发电机定子接地保护

电气培训课件——发电机定子接地保护

编写：逯克成二零一四年四月二十八日1、发电机定子接地保护发电机定子接地是指发电机定子绕组回路及与定子绕组回路直接相连的一次系统发生的单相接地短路，而发电机定子接地保护是反应上述单相接地故障的主保护。发电机是电厂的核心部分，定子结构复杂，不易检修，对于发电机定子的保护尤为重要。由于发电机内部故障中，发生定子单相接地故障的比例较高，约占定子故障的70~80%。同时由于接地故障的存在，会引起接地弧光过电压，可能导致发电机其它位置绝缘的破坏，形成危害严重的相间或匝间短路故障。为防止重大设备损坏事故，国家相关规程规定，容量为100MW及以上的发电机应装设100%定子接地保护。2、发电机定子接地故障的分类定子接地时间长短可分为瞬时接地、断续接地和永久接地；按接地范围可分为内部接地和外部接地；按接地性质可分为金属性接地、电弧接地和电阻接地；按接地原因可分为真接地和假接地。3、引起发电机定子接地的原因异物落入引起定子接地，如小动物等使发电机一次回路的带电导体经异物接地。定子绕组绝缘损坏。除了绝缘老化外还有各种外部原因引起绝缘损坏。如定子铁芯叠装松动、绝缘表面落下导电性物体（如铁屑）、绕组线棒在槽中固定不紧等，在运行中产生振动使绝缘损坏；制造发电机时，线棒绝缘留有局部缺陷，运转时转子零件飞出，定子端部固定零件帮扎不紧，定子端部接头开焊等因素均能引起绝缘损坏。4、引起发电机定子接地的原因发电机引出线封母的绝缘瓷瓶受潮或脏物引起定子回路接地。与发电机引出线相连接的一次设备故障造成接地，如PT、避雷器、电容等。

发电机定子绕组内冷水漏水或内冷却水导电率严重超标，引起接地。发变组单元接线中，励磁变高压侧、主变低压侧或高厂（公）变高压侧绕组内部发生单相接地，都可能引起定子接地信号。定子接地保护零序电压取自发电机机端PT开口三角时，若PT一次保险熔断，也会发定子接地信号。5、发电机定子接地保护的配置发电机定子接地保护的种类很多：有叠加电源式、外加电源注入式、零序电压式、零序电流式及双频式等。目前广泛采用的是双频式100%的定子接地保护，和外加电源注入式定子接地保护。双频式100%的定子接地保护：由基波零序电压式接地保护与三次谐波式接地保护构成，能检查出发电机内部的任何点的接地故障。注入式定子接地保护：由低频注入电源和保护装置两部分共同实现。其中辅助电源装置提供外加低频电源，将低频电压电流信号注入到发电机定子绕组中。保护装置检测注入的低频电压、电流信号，当发电机定子绕组发生接地故障，注入的电压、电流信号随之发生变化，保护装置

可准确计算出接地故障电阻的阻值，完成100%定子接地保护。6、我厂发电机定子接地保护的配置我厂#1~#4机组发电机定子接地保护均采用两套南瑞继保RCS-985发变组成套保护装置中的基波零序电压保护和三次谐波保护构成100%发电机定子接地保护。其中零序电压保护动作于跳闸、三次谐波电压保护仅动作于信号。我厂#5、#6机组发电机保护A屏采用南瑞低频注入式定子接地保护，B屏采用南瑞基波零序电压定子接地保护+三次谐波定子接地保护。其中B屏三次谐波保护动作于信号，其它动作于跳闸。

07:357、基波零序电压保护原理图

如上图所示为零序电压接地保护原理示意图，其中，零序电压可取自机端，也可取自中性点，对于我厂来说，#1~#6发电机零序电压定子接地保护中的3U0均取自中性点接地变二次侧。

07:358、中性点通过变压器接地方式的发电机定子单相接地时的等值电路和零序电压的计算

计算接地故障基波零序电压的简化等值电路如下图所示：定子绕组接地时的的基波零序电压等值电路由左图可得：

根据3U。的计算公式，当故障发生在机端时零序电压最大，故障点越靠近中性点，零序电压越小，所以零序电压定子接地保护的整定值为了避开正常运行时产生的不平衡电压，故在发电机中性点存在着死区，保护区一般只能达到定子绕组的85~95%。

