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翻译论文翻译模板文件翻译论文翻译模板文件 Experience with100 Stator GroundFault ProtectionSchemes CharlesJ Mozina Member IEEE定子100 接地保护方案翻译人XX 06 级电气工程及其自动化专业 一班 06052XXX摘要本文讨论了一些 关于用户使用三种不同的100 定子应用接地故障继电保护的经验 两三次谐波的方案和低频注射方法也包括在内 本文说明在哪些情况下三次谐波计划工作 也提到了这些计划的限 制 这方面没有明确的被许多继电器工程师理解 它也讨论了使用沿其局限性低频注入计划 关键词发电机发电机保护低注射频率 多功能数字中继 定子接地 故障 三次谐波法引言三次谐波的方案已被广泛应用于在美国的发 电机定子接地故障提供在整个保护定子绕组 然而在许多情况下 这些计划已被发现不适用 此外 被发现调试时 有操作不当或造成虚假的发电机跳闸的缺点 在某些情况中 三次谐波计划将工作和某些限制这些计划 低频注射计划 这是在美国得到了认可 提供替代三次谐波方案 背景传统的定子接地故障保护直到70年代末 几乎所有的定子接地 故障对单位连接发电机保护所涉及的使用 只有一过压继电器 59G 在发电机中性的进行了基本频率调整 这个检测故障超过90 95 的定子绕组 图 1说明了这种保护 59G继电器和在发电机的绕组故障的位置有一个线性的电压关系 为近中性 N 的故障 电压感测的59G条继电器减弱 在图所示 1 该最高电压为在发生故障的发电机终端 T 的 在全行至中立电压 发生整个中性点接地变压器 通常情况下 最后5 10 的清盘不是由59G继电器的保护 用户接受这种整个定子绕组缺乏保护 此外 59G继电器必须协调 以便它不虚报系统故障或辅助虚拟化技 术短路 图 2说明了这两个断层的位置 为输电系统接地故障 F1代 变压器容抗 的XH L 是够大了变压器链接59G继电器 该59G条中继的设置为保持在较低水平 通常5 6五 所它是敏感故障尽可能发电机中性关闭 这种设置也能导致59G条短期运作电路 F2代 对继发的发电机室速 是Y接地 Y接地 大部分异相大电机使用Y型接地主绕组 许多使用者通过Y型接地 Y型接地和所用继电器的的电压线圈相间连接 这样就提供了以个开路的零序电路 所以59G不会回应第二接地短路 图标3解释了这种连接 发生在发电机和输电变压器的接地短路故障产生零序电势的等级可 以计算出来 通过等效电路如图4所示 普遍做法是设置这些故障发生在59G继电器F1和F2位置 图表2 现代数字继电器比59G有更多的功能 可以反映更灵敏 一个元素可以设置一个低初始电压和延迟协调 第二个元素都可以设置与一初始电压高于以上所描述将要发生的故 障并且更快的时间设置以加快故障检测 B 概览100 定子接地故障保护三次谐波中型欠压方案 在1970年后 期 欧洲主制造商提出了三次谐波继电器 27TN 同时与传统的6 0Hz的过电压保护 59G 比 可以提供超过整个定子绕组的定子接 地故障保护 第三谐波测量整个发电机中性点接地电阻 由于该时间 用户已升级发电机保护提供100 定子接地保护 该方案的基本概念是 当一台发电机在发电机中性点附近发生定子 接地故障时三次谐波电压为零 如果有足够的三次谐波发生器在正常的运作 故障发生时阻止欠压 继电器 这些发电机是100 保护方案使用三次谐波欠压检测的候选 三次谐波比方案 在1980早期 一种二三次谐波方案被一个美国制 造商改进 这种方案和三次谐波比 在发电机的终端中性点不同 这种方案最主要的特点是比单纯的使用三次谐波欠压措施更安全在 发电机中性点 它需要在发电机终端装一个三角电势来测量三次谐波的电动势 这需要安装一个Y型接地的主绕组 因为这些发电机三角型连接 大部分发电机尤其是更小的单位更需 要这个技术 但是由于额外的花费和布线的复杂性使使用的人减少 三次谐波的水平是取决于目前的一个给定的发电机多项因素 这些因素包括该发电机本身在定子绕组的 强度 线圈是如何规 定的进入定子核心 是决定的三次谐波关键因素 有的发电机很少有三次谐波 因此目前三次谐波定子接地故障检测 不能使用 发电机的输出的MW和MVAR 三次谐波电压通常随着发电机MW的负荷增加而增加 在发电机无负荷或低负载的情况下 三次谐波电压一般在最低 而 且在许多情况下 不会让一个可靠的设置的水平 MVAR或无功发生器的输出也影响三次谐波 而且更加难以预测 在一些情况下 它随着无功的负荷而增加 并在其他方面 尤其是 燃气涡轮机 有MVAR的输出突然跳闸 使第三谐波计划的不可靠 发电机端电容 