660MW发电机注入式定子接地保护试验分析

技术与应用　６６０ＭＷ发电机注入式定子接地保护试验分析　高正中　肖佳宜　王文文　李梓萌　韩　风　青岛　２６６１００）　２　１．山东科技大学自动化学院，山东青岛　２６６５９０；　２．　山东省电力建设第三工程公司，山东摘要　本文针对采用国电南自ＤＧＴ８０１Ｕ系列保护装置的注入式定子接地保护试验进行了详　细地分析。结合６６０ＭＷ发电机组注入式定子接地保护的试验过程，分析了现场接线配置，保护原　理，保护判据和定值整定方法。并通过对保护装置灵敏度的计算和实例分析，验证了本次试验中　采用的南自ＤＧＴ８０１Ｕ系列定子接地保护装置具有较高的测量准确度，足以满足工程上对注入式定　子按地保护灵敏度的要求。　关键词：注入式；定子接地保护；继电保护；定值整定；灵敏度　Ｔｅｓｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　６６０ＭＷ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　Ｉｎｊ　ｅｃｔｅｄ　Ｓｔａｔｏｒ　Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ＧａｏＺｈｅｎｇｚｈｏｎｇ　ＸｉａｏＪｉａｙｉｌ　Ｗａｎｇ　Ｗｅｎｗｅｎ　ＬｉＺｉｍｅｎｇｌ　ＨａｎＦｅｎｇ２　（１．Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｇｄｏｎｇ　２６６５９０；　２．ＳＥＰＣＯＩＩＩ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｇｄｏｎｇ　２６６　１　００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｄｏｐｔｓ　Ｓｔａｔｅ　Ｐｏｗｅｒ　ｆｒｏｍ　Ｓｏｕｔｈ　ＤＧＴ８０　１　Ｕ　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　ｉｆｅｌｄ　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　ＤＧＴＳ０　１　Ｕ　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．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ　ｓｏｕｒｃｅ；ｔａｔｏｒ　ｓｉｎｇｌｅ—ｐｈａｓｅ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｆａｕｌｔ；ｅｌａｙ　ｐｒ０ｔｅｃｔｉｏｎ；ｅｔｔｉｎｇ；ｓｅｎｓｉｂｉｌｉｔｙ　国内关于注入式定子接地保护的研究目前还处　于起步阶段，尤其是对现场试验整定的分析不多，　没有形成统一的规范ｌ１］。故通过现场试验对注入式　定子接地保护装置的调试方法及应用情况分析是很　有必要的。本文针对使用国电南自ＤＧＴ８０１Ｕ系列　保护装置的注入式定子接地保护试验进行了分析，　以便为相关试验分析提供参考依据。　１　注入式定子接地保护接线配置　本次试验中注入式定子接地保护现场接线情况　如图１所示，发电机中性点采用经变压器高电阻接　地方式。考虑到电源输出线电缆分压对保护装置测　量精确度的影响，电源输出线和电压测量回路引出　线不可共线，保护装置的测量电压应直接取自中性　点接地电阻两端。　图１　注入式定子接地保护接线配置　注入式定子接地保护主要由四个部分组成：包　括电源单元、保护单元、滤波单元和注入单元。