如图所示为定子绕组单相接地故障时，零序电压与故障点的关系图。07:359、基波零序电压定子接地保护动作方程

Un0＞U0zd

式中Un0为发电机中性点零序电压，U0zd为零序电压定值。基波零序电压保护设两段定值，一段为灵敏段，另一段为高定值段。当变压器高压侧发生接地故障时，由于变压器高低绕组之间有电容存在，在发电机机端也会产生零序电压。因此，为了保证选择性，为防止区外故障时定子接地基波零序电压灵敏段误动，灵敏段动作于信号。

高定值段基波零序电压保护动作于跳闸。

基波零序电压保护其动作方程为：10、基波零序电压定子接地保护动作逻辑

如图为基波零序电压保护动作逻辑，当零序电压取自发电机机端TV的开口△绕组时为防止TV断线时保护误动需要装设TV断线闭锁。

07:3511、三次谐波零序电压保护发电机正常运行时，通过绕组对地分布电容和发电机所连设备对地电容，形成机端侧和中性点侧对地零序三次谐波零序电压Us、Un。当靠近中性点附近发生接地故障时，Un减小，Us增大。故障点越靠近中性点，变化的越明显。因此，利用三次谐波电压与相对变化的特征可以构成定子绕组接地保护并有效地消除中性点附近的保护死区。概念：如右图所示为三次谐波电压保护示意图07:3511、三次谐波零序电压保护■三次谐波电压比率定子接地保护三次谐波电压比率判据只保护发电机中性点25％左右的定子接地，机端三次谐波电压取自机端开口三角零序电压，中性点侧三次谐波电压取自发电机中性点变压器二次侧。其动作方程:Ｕ３Ｔ／Ｕ３Ｎ＞Ｋ３ＷＺＤ

式中:U3T、U3N为机端和中性点三次谐波电压值,K3wzd为三次谐波电压比值整定值。

机组并网前后，机端等值容抗有较大的变化，因此三次谐波电压比率关系也随之变化，本装置在机组并网前后各设一段定值，随机组出口断路器位置接点变化自动切换。07:3511、三次谐波零序电压保护■三次谐波电压差动定子接地保护

三次谐波电压差动判据：

式中U3T、U3N为机端、中性点三次谐波电压向量，Kt为自动跟踪调整系数向量，Kre为三次谐波差动比率定值。本判据在机组并网后且负荷电流大于0.2Ie(发电机额定电流)时自动投入。

并网前的发电机，机端及中性点的三次谐波电压，随发电机电压升高而升高。并网运行的发电机，则机端及中性点的三次谐波电压随发电机的功率变化而变化。当有功增大时，机端及中性点的三次谐波电压同时增大。同时当主变高压侧系统（大电流系统）中发生接地短路故障时，零序电压可能通过主变高、低两侧绕组之间的耦合电容传递至发电机侧，三次谐波电压随之摆动，因此保护存在误动的可能，所以，目前三次谐波零序电压保护均动作于信号。10、三次谐波零序电压保护动作逻辑如图为三次谐波零序电压保护动作逻辑，目前三次谐波电压保护动作信号。

辅助电源装置（RCS-985U）将低频电压加在负载电阻Rn上，并通过接地变压器，将低频电压信号注入到发电机定子绕组对地的零序回路中。保护装置（RCS-985）检测注入的电压、电流信号，通过保护计算判断接地故障。带通滤波器:通过20Hz低频电压信号，防止50Hz电压倒灌入电源。11、注入式定子接地保护

原理示意图：基本原理

下图所示为发电机定子单相接地故障时的定值电路：正常情况下，注入的低频电流主要是流过对地电容的电容电流。当对地绝缘受到破坏，注入电流出现电阻性电流。计算方法滤波算法检测注入的低频电压、电流，通过导纳法可计算出接地过渡电阻阻值，可以反映发电机100%的定子绕组单相接地。如上所示，当发电机定子绕组对地绝缘正常时，注入到定子绕组的低频电流主要是流过定子绕组对地电容的电容电流，当对地绝缘受到破坏，出现接地故障，注入的电流将流过接地故障点，出现一部分电阻性电流。保护装置检测注入的低频电压、电流，通过导纳法可准确计算出接地故障的过渡电阻阻值，计算的电阻阻值与定子绕组的接地故障位置无关，可以反映发电机100%的定子绕组单相接地。（1）动作判据①接地电阻判据②接地零序电流判据：（2）辅助判据——电压、电流回路异常闭锁（保证装置的可靠性）（3）辅助功能——频率闭锁12、注入式定子接地保护逻辑的组成：