也影响三次谐波水平 发电机连接中性绕组以及母线的电容和GSU的低压绕组比起上面列出 的两项对三次谐波的影响要次要一些 在发电机的终端装上一个更大的电容会对三次谐波有正面影响 敛图 5显示了三次谐波电压测量 发电机中性和终端通常下面的情况中表 现正常无故障 a 发电机中性点发生一个在定子接地故障 b 和 在发电机一个终端发生故障 c 请注意 三次谐波电压为零故障位 置和三次谐波电压的数量级增加了发电机无误端 有一个书面文件数目同时在电机及发电机中性终端计算三次谐波电 压 这些计算结果通常在作出重大的错误接力设置 使用这些数据不可 靠 现今 已建议大多数继电器制造商把现场测量作为设置三次谐波继 电器以获取必要的数据的方法 这些实地测量获得的数据将确定100 定子接地故障的第三谐波计划 保护是行不通的 或有重度限制使它们失效 这并不是不常见的 第三部分详细研究探讨这些限制亚谐电压注射计划的替代三倍频100 方案已于由一个欧洲制造商 4 被广泛用于在欧洲和其他美国以 外的国家 这计划注入低频次谐波进入发电机定子绕组 注入的频率为15 20赫兹 注入的信号在整个中性点接地变压器 这个诸如点的负载与发电机绕组的电容连接 连接的母线把发电机 和GSU以及GSU的三角型绕组和变压器连接 使用一个低频次谐波 使这个电容高阻 因此 如果基本频率使用了 该注入变压器千伏安规模就会降低 在正常情况下 在次谐波频率 一个电流将小级别改变流动 当在任何地方或绕组发电机及其相关母线的工作发生接地故障 电 容在这一相发生短路和在过流继电器中流过更高的电流 该方案它的好处在可以检测离线发电机定子接地故障之前 在它正 在投入服务中 在20世纪60年代和70年代此方案有了发展 它的主要问题即实施电 子设备都非常昂贵 该喷油器和过滤器是主要花费 作为结果 并不是许多美国用户认为多花费来保护发电机定子绕组5 10 这是值得的 该数字技术的出现 有助于减少计划的成本 许多美国用户正对这 个计划的重新考虑 三 三次谐波中性欠压方案所有在用最流行的100 方案 美国是三次谐 波中立欠压计划 这是很经济并且提供了几乎每一个数字发电机保护包 图 6说明了这个方案与此方案的设计 图 6 于第三个谐波欠压继电器 27TN 安装整个接地电阻在发电机变压 器组二次侧 继电器的运作 是以减少三次谐波电压 当发生在发电机中性点定 子接地故障时 该27TN继电器是监督相过压继电器 59 表示 是从发电机切除故障后 防止误动作 这可以防止跳闸 当发电机退出服务 59继电器使得方案在应用领域 同步发电机以提供100 接地故障保 护 该27TN 和传统的59G条 提供了整个定子绕组接地故障保护 他们是典型的有重叠区提供这种保护 图 7说明了这种重叠与59G继电器范围 以提供定子100 保护的原则三 次谐波越低的发电机 有重叠越少 在某些情况下 不能重叠使得有 死区 存在 要确定对三次谐波的大小 就要现场测量 这些测量确定是否有足够的三次谐波使该方案的工作 图 8说明了典型的三次谐波通过现场测量来确定 当三次谐波足够让其 方案工作 图 八中发电机 良好运行 就三次谐波电压来说 请注意 有必要更改MVAR的输出以及MW的输出 通过预期改变MVAR的输出来检查三次谐波的大小通常不可以因为系 统可能产生电压中断 因此 27TN中继设置有大幅度 一般在最低三次谐波电压中立衡量 一半的 本文件的第五条讨论了有许多发电机没有很好在MW与MVAR的输出这 两方面表现出三次谐波的关系 这一事实 在试图解决一些这些发电机 继电器制造商们提供了使用者能够阻 止27TN在各种系统运行条件下当不能阻止故障跳闸 图 9说明一些可用的阻断选择 现场测试已经确定 一些发电机27TN将被阻止大部分时间 从而使 三次谐波欠压计划一个糟糕的选择 四 三次谐波率方案这项计划需要测量同时在中立的电压和发电机的终 端的三次谐波 图 10说明了三次谐波比例的计划 该计划通过比较发电机出现在终端 3V0 和发电机中性点的三次谐 波电压 在一些发电机 这比例仍然相当稳定 在其他发电机 该比率由MW和MVAR的输出而不同 图 8说明这个比例相对表现良好的发电机 该比率从1 0到1 41 关于这个设置发电机必须设置比率为1 41比 通常设置为150 一个更大范围的边界条件应用于三次谐波的现场测量因为不是所有 的运行电压先知都能仿真 当发电机中性点附近发生定子接地故障 终端和中性点三次谐波的 比率会升高 在发电机终端三次谐波的测量一般需要一个星形接地不完全三角连 接连接 这通常不是大多数发电机一个标准的虚拟化技术方面 它通常要特别增加了针对这个应用程序 但它增加了我们对这一方 案的成本 一些数字继电器可以计算 如果终端三次谐波3V0星形接地 