关于黑龙江省600MW机组定子接地保护时限定值的探讨

0　前　言

　　黑龙江省600MW机组采用零序电压式(95%)和编码注入式(100%)相结合构成发电机定子接地保护，保护动作时限分别为3s、4s。为了确保抢修后的机组安全稳定运行，避免严重事故发生，有必要将600MW发电机定子接地保护时限定值适当减小。

　　600MW发电机定子单相接地保护由两种保护继电器共同构成(见图1)。

图1　定子单相接地保护构成示意图

1.1　零序电压式接地保护(常称为95%接地保护)
　　采用BDD-5集成电路型保护继电器，动作量取自发电机中性点高阻接地变压器的二次侧，反映发电机电压系统(20kV，包括主变低压绕组)一点接地产生的零序电压而动作。保护定值为12V(二次)，动作时限为3s。该12V定值的选取是以发电机端至中性点保护范围85%为原则选取的，所以实际保护范围存在中性点处15%的死区。
1.2　12.5Hz编码注入信号构成的100%定子接地保护
　　采用BDD-4型保护装置，其原理是将装置产生的12.5Hz的编码信号经位于中性点的信号变压器注入到发电机定子系统中，正常时该信号只经发电机对地电容构成回路，其回路电流很小；定子接地故障或绝缘大幅度下降时，反映回路电流的增大而动作。所谓编码信号，是指该信号在一个560ms测量周期中，分别含有240ms的注入时间和320ms的间歇时间，以排除一次暂态过程的干扰，是稳定性很好的保护。保护动作值为50mA，动作时间为4s。

2　原保护时限的选取原则和国内外定子接地保护时限的选取

　　考虑到发电机—变压器组单元接线高压侧接地故障时产生的零序电压作用于主变高低压绕组间的耦合电容，有可能会在发电机侧造成95%接地保护的误动作(等值电路如图2所示)，因此其接地保护的延时时限必须和高压网的零序保护时限相配合。根据有关规定，一般考虑和线路保护的零序Ⅱ段相配合，时间略长。电厂的线路零序保护Ⅱ段的最长延时为2.2s，故选取BDD—5的延时为3s；而BDD—4保护范围是100%，重叠了大部分BDD—5的保护范围，故选取其保护时限略长一些，为4s。

图2　高压侧接地故障时零序等值电路图

　　实际上，关于发电机定子接地保护的时限选择并没有明确的规定，国内外对于单相接地后接地电容电流对发电机定子铁心造成的损害也持有不同的意见。我国对于各容量机组的安全接地电流有明确的规定(机端电压18kV以上不大于1A)。如果有消弧线圈对接地电容电流进行有效补偿的话，则定子接地保护的时限以不误动为原则。而有些西方国家由于电网容量储备较大，定子接地保护大多作为发电机的主保护，一旦绝缘下降到规定值以内，便在短时间内切机，避免事故扩大造成严重损失。
　　另外，我国有些引进机组，如正在试运行的伊敏电厂1号机组(500MW)，其发电机和二次保护设备均由俄罗斯提供，发电机中性点经电压互感器接地(实际是不接地方式)，定子接地保护亦采用零序电压方式，且不引入主变高压侧零序电压闭锁，其保护时限仅为0.5s。鹤岗电厂1号机(300MW)，其定子接地保护时限也仅为1s。
　　所以，发电机定子接地保护的时限选取应具体问题具体分析。

3　600MW发电机定子接地保护减小时限定值的可能性分析

3.1　减小时限的好处
　　黑龙江省600MW发电机采用经高阻接地的中性点接地方式，即发电机中性点接配电变压器，其二次负载为一个容量足够大的电阻，折算到一次侧阻值足够大，这种接法的好处是可以防止稳态过电压。但这种接地方式在定子一点接地时不仅不能减小接地电容电流，反而有使其增大的趋势，一般按其它有利原则选取的阻值都使接地电流增大2倍以上。众所周知，大容量发电机组的接地电容电流本身就比小型机组大，而定子铁心抗电流烧损的能力却相对较小。所以其保护时限在足够可靠的情况下以小为益。
3.2　减小时限的可能性
　　a.可以考虑发电机定子接地保护只和高压网的零序Ⅰ段配合，这样可以大大减小时限。因为目前无论是母线差动保护还是线路高频保护理论上都为无时限的保护，且均为双套装置；而高压网各处的接地故障一般也可在150ms内予以消除。另外，目前黑龙江电网的备用容量储备也很充足，和Ⅱ段配合的原则似显保守；
　　b.如必须和零序Ⅱ段配合，则也存在两种可能性。一是零序电压在故障点处最大，而在发电厂高压母线处为最小(一般各电厂均为变压器中性点接地)，故可利用图3的零序网，实际核算线路保护零序Ⅰ段保护范围末端单相接地时，在220kV母线处产生的零序电压3U0t及感应至3号机机端的零序电压3U0f，如小于95%接地保护的动作值，则Ⅱ段范围内的故障不会使BDD-5误动，该保护只按躲开线路保护零序Ⅰ段时间即可；二是如果Ⅱ段范围内的故障可能使BDD-5误动的话，则可考虑加入高压侧零序电压闭锁，这是可行的，因为BDD-5继电器已预留了该相闭锁的接口。闭锁定值选取条件是各条线路Ⅱ段保护范围末端接地故障时能可靠闭锁而发电机端单相接地时(此时发电机系统零序电压最大)不至误闭锁。这样保护时限亦可减小。当然零序网的变化会影响零序电压的计算值，需要大量的计算和分析。

图3　零序网示意图

　　c.编码注入信号构成的100%定子接地保护，原理上不受系统接地故障的影响，其延时时限值取为95%保护的时限值。

4　结束语

　　综上所述，黑龙江省600MW发电机定子接地保护时限减小到1s以内，甚至0.5s以内是可行的。