压;同时,由于机端TV对地电容很小,也不可能发生断线过电压;此外,对于大中型发电机,只要TV的质量无问题,也不会产生谐振过电压。 我们按照发电机的实际结构及有关参数,曾对西北系统中的100 MW,125 MW,200 MW及300 MW的大中型发电机进行了过电压可能性计算。计算结果表明,不会产生断线过电压和传递过电压,也不会产生基波及高次谐波谐振过电压。几十年来的运行实践,从未听说国内外出现过因上述过电压而损坏发电机的事例。再者,发电机均装有过电压保护,过电压保护均投跳闸。希望设计单位多作调查研究。 前几年,我们已将靖远电厂4台200 MW发电机中性点的配电变压器换成了单相TV;1998年初将陕西渭河发电厂6号机(300 MW)配电变压器的二次侧电阻增大了4倍(折算到一次侧即由1.5 kΩ增大到6 kΩ)。 综上所述,我们建议:为了减小发电机定子绕组绝缘破坏时对发电机的危害及提高定子接地保护的可靠性和灵敏度,应将不可能产生过电压的发电机的配电变压器,换成消弧线圈或单相TV;目前尚无更换条件的,应尽可能增大配电变压器二侧次并联电阻。
参 考 文 献 [1]王维俭.发电机变压器继电保护应用.北京:电力出版社,1997 |