其　中起到主导作用的是电源单元和保护单元，保护单　２０１６￣１　１期电曩墨ｌ技术Ｊ　１　１　１　技术与应用　元采用南自ＤＧＴ８０１Ｕ保护装置，其硬件上使用先　进的双核ＣＰＵ和大规模ＦＰＧＡ技术，软件上采用了　任务调度技术，保护模块按照任务优先级执行，可　以合理的优化保护任务的调度时问。　２　注入式定子接地保护的保护原理及保护　判据　２．１保护原理　发电机注入式定子接地保护方案分为外加直流　电源式、￣＇ｔ－；０ｎ交流电源式，￣ｔ，／ＪＨ交流电源式以２０Ｈｚ　和１２．５Ｈｚ为主Ｌ２Ｊ。本次试验采用２０Ｈｚ交流式外加　电源，在极端电压互感器开口三角处注入２０Ｈｚ的　低频信号，在正常运行情况下，系统产生容性电流，　当发电机定子处发生单相接地故障或绝缘老化时，　注入电流流过故障点，产生部分电阻性电流，区别　于正常运行时检测到的电信号值，从而作为保护装　置动作的依据之一，图２ｌ３】为保护原理图。　图２　注入式定子接地保护原理图　图２中，　为２０Ｈｚ注入电源电压；　为发电　机定子绕组一次侧接地电阻；　ｓ为等效电源内阻；　为变压器负载电阻；　为发电机定子侧三相对地　容抗矢量和。　２．２　阻抗判据的提出与改进　分析保护原理图得到发电机定子绕组二次侧故　障电阻　和归算到一次侧的故障电阻　的计算式　为　】　：———　—一　（１）　Ｒｅ（／２ｏ／Ｕ２０）　＝ＫＲＲｇ　（２）　：　（３）　Ｆ／ＣＴ　式中，　为电阻修正系数；　为变压器变比；，ｚ　为电压测量回路与二次侧接地电ｌ５且两侧电压比；／／／　为电流互感器变比。　经现场试验发现，由上述方法获得的一次侧接　地电阻值　与测试电阻　Ｅ误差较大。原因是在　述算法中忽略了接地变压器参数对测量回路的影　１　１２　Ｉ辔一－Ｉ技求　２０１６￣１１期　响。因此在保护原理的基础上分析了接地变压器的，ｃ　型等值电路，得到包含变压器　型等值电路　表示的　注入式定子接地保护原理图，如图３所示。　图３　含变压器ｔ型等值电路的注入式　定子接地保护原理图　图３中，　和　为变压器的励磁电阻和励磁　电抗，　和　分别表示变压器的漏电阻和漏电抗。　分析改进后的原理图得到计及变压器参数后测　量电阻的表达式为　（４）　ｌ　ｌ为了验证改进公式对提高计算精度的作刚，对　考虑与不考虑配电变参数的情况进行了对比，数据　见表ｌ。　表１不考虑与考虑配电变压器参数时接地电阻　计算值与实际值的误差　测量电阻值，　不计变压器参数　计及变压器参数　ｋＱ　计算值／ｋＱ　误差／％　计算值／ｋＱ　误筹／％　Ｏ．５　０．５８９　１７．８５　０．４９５　Ｏ．９６　１．０　１．０９６　９．６２　０．９８２　１．８０　２，０　２．０５６　２．７８　１　９１９　４．０７　５．０　４．６４６　７．Ｏ９　４．７ｌ４　５．７３　ｌ０．０　８．４９２　ｌ５．０８　９．２９６　８．０４　可以发现采片Ｊ改进后的测量电阻汁算式求得的　计算值更接近测量电阻的实际值，这是凶为激磁阻　抗参数主要影响电流相位值，而改进公式的实质是　对测量电流电压进行了相位补偿。　３现场试验和数据分析　下面结合某电厂６６０ＭＷ发电机组注入式定子　接地保护测量数据，分析了注入式定子接地保护的　现场试验和整定。　３．１相角补偿试验　相角可以通过正常情况下的对地电容电流进行　校正，也可以通过负载电阻进行校正［。】机组正常运　行情况下，按照图１接线配置，系统流过容性电流，　电流滞后电压２７０。，在精度要求不高的情况下使　补偿后的相角保持在２７０。测量补偿相角值都是可　行的［７］。