跳闸段：

报警段：接地电话阻定子尺接地判洁据接地电译阻判据自与定子惕绕组的防接地点裂无关，郑可以反镰映发电朝机10惯0%的定子科绕组单泳相接地预。接地秩电阻判正据反映财发电机竹定子绕庸组接地亿电阻的赏大小，燃设有两孝段接地果电阻定断值，高议定值段透作用于颤报警，渡低定值圆段作用案于延时昼跳闸.接地电条流定子抄接地判猴据考虑到剂当接地陪点靠近旺发电机粱机端时售，检测纪量中的蠢基波分碌量会明叠显增加优，导致倾检测量肆中低频厅故障分炸量的检逗测灵敏己度受到按影响。彻为了提烘高此种跃情况下远保护的疫灵敏度残，增设跳接地电魔流辅助忽判据。接地掘电流叮判据残能够唉反映少距发福电机初机端80～90％的迟定子泛绕组姐单相扛接地压，而条且接梯地点眯越靠旁近发迁电机并机端菊其灵讨敏度弊越高闪，因虽此能限够很穷好的耗与接庸地电界阻判餐据构裳成高阴灵敏球的100良%定子宰接地森保护这方案顺。外加址电源滥回路蔽故障故报警当胞和拆中稿的任一顶个低于豆各自的搁定值时毁，认为台定子接号地保护摧外加电蚁源回路膛故障，尽闭锁保译护出口淘并发出京报警信凶号。频率嗓闭锁在机骡组频探率严傲重偏孙离额存定值慎时，趋需闭跪锁外禽加电虑源式惜定子拉接地叶保护局装置寸的接真地电番阻判秘据，毛而接碍地电星流判蜂据不信受影辽响。管在大批多数质情况拔下，衬发电叉机在很启停阶过程赴中运柳行至圆低频齿段产耳生的惰低频占信号耍足够吵小，炒不足姥以影役响注抓入低富频信稼号的眉准确搂测量怜，因芬此通扛常频旗率闭匪锁是佳不需育要投冰入的翁，目野前我揉厂频果率闭采锁功嫌能亦吐未投餐入。13、注俗入式定信子接铺地保菊护的须逻辑薪框图虚：保护范堆围为10报0%，灵慰敏度垃一致焰，不赞受接棋地位屈置影飘响。不受发号电机运霸行工况昏的影响伟，在发美电机静制止、起莲停过程亦、空载络运行、才并网运没行、甩伍负荷等某各种工起况下，估均能可瞒靠工作贷。可监齿视定子非绕组绝年接地电阻的实测结果、电阻判据中的电阻定值为一次值，更直观。无需与主变高压侧接地后备保护配合。

20Hz信号和工频、分次谐波、整数次谐波相差较大，机组正常运行或振荡时不会影响外加20Hz电阻的计算。注入一次绕组电压仅为1～3％的额定相电压，不会损坏定子绕组绝缘。14、注坊入式定子痰接地保球护的特毕点：我厂#5、#6机发醉电机劝注入芽式定轰子接尤地保祖护其行辅助错电源贤装置座布置馒在发亿变组稿保护B屏，保丘护装置芒在A屏，电籍源与保刊护装置斩分开布离置的目蓄的是提温高装置父的抗干胃扰能力污。由于注塘入式定营子接地屠保护不需该保护在发电机停机时也起作用，因此#5、#6机组在停机时发电机一次部分挂地线或合接地刀闸时，该保护也会动作。14、注邀入式定子漫接地保踏护的特鹅点：（1）#3发电机过定冷水迅电导异逝常升高指导致定滤子接地汤报警事扒件201点2年07月20日11：10，#3机组负眠荷600筐MW，在进突行投入#3发电粒机定龟冷水建除氧痒装置对过程萌中定牺冷水宏电导薪突然横升高爱（画稠面显锅示已委满量妨程成永紫色烦），#3发电滚机保稻护A柜来定韵子接地讯保护报榴警信号何，立即效停止操财作并对璃定冷水抗水质补协排降低望电导后瞒报警消混失，查姐看保护残装置，抄为三次跳谐波电括压保护杂动作发还报警信仰号，异贿常时机著端三次变谐波电膏压上升抛至1.汤76廊V，中性蔽点三次仿谐波电缘瑞压至1.3贿V，达到忙三次谐奇波比率丹保护动誉作值。15、异常茧事件回弯顾#3发电机宁定子接蛙地保护悠定值如沿下：序号定值名称定值范围整定步长单位整定值1零序电压定值1-200.01V52零序电压高定值1-200.01V103零序电压延时0-100.01S2.54并网前三次谐波比率定值0.5-100.01

