ABB之100_定子接地保护的应用

2003年2月

山　西　电　力

SHANXI　ELECTRIC　POWER

No11(Ser1110)

Feb12003

ABB之100%定子接地保护的应用

董力群

(山西电力科学研究院,山西太原　030001)

摘要:以河津电厂为例,详细介绍了ABB公司100%定子接地保护的组成、动作原理及整套参数的计算过程,并对该保护调试和投运过程中出现的若干问题进行一些探讨性的分析。关键词:100%定子接地;定子绕组;注入变压器;配电变压器

中图分类号:TM307+13　　　文献标识码:B　　　文章编号:167120320(2003)0120011203　　大型发电机组中性点接地方式和定子接地保护都应满足以下基本要求:接地点故障电流不应超过安全电流以确保定子铁芯的安全;保护范围应覆盖整个定子绕组,保护区内任一点接地故障应有足够高的灵敏度;同时暂态过电压数值要较小,不威胁发电机的安全运行。河津电厂引进的日本三菱机组采用发电机中性点经配电变压器高阻接地方式,其100%定子接地监测保护由瑞士ABB公司REG-216型发变组数字保护装置外加1215Hz信号电源的方式实现。

1　组成部分

111　在发电机中性点经过一个刀闸连接一个干式

图1　ABB100%定子接地保护组成原理

定子接地保护组成,保护范围覆盖整个定子绕组且有重叠部分,发电机机端处的接地故障由95%定子接地保护切除,发电机中性点接地故障由100%定子接地保护切除。正常运行时低频信号电源REX010装置的工作电源投入,REX011注入变压器内

变压器,额定电压比为23000V󰃗230V,变压器二

次连接一个013568的阀片式电阻(即二次电阻),中间有01028的抽头,该电阻值是根据发电机的额定参数和允许的最大接地故障电流计算出来。112　外加1215Hz的信号电源,由安装在保护柜内的REX010装置提供,单独有一路直流电源供电。

113　注入变压器REX011安装在中性点配电变压器柜内,其一次侧通过电缆连至主控室保护柜内的REX010低频电源装置;二次侧的三个绕组分别连至中性点配电变压器上的二次电阻、定子和转子接地保护装置,低频信号就是通过它注入到配电变压器上的二次电阻和发电机的定子绕组内的(见图1)。

的继电器动作,接点闭合将REX010装置的1215Hz的低频方波信号通过REX011注入变压器、二

次电阻和配电变压器不断地注入定子绕组内。其采用“编码信号法”的定子接地保护原理来检测定子绕组对地的绝缘电阻。正常情况时仅有很小的1215Hz电容电流注入到定子绕组内不会影响发电机的

正常运行,当发电机中性点附近有接地故障且接地故障电流<5A时,1215Hz信号电流骤增,100%定子接地保护按预定逻辑动作。当发电机中性点有接地故障且接地故障电流>5A时,REX011注入变压器内的继电器复归,低频电源REX010装置与REX011注入变压器分开,1215Hz的信号电流中

2　动作原理

定子接地保护由95%定子接地保护和100%

收稿日期:2002209224,修回日期:2002212205

作者简介:董力群(19672),男,太原市人,19年毕业于太原工业

大学电力分院电力系统自动化系,工程师。

断,这时中性点配电变压器二次电阻上的基波零序电压作为95%定子接地保护的动作量,地承担清除故障工作。95%定子接地保护和100%定子接地保护分别属于不同的保护A柜和B柜,不同

・12・山　西　电　力　　　　　　　　　　　　　　2003年第1期

的CPU处理器单元,工作电源、测量回路、逻辑出口完全,因而也提高了定子保护动作的可靠性。

保护定值分别如下。

95%定子接地保护:5V󰃗1100s󰃗跳闸;100%子接地保护:5k8󰃗2100s󰃗报警;