为了提高测量精度，本次试验采用了具有　较高测量精度的负载电阻补偿方法，该方法需更改　图１的现场接线方式，将电源装置直接并接在接地　变压器二次侧，使纯阻性负载和电流互感器在同一　串联支路中，使补偿后的相角值保持在１８０。　］，获　得的相角补偿值见表２。　表２相角补偿值实测　试验次数　测量相角值　相角补偿值　补偿后相角值　１　１７１。　３５６。　ｌ８０。　２　１６６。　３５２。　３．２　阻抗补偿值测量分析　通过接地变压器的短路试验测得阻抗补偿值见　表３所示，在发电机静止状态下，将接地变压器高　压出线侧对地金属短路，保护装置测得的电阻电抗　值均不为零，这是由于测量回路中存在电感线圈、　线路电阻所引起的。读取此时测量回路的测量电阻、　测量电抗值，即为补偿电阻和补偿电抗值。　表３阻抗补偿值实测　试验次数　电阻补偿值／Ｑ　电抗补偿值／Ｑ　１　２．Ｏ３８　０．９５３　２　７．６３４　Ｏ－３３７　３．３　补偿参数对保护测量结果的影响　在研究变压器参数对接地电阻测量值影响时，　发现计及变压器参数除可消除激磁阻抗带来的误差　外，其对电流的相位值也有较大的影响［引。因此需　要经过相角补偿试验降低电压电流测量值造成的相　角误差，相角补偿的合适与否决定着保护的测量精　度。表４直观地反映了相角补偿值变化对接地电阻　测量值的影响，可以看出增大相角补偿值会造成测　量误差的增大，而减小相角补偿值造成的保护灵敏　度提高，可能会引起保护误动作。表５、表６分别　表４相角补偿值对接地电阻测量精度的影响　接地电阻／　改变相角补偿值对应接地电阻值／ｋｆ２　ｋＱ　－２。　一１。　１。　２。　０．４９５　Ｏ．６２　Ｏ　６３　Ｏ．６３　０．６４　０．９８２　１．１９　１．２３　１．２７　１＿２８　１．９１９　１．９９　２．Ｏ３　２．１Ｏ　２　１４　４．７ｌ４　４．８７　５．Ｏｌ　５－２７　５　３３　９．１９６　９．１９　９．３４　９．４３　９．６６　技术与应用　表５　电租补偿值对接地电阻测量精度的影响　接地电阻／　改变电阻补偿值对应接地电阻值／ｋｆ２　ｋＱ　—０．５Ｑ　一０．１Ｑ　Ｏ．１Ｑ　０．５Ｑ　０．４９５　０．４９　０．４９　０．４９　０　４９　０．９８２　０．９９　０．９９　０．９８　０　９８　１．９１９　１．９３　１．９３　１．９２　１．９１　４．７１４　４．７２　４．７７　４．７１　４．６７　９．１９６　９．３１　９．２８　９．２３　９．１９　表６　电抗补偿值对接地电阻测量精度的影响　接地电阻／　改变电抗补偿值对应的接地电阻值／ｋＱ　ｋＱ　－０．５Ｑ　—Ｏ．１Ｑ　Ｏ．１Ｑ　０．５Ｑ　０．４９５　０．４９　０．４９　０．４９　０．５Ｏ　０．９８２　０．９９　０．９９　０．９５　０．９８　１．９ｌ９　１．９ｌ　１．９２　１．９２　１．９３　４．７１４　４．６７　４．７１　４．７４　４．７２　９．１９６　９．１９　９．２３　９．２７　９．３１　表示电阻电抗补偿值对接地电阻测量精度的影响，　相对于相角补偿值，阻抗补偿值的影响并不显著，　但随着接地电阻取值的增大，阻抗补偿值的影响逐　渐显现。　４试验结果　下面通过对试验数据和保护灵敏度分析，验证　本次试验采用的装置和试验方法满足工程上对注入　式定子接地保护测量精确度的要求。　４．１测量误差分析　现场在发电机静止状态下，使用ＤＧＴ８０１Ｕ继　电保护装置，在发电机中性点处模拟了接地故障。　表７给出了在电阻折算系数ＫＲ＝１４．０４时测量的误差　分析。　表７测量值与实际值间的误差　实际电阻／　一次侧电阻　二次侧电阻　误差／％　ｋＱ　测量值／ｋＯ　测量值／Ｑ　Ｏ．５　０．４９１　３４．３９　１．８　１．Ｏ　０．９７３　６８．７８　２．７　２．０　１．９６９　１３７．５５　１．６　５．Ｏ　５．０７６　３４３．