1.65并网后三次谐波比率定值0.5-100.01

1.06三次谐波差动定值0.1-20.01

0.37三次谐波保护延时0-100.01s68跳闸控制字0000-FFFF1.00

0079以下是运行方式控制字整定‘1’表示投入，‘0’表示退出1零序电压保护报警投入0,1中性点电压

12零序电压保护跳闸投入0,1中性点电压

03三次谐波比率报警投入0,1

14三次谐波差动报警投入0,1

15三次谐波比率跳闸投入0,1

06零序电压高定值段跳闸投入0,1中性点电压

1由于三雀次谐波续比率跳售闸未投盒入仅投糖入报警领，所以辽异常中兼发报警絮信号，膝机组未释跳闸。异常兴时画须面显辣示发锦电机怨零序牌电压摘上升浸至约35送0V，未燃达到另零序拣电压恰保护馅动作猛值，介保护响未动资作。此次睬异常丢中机蛛端和雅中性与点三象次谐挥波电至压比明为1.7预6/1醉.3，已达滴到保护糟动作设村定值，稍保护动词作正确勤。（2）#5发电机酱定冷水页电导异五常升高陪导致注裙入式定彼子接地巾保护动怎作跳闸俊事件201彩4年04月04日3：42，#5机组娘负荷492点MW，在妨定冷设水电扬导率相超标专在定剩冷水狭进行盾补排另过程业中循捞环水炊串入港定冷房诚水系崇统导龄致定霜冷水厘电导嗽异常者升高领（画躺面显达示10纤us狂/c绿m，实担际已苗满量盘程就榴地实败测约60景us节/c果m），#5发电垒机保裳护A柜注入类式定子喉接地保嫩护动作善机组跳贯闸。保乓护B柜基危波零罢序电你压保霜护和筑三次荷谐波察电压骗保护偿均未组启动蜓。#5发电机缓定子接自地保护予故障波价形与正酿常波形因定冷顽水电导向异常升吸高，装伐置所测炸发电机赚定子对裹地电阻绍已低至24淡9.拍7Ω(二次殿值）当，折苹算成浊一次咐值已篇达到钩接地产电阻签保护埋动作持值，偿保护庆动作具正确兄。正常情阁况下，偷装置所砌测发电带机定子泊对地电坚阻30舍00Ω（该值普为二次败值，且绕为装置驴最大显彻示值）。#5发电机柏注入式片定子接坝地保护泰定值如解下：序号定值名称定值范围整定步长单位整定值1测量电阻报警定值KΩ102测量电阻跳闸定值KΩ3.03报警延时S1.04跳闸延时S2.55零序电流跳闸定值A0.1006电压回路监视定值V

0.037电流回路监视定值mA1.168相角补偿值度352.49电阻补偿值Ω1.910电抗补偿值Ω10.611并联电阻补偿值Ω3000.012电阻折算系数12.0413跳闸控制字0000-FFFF1.00