1k8󰃗1100s󰃗跳闸。

312　RES,M

M

TR

的选取

RES为中性点配电器折合到一次的接地电阻,

TR

为测量变压器的比值。其分别为100%定子接=UGN󰃗(2300󰃗(

3×100)×N2󰃗N1×100󰃗Uis=3×100)×(1󰃗100)×(100󰃗

地保护定值设置中的重要参数。

M

TR

3　整定计算

发电机中性点经配电变压器高阻接地这种方

式,其配电变压器和二次电阻的选取是很重要的,不同容量型号的发电机其最大允许的接地故障电流是不同的,它也是决定二次电阻的重要指标。以河津电厂为例,发电机额定容量为350MW、额定电压为23000V,配电变压器为国产顺德干式变压器,额定容量为35kVA,额定电压比23000V󰃗230V。311　电阻的选取

两个电阻RES,RPS均为配电变压器二次电阻,IEMAX是发电机允许的最大接地故障电流,日本三菱电机提供该参数IEMAX≤3173A,必须依据以下公式选取:

2

R2=RES+RPS≥UGN󰃗3IEMAX×(N2󰃗N1),

0185)=15611;

2

1)2=RES=01336×(N1󰃗N2)=01036×(100󰃗

3136k8。

以上两个仅做为参考值,在实际的保护调试过程中仍需借助于模拟接地故障电阻来校正。最后得:M

TR=15715,

RES=4133k8。

4　定子接地保护的特点a)用外加信号电源的定子接地保护一般希望

施加的对地信号电流尽可能小,因为1󰃗3ΞCg(发电

机三相对地容抗)随频率减小而增大,因此该保护采用1󰃗4倍频1215Hz电源装置。正常运行时,因为仅有小量的(相电压的015%～2%)持续中性点位移电压,它对发电机三相电压的对称性几乎没有影响,也不会增加中性点的附加绝缘应力。

b)1215Hz作为定子保护的检测频率,在装置测量积分过程中,清除了1215Hz所有的倍频(包括50Hz工频)干扰信号的影响,因此在主变高压侧发生接地故障或其他干扰(如铁磁谐振),保护能可靠不误动。

c)1215Hz的电源装置REX010采用专门的110V直流电源,因此其不受发电机工作状态或静

R2≥23000󰃗(3×3173)×(1󰃗100)2=013568,

其中:N2󰃗23000=1󰃗100为配电变压器的N1=230󰃗

变比,R∑为配电变压器二次总电阻,UGN为发电机的额定电压。

同时还必须同时满足以下条件:

100)2=010138,RPS≥130×(1󰃗

100)2=01058,RPS≤500×(1󰃗取RPS=01028,

RES≥415×RPS=415×0102=01098,

100)2=01078,RES≥700×(1󰃗

RES=R2-RPS=013368。

止状态的影响,即在任何工况,包括启停机过程,甩负荷过程都能可靠完成其保护功能而不受运行方式变动的影响,且它的动作特性对发电机运行频率

(转速)不敏感。

d)另外当发电机机端接地故障时,该保护的最

即中性点配电变压器二次连接一个013568的阀片式电阻(即二次电阻),中间有01028的抽头,其中RPS为直接注入1215Hz低频方波信号的电阻,RES为95%定子接地保护和100%定子接地保护共同的电阻。

前面我们计算得RPS=01028。

表1　RPS与Uis对应值

RPS󰃗8Uis󰃗V大允许接地故障电流被在3156A,使发电机定子绕组受到的损伤很小。

e)整个定子接地保护中的电压回路无一次、二次保险,也避免一次、二次回路断线引起的误动。

f)该保护具有良好完善的监控功能,在MCC画面上可以监视注入信号电源的幅值和频率且可以监控整个定子保护测量回路及内部装置、外部回路连接的完整性。当回路中有开路时,有相应的告警灯及光字牌。在发生接地故障保护正确动作后,可在故障事件中查阅出精确的接地电阻值、动作顺序和动作时间。

>01008>01032>011280185117314选取Uis=0185V即注入到接地变压器二次电阻RPS的低频方波电压幅值为0185V,可以在注入变压器REX011内取不同的插头即可得到该值。