星形接地的使用 在第59D元素将探测到接近发电机中性点定子接地故障 它不会检测中心附近的断层发电机绕组或在发电机端 因此 传统的59G条内容是要检测这些故障 在第59D及59G条的组合元素提供100 的覆盖率定子绕组 该比率方案比本节中描述的文件第三节一般的中性点欠压方案更安 全 但是 如果这个机器中三次谐波不足够大 这个方案就不行 五 三次谐波方案的局限性 无论是三次谐波还是上述方案都有一些重大的限制 首先 许多发电机根本就没有足够的三次谐波使目前该方案的工作 在确定以上所说的方案能够工作之前 进行现场测量三次谐波的大 小非常重要 笔者已参与的情况下 在运行条件中没有足够三次谐波状况下 用 以上方案 在许多情况下 缺点是调试过程中发现或在该计划操作不当 造成 发电机虚假的跳闸 本文件的这一节概述了一些应用中三次谐波计划不能使用的情况 A水电站的应用甩负荷中跳闸 当一个水电机组已满负荷 发电机断路器跳闸的全负载 发电机 就可以在高速正常的180 200 由于水轮发电机在低转速旋转 这不是一严重的状况并且阀门关闭 减少机械动力和转速至正常水平在几秒钟 在此期间 发电机终端频率提高了180 200 因此 三次谐波在发电机中性点不是正常价值为180赫兹 而是180 200 的值 因为中性点过压欠压三次谐波继电器 27TN 的目的是在检测三次 谐波60赫兹频率的正常 180赫兹 它将测量不是180赫兹的电压 通常会运行错误 如果减少发电机转速正常的操作时间延迟设置少 于所花费的时间 一般来说 27TN与一过频率继电器 81O元 将更正此问题 许多用户都不是需要提供这种监督 他们非常惊讶得知有迹象表 明 持续1发电机定子接地故障 同步凝汽器运行 许多水电发电机可以当做 同步运作冷凝器 该单位运行 然后关闭 以水轮机和发电机的运作作为无功源 该发电机的AVR调节无功功率 在这种运行方式 三次谐波的中性点的电压就可以大大减少相比在 正常发电运行 如果要作为一个同步冷凝器运行 三次谐波必须通过实地测量这个 操作模式 在一些情况下 它被发现该27TN已被阻止 因为三倍频太小 不能 设置安全的运行模式 因此 没有100 定子接地故障保护期间提供同步冷凝器运作 三次谐波性能的并行方案发电机 这是常有的两个或两个以上平行一个共同的GSU升压变压器水力发电 单位 这实践中有时也用在其他类型 图 11说明了这种操作的配置 随着两台发电机并联运行 三次谐波可两个单位之间的流通 MW和MVAR的G1的单位载荷影响中立的第三次谐波电压G2的发电机 同样 G2的发电机负荷水平影响三次谐波电压的G1中立 这种对27TN进行安全设置并且两个单位都在运行非常困难 B 跨群和大型发电机的应用交叉复合蒸汽单位以及大类型蒸汽的单 位 尤其是在核电厂 有定子绕组并联 图 12说明了这种类型的绕组的配置 这是普遍的做法 6 地面仅一绕组在这些单位 通过高阻抗绕组接地 可能避免与循环电流 当27TN继电器用于探测最后的定子绕组5 10 的接地故障 它会检测故障仅在绕组1 该27TN不会检测故障在中立点绕组2 从而使这个区域不受保护C燃 气机轮图 13表明了在50兆瓦燃气涡轮机三次谐波随着MW负荷变化 V3是三次谐波电压终端而VN3是三次谐波电压在发电机中性点测量 最高的两个量是计算值 最低的两个量是衡量值 可以看出 在计算值与实测值之间有一个很大的错误 这是原因之 一该继电器制造商建议需要实地测量 对于这个特定的燃气轮机 中性点的三次谐波电压在20至30兆有一 个实质性下降瓦 其中造成27TN错误运行 在其他燃气涡轮机 在某些发电机无功输出队三次谐波下降产出影 响三容易发生虚假谐波方案跳闸 必须进行实地测试的燃气轮机发电机可用于升级到100 的候选人定 子接地保护 以确定是否三分之一谐波计划六 次谐波电压注射方案对三次谐波替代计划是一个使用次谐波电压注 射计划 这些计划广泛用于欧洲并且美国也开始实行 这项计划注入了低频 次谐波从发电机定子绕组进入 注入的频率范围从15至20赫兹 信号被注入到中性接地变压器 图 14次谐波说明高压注射计划 有许多方法用于检测定子接地故障使用这个基本计划 一种方法是描述了 一个低频次谐波的采用使得发电机和码头母线容抗高阻抗 因此 注射千伏安变压器的大小减少了什么 如果它的基频使用了 图 15显示的耦合器和电压注射器安装在接地发电机变压器二次侧 次谐波电流的典型电容正常在毫方范围 在正常情况下 在次谐波频率 一个电流将小级别改变流动 当在任何地方或绕组发电机及其相关母线的工作发生接地故障 电 容在这一相发生短路和在过流继电器中流过更高的电流 该计划虽然通常设置确定实地测量在断电发电机 正常注入次谐波的大小 充电电流是可以测量的 在注入次谐波电流测量的水