0079以下是运行方式控制字整定‘1’表示投入，‘0’表示退出1测量电阻报警投入0,1

12测量电阻跳闸投入0,1

13零序电流跳闸投入0,1

14频率闭锁投入0,1

05补偿试验状态投入0,1

0该值侵为一叛次值菊，保坊护动躺作时昼测量醉电阻胳值二检次值棒为249浊.7Ω，折算宇成一次僻值为3.0狭06K戏Ω，由于羞装置延揭时原因壤实际已球达到保锋护动作滑设定值符，保护院动作正屯确。发电机短励磁回努路（包意括转子贫绕组）敏绝缘破勇坏会引妥起转子童绕组匝酱间短路患和励磁乓回路一辉点接地游故障以指及两点识接地故夫障。发土电机励袍磁回路延一点接摔地故障槽很常见冲，而两傻点接地伴故障也练时有发泻生。励勿磁回路娱一点接嫁地故障稻，对发勒电机并植未造成承危害，幼如果发任生两点汪接地故观障，则亩将严重遇威胁发鞭电机的连安全。当发三电机代励磁肢回路赵发生牲两点窃接地版故障见时，衔由于离故障否点流旗过相瞧当大弃的故缠障电山流而氏烧伤摆转子鉴本体阻；由顾于部打分绕盖组被奇短接盯，励沾磁电声流增潮加，磨可能裕因过倦热而斩烧伤避励磁砍绕组醒；同袖时，宜部分林绕组辆被短平接后章，使裕得气片隙磁柿通失苗去平览衡，并从而斩引起间振动循，特拌别是割多极搬发电牌机会胁引起期严重扣的振泪动，监甚至雷会造导成灾昏难性捆的后惜果。嘴此外御，汽哨轮发灿电机形励磁旬回路自两点千接地剂，还室可能湿是轴沸系和第汽机柏磁化施。因慕此，素应该物避免肉励磁辱回路功的两泉点接漏地故肺障。16、关锋于发鹅电机浮转子机接地灶保护●我厂#5、#6机组发批电机转共子接地外保护采济用两套肆南瑞RCS偷-98婆5RE注入式驱转子接份地保护殃，布置绑在励磁继操作柜皮后。●基本原卖理：我听厂注入夺式转子特接地保昂护采用淘双端注顽入式，诞即在转隶子绕组习的正负级两端与肆大轴之仙间注入斗一个48顶V电压，搞通过装肠置内部垮电子开益关定时绑切换，校使外加仿电源模纺块输出惑偏移方蛛波电压磁，实时版求解转园子一点慎接地电灿阻，反传应发电种机转子渔对大轴阅绝缘电挣阻的下宝降，同倾时通过犯判断接斗地位置惊的变化猎实现转颤子两点刺接地保垂护。●转子资一点温接地厅设置阔灵敏青段和护普通兰段，汁均动具作于论报警奔。●转子酱一点恩接地谊保护校动作容后自理动投僻入转棉子两麦点接未地保帮护，纸转子息接地孟保护职动作赴于跳辈闸。17、关于炎发电机衣注入式列转子接搬地保护●下图为透双端注搜入式转兽子接地疗保护示房诚意图17、关炉于发将电机喷注入恩式转浑子接愚地保久护与注浑入定终子接矩地保翠护不图同的捷是注套入式灯转子集接地企保护巡寿无需沫辅助沾电源雅装置胃，注定入电悲压由词保护狗装置牛自产毒，该蹦保护篇装置拿布置维在励伸磁控接制柜肯后。发电机填大轴接到地碳刷艳在转子叉接地保少护的作渴用也至争关重要稻，若其具接触不麻良会直芝接保护虫装置对呼地电阻帽的测量碰准确性新，导致替转子一尼点接地浪误报警迹甚至保雁护误动惕。在转丸子绕冷组两洲段与嚷大轴罪之间饥注入滴偏移傍方波挽电源涨，通肉过计罢算转葬子接浙地电拜阻构讯成转幼子一遥点接烘地保旋护，苍通过绍判断牌转子慈接地腔位置醋的变夫化实脂现转滴子两丧点接炉地保受护。●下图为删双端注好入式转扔子接地吩保护原驰理图17、关暑于发梁电机旗注入拿式转局子接俗地保声护图中Rx为测堪量回惜路电澡阻，Ry为注入劣大功率订电阻，Us为注入翼电源模厚块，Rg为转佩子绕抢组对旬大轴铸绝缘钓电阻盯。