８８　１．５　１０．Ｏ　１０．２３３　６８７．７６　２．３　从表７中可以看出，经过上述定值补偿，保护　装置的测量误差基本上可以控制在５％范围内，完全　２０１６年第１１期案曩曩ｌ技柬Ｉ１１３　技术与应用　满足工程要求。　４．２保护灵敏度分析　试验现场采用ＱＦＳＮ．６６０．２—２２Ｂ型汽轮机其参　数为：额定容量　７３３ｋＶＡ，额定电压Ｕｙ＝２２ｋＶ，　额定功率Ｐ＝６６０ＭＷ，定子每相对地电容Ｃ『＿　０．２４３ｇＦ。主变压器型号为ＳＦＰ．７８００００／２２０，ＣＴ＝　０．０２０３ｇＦ，Ｃｍ：０．００３８ｇＦ，中性点配电变压器变比　ｎ＝２００００／１９０，二次接地电阻Ｒ＝０．４２￣２，注入电源内　阻Ｒ　＝０．６Ｑ。电压互感器变比ｎｖ＝２００√３，电压互感　器二次侧电阻值Ｒ　＝５ｆ２。　保护动作时应该满足的条件　去＞去　１＋　１］　㈣　发电机中性点配电变压器经高电阻方式接地　时，保护的灵敏度按照最大接地电阻值来表示：　ｎ　土丁／『　１　２１１　Ｒ　。．。　将配电变压器中性点电阻及系统总阻抗还原至　一次侧得　：　Ｒ：０．０３２ｆ￣　刀：　＝÷　＝０．即：　０３２１￣　将数据带入式（６），获得满足不等式条件的最　大接地电阻值：　Ｋｓ。　＝Ｒｍ　＝０．３２６Ｑ　通过计算发现接地变压器变比及发电机选型对　注入式定子接地保护的保护灵敏度有较大的影响。　本次试验中采用的电源辅助装置和保护装置构成的　注入式定子接地保护具有较高的测量准确度，足以　满足工程上对注入式定子接地保护灵敏度的要求。　５　结论　本文结合某电厂发电机组注入式定子接地保护　１　１４　ｌ电｜｜ｉ蓉贰２０１６￣１１期　试验实例及现场接线配置情况，分析了保护原理，　改进了保护的动作判据，对注入式定子接地保护试　验进行了具体的剖析，结果表明：　１）利用改进后的阻抗判据公式计算得到的接地　电阻值更接近测量值，接地变压器参数对接地电阻　计算值的影响不可忽略。　２）进行相角补偿试验时，通过更改现场接线配　置可以提高测量的准确性，但要注意在试验结束后　需还原现场接线配置。　３）通过对保护灵敏度的计算和测量误差的分　析，验证了本文所分析的定值整定方法和使用的注　入式定子接地保护装置符合工程试验的要求。　参考文献　Ⅲ　刘亚东，王增平，苏毅，等．注入式定子接地保护的　现场试验、整定和分析［Ｊ］．电力自动化设备，２０１吲　２，　３２（１０）：１５０—１５４．　董春雨．外加电源型定子接地保护若干问题的研究　［Ｍ】．华北电力大学，２００９．　吴礼贵，吕晓勇．大型水电机组自适应注入式定子　接地保护研究［Ｊ】．人民长江，２０１５，４６（１０）：７－１１．　张琦雪，席康庆，陈佳胜，等．大型发电机注入式定　子接地保护的现场应用及分析『Ｊ］．电力系统自动化，　２００７，３１（１１）：１０３—１０７．　Ｖａｉｎｓｈｔｅｉｎ　Ｒ　Ａ，Ｌａｐｉｎ　Ｖ　Ｉ，Ｎａｕｍｏｖ　Ａ　Ｍ，ｅｔ　ａ１．　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．　井雨刚，刘世富，井俊双，等．注入式定子接地保护　的调试方法［Ｊ］．电工技术，２０１２，３０（３）：１６—１８．　兀鹏越，陈飞文，黄旭鹏，等．１０３６ＭＷ机组注入式　定子接地保护调试及动作分析［Ｊ］．电力自动化设备，　２０１１，３１（３）：１４７—１５０．　伍利　彭金宁　姚李孝，等．大型发电机组注入式定　子接地保护调试与整定［Ｊ］．中国电力，２０１３，４６（９）：　９２—９５．１０６．　张琦雪，陈佳胜，陈俊，等．大型发电机注入式定子　接地保护判据的改进［Ｊ］．电力系统自动化，２００８，　３２（３）：６６—６９．