　2003年2月　　　　　　　　　　董力群:ABB之100%定子接地保护的应用・13・

5　调整试验及结论

100%定子接地保护中的注入变压器REX011体积小且安装方便,我们将其安装在中性点配

电变压器柜内,其一路输出电压可方便地直接连至接地变压器的二次电阻上并通过串联或并联调整本身的连接端子来改变注入电压的大小以适应各种不同型号、不同容量的发电机组和接地电阻,同时它还给发电机的转子保护提供必须的低频注入电压。定子接地故障电阻RES的测量准确度取决于定值设定中的RES和MTR值。试验中最好把相应的发电机、主变、励磁变、PT柜及封母等相应设备都连接好,把这些设备的对地电容都考虑进去,更理想地接近发电机的正常运行状态。另外正常运行时,在REX011注入变压器上最好用专用万用表测量其输出各端子的低频注入电压,能进一步验证计算结果和回路连接的正确性。

在调试过程中RES和MTR的整定比较复杂,先输入经过计算的参考值,然后分别在编辑菜单中,通过更改若干参数的设置及模拟不同的接地故障电阻来确定准确的RES和MTR值,最后确定的RES和MTR

的值与计算值有一定的误差,从ABB保护装置说明书上查阅20%的误差是允许的。之后分别在定子回路中模拟不同阻值的接地故障并监测其显示值,并在发电机开路状态下设定好定子保护的跳闸和信号出口。

经检验其测量值的线性度良好,保护能按预定的定值和出口逻辑正确动作,测量精度比较准确。另外95%定子接地保护经测试也能正确动作,测量结果准确,与发电机机端电压互感器上的开口三角电压显示相同,但设计上开口三角电压仅供给测量监视回路,如能把该模拟量也引入保护装置可实现95%定子接地保护的双重化。另外当有人在定子回路包括转子回路中工作时,切记要退掉保护柜内REX010装置的直流电源断开低频注入信号以保证人员和设备的安全。总之该保护自动化程度较高,其最新的硬件和软件版本及模块化的设计使其具有良好的保护功能、测试功能和自检功能,其精确的故障记录分析更完善了保护装置的功能,虽然投入运行时间较短,但运行状况还是不错的。

ApplicationonABB100%StatorEarthingProtection

DONGLi-qun

(ShanxiElecticPowerReseachInstitute,Taiyuan,Shanxi　030001,China)

　　Abstract:TakeHejinpowerplantasanexample,itintroducsindetailaboutcomposition,actionedpricipleandthewhole

parameterculculateprocessofstatorearthingprotectionandanalysetheproblemofprotectioncommissioningandoperating.

　　Keywords:100%statorearthing;statorwinding;transformerputin;distributingtransfomer

(上接第2页)

较大的还有以下几点,需在运行中加以注意。

a)当整定电阻过大时,其等电导圆已与正常运行R=∞时的等电导圆相近,稍有干扰既可造成保护误动,见图2。因此整定电阻宜取5k8～10k8。对于主励为可控硅励磁的发电机应适当取得低一些。

b)当金属性接地时,测量导纳位于图4中的P

点,处于动作边界,有可能出现拒动,因此在调整保护整定值时,既要保证在整定电阻的数值上可靠动作,又要保证在测量电阻为0时,保护可靠动作。

c)轴电刷与轴滑环之间的接触电阻∃R>1008时,测量电阻将远小于实际的接地电阻,很有可能造成保护误动,因此∃R应小于508。应经常检查∃R是否大于508,否则应更换新的电刷或采取其它办法来降低∃R。

EffectofAll-bridgeRectificationExcitationSystem

onGeneratorRotorEarthingProtection

NAYan-qiu,CAOHong-yan,PEIZhi-guo

(AchengRelayCo.Ld,Acheng,Heilongjiang　150302,China)

　　Abstract:Itemphasizesontheinfluenceofrectificationexcitationsystemgeneratortorotorearthingprotectionbasedon

admittanceprincipleandsuggestswaystoimprovetheearthingprotection.

　　Keywords:high-orderharmonics;roterearthingprotection;conductanceprinciple;self-excitationsystem;generator