注入电道压通过格注入电猎阻、转稻子对地永电容和辰对地电旧阻、测腔量回路慎电阻构步成回路渴，在转狂子绝缘贿良好的何情况下靠，理论迅上其对朽地电阻励可为无侵穷大，怀注入电浅压通过厌对地电昆容返回叨，在测栽量回路挺电阻Rx所测回睁采正半款波和负务半波稳钩态电压季一致。当转子度发生接积地故障离时，由搏于Rg的作贪用，耳使得旧转子冶对地血电容迁充电泽时间齿常数砍发生务变化会，在柿测量泄回路妥电阻Rx所测回蚀采稳态显电压随庙之发生肺变化，香进而计票算转子纹对地绝维缘电阻众。（1）一点维接地动四作判据接地电冠阻判据（2）辅助喜判据——电压腊回路异常解闭锁滤（保棉证装太置的跨可靠刑性）当外加服电源电蜓压小于80%的正常纺电压时修，瞬时茶闭锁转窗子一点反接地保惭护，并霞延时10暂S发外腊加电世源异娱常报父警，未在外灭加电希源电形压波嫩动时嫁，闭娘锁转添子一敲点接肢地保仙护。（3）辅助兔功能——当CP盈U检测到伴装置本蒸省硬件妻故障时巴，发装暴置闭锁继信号。18、注入南式转子破接地保逝护逻辑堪的组尤成：灵敏段种：Rg<插Rgs诸etl动作挽于信电号普通村段：Rg<疾Rgs拾eth动作穗于信粥号（4）两点狱接地判肿据在转刻子一职点接运地动雁作于广报警毫时，框当转哗子接徐地电敞阻Rg小于普劈燕通段定茂值，转完子一点拨接地保脂护动作谎后，经宅延时自吓动投入材转子两春点接地垃保护，购当接地猾位置a改变册达一秩定值呜时判渗为转碗子两估点接剑地，客动作离于跳汉闸。伪两点葵接地口判据大如下怖：19、注趋入式捡转子话一点趟接地建保护邻逻辑帝图：20、注全入式命转子倚两点统接地序保护苹逻辑劲图：双端注勾入原理工可实时动计算转皱子接地饭位置，胆进而通别过接地班位置的喂变化实眼现转子盯两点接惠地保护侨。不受撤转子测绕组写对地尼电容纹的影犁响，总不受晕高次蜓谐波佳分量饺的影烛响，辈接地忧电阻伐测量呈精度玻高。保护裂灵敏丝式度与驴转子疯接地屋位置吗无关然，保隐护无垃死区肤，在底转子配绕组哀上任由一点拘接地孩都有烈很高秃的灵湾敏度戒。在转子县未加励蓄磁电压从的情况肌下也能呢监视转袄子绝缘翼情况，谋但此时稠无法判喉断接地检位置。对于双管重配置肥化配置切的转子府接地保艘护，为睡防止两翅套保护报间相互错干扰，成只允许掏投入其闯中一套捆（乒乓钳式和注山入式均胶如此）遍，我厂则两套注彩入式转伍子保护集装置间漂设有切婆换开关，目前槽正常运深行中投锦入第一魄套保护琴，另一愿套做备续用。21、注入杰式转子接地保黎护的特唱点：22、我左厂注策入式忌转子接地保护定兔值：序号定值名称定值范围整定步长整定值1一点接地灵敏段电阻定值0.1-100.0KΩ0.0120KΩ2一点接地电阻定值0.1-100.0KΩ0.0110KΩ3一点接地报警延时0-10s0.015.0s4一点接地跳闸延时0-10s0.015.0s5两点接地跳闸延时0-10s0.011.0s6注入电源周期0-10s0.011.0s7注入电阻值0.1-100.0KΩ0.0147.00KΩ8跳闸控制字0000-FFFF1.001111111以下是运行方式控制字整定‘1’表示投入，‘0’表示退出1投一点接地灵敏段0,1112一点接地投信号0,1113一点接地投跳闸0,1104投两点接地保护0,1115投定时检测功能0,1106投手动检测功能0,110改图穗为我究厂注施入式回转子弱接地妙保护辛装置善现场螺配置触图，毛量套健装置俊间设态有切觉换开森关，喷正常炭情况痛下，强装置培所测暮发电女机转境子对糊地电健阻为30蒜0KΩ。#4发电危机励弯磁变谋低压偷侧封宵母淋帽水导镜致转嫌子一迫点接沈地报群警事邮件（1）时间追经过未：20侦13年04月29日夜圾班，