1 引言
發(fā)電機(jī)定子繞組" title="定子繞組">定子繞組單相接地" title="單相接地">單相接地，是發(fā)電機(jī)最常見(jiàn)的一種電氣故障。定子繞組單相接地的危害性主要是流過(guò)故障點(diǎn)的電容電流產(chǎn)生電弧可能燒壞定子鐵心，進(jìn)一步造成匝間短路或相間短路，使發(fā)電機(jī)遭受更為嚴(yán)重的破壞。因此，擁有一套可靠而靈敏的單相接地保護(hù)裝置" title="保護(hù)裝置">保護(hù)裝置，成為消除這種電氣故障的關(guān)鍵。
近幾年來(lái)，各種原理的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)裝置紛紛出現(xiàn)，如三次諧波電壓型" title="電壓型">電壓型、零序電流型等，但零序電壓型由于其接線簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，仍在中小型機(jī)組上廣泛應(yīng)用。因此，對(duì)零序電壓型單相接地保護(hù)進(jìn)行分析和改進(jìn)，仍有現(xiàn)實(shí)意義。
2 零序電壓型單相接地保護(hù)原理
6kV發(fā)電機(jī)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生定子繞組單相接地時(shí)，故障點(diǎn)將出現(xiàn)零序電壓。下面以A相定子繞組任一點(diǎn)發(fā)生金屬性接地故障" title="接地故障">接地故障為例進(jìn)行分析。
如圖1所示，假設(shè)A相在距中性點(diǎn)a處（a表示由中性點(diǎn)到故障點(diǎn)的匝數(shù)中該相總匝數(shù)的百分?jǐn)?shù)）的d點(diǎn)發(fā)生接地故障。
則零序電壓為（推導(dǎo)過(guò)程略）：Ud0=-aEA
上式表明，故障點(diǎn)的零序電壓與a成正比，即接地點(diǎn)離中性點(diǎn)越遠(yuǎn)，零序電壓越高。這樣，可以利用接于機(jī)端的電壓互感器開(kāi)口三角形取得零序電壓，構(gòu)成單相接地保護(hù)，如圖2所示。
3 存在問(wèn)題與改進(jìn)
圖2是最基本的零序電壓型發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)，實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)現(xiàn)象。因此，有必要對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行分析與改進(jìn)，從而提高保護(hù)的正確動(dòng)作率。
3.1 動(dòng)作電壓值整定
零序電壓型單相接地保護(hù)，是從機(jī)端電壓互感器開(kāi)口三角形側(cè)取得零序電壓，接入保護(hù)用的過(guò)電壓繼電器。理想情況下，發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，TV開(kāi)口三角形側(cè)無(wú)零序電壓，繼電器不動(dòng)作。但實(shí)際上，發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行情況下，其相電壓中存在三次諧波電壓；另外，在變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地短路時(shí)，由于變壓器高低壓繞組之間有電容存在，發(fā)電機(jī)機(jī)端也會(huì)產(chǎn)生零序電壓。為了保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，保護(hù)的整定值應(yīng)躲開(kāi)上述三次諧波電壓與零序電壓。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，電壓值一般整定為15~20V之間。按此值整定后，由于靠近中性點(diǎn)附近發(fā)生接地故障時(shí)，零序電壓低，保護(hù)可能不會(huì)起動(dòng)，故此種保護(hù)的保護(hù)范圍約為由機(jī)端到中性點(diǎn)繞組的85%左右，保護(hù)存在死區(qū)。為了減小死區(qū)，提高保護(hù)的靈敏性，應(yīng)采取措施降低動(dòng)作電壓。包括裝設(shè)三次諧波電壓濾過(guò)器、利用變壓器高壓側(cè)的零序電壓將接地閉鎖等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。接線原理如圖3所示。
將發(fā)電機(jī)出口6.3kV側(cè)零序由壓經(jīng)三次諧波濾過(guò)器LF濾波后，作為起動(dòng)量輸入定子接地繼電器KE中，為防止變壓器高壓側(cè)接地時(shí)對(duì)低壓側(cè)的影響，將35kV側(cè)零序電壓作為制動(dòng)量輸入KE中，這樣保護(hù)的整定值可降低。實(shí)際運(yùn)行中電壓值可整定在10V以下，可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組90%范圍以上單相接地保護(hù)。
3.2 發(fā)信或跳閘
規(guī)程規(guī)定，對(duì)于出口電壓為6.3kV的發(fā)電機(jī)，當(dāng)接地電流等于或大于5A時(shí)，單相接地保護(hù)作用跳閘；小于5A時(shí)，一般只發(fā)信號(hào)不跳閘，這是基于保護(hù)發(fā)電機(jī)定子繞組而作出的規(guī)定。由于電力系統(tǒng)都在不斷擴(kuò)大，現(xiàn)有系統(tǒng)的電容電流一般都在5A以上，按照規(guī)定發(fā)電機(jī)是應(yīng)該跳閘的。但實(shí)際運(yùn)行中，受各種因素影響，單相接地誤動(dòng)率還是較高的，發(fā)電機(jī)頻頻停機(jī)影響較大。這樣，在發(fā)信和跳閘上進(jìn)一步研究提有必要的。
（1）應(yīng)準(zhǔn)確區(qū)分接地點(diǎn)在發(fā)電機(jī)側(cè)還是在6kV廠用系統(tǒng)。多數(shù)中小電廠，發(fā)電機(jī)與廠用系統(tǒng)是聯(lián)為一體的，構(gòu)成6kV不接地系統(tǒng)。為準(zhǔn)確區(qū)分接地點(diǎn)，可在廠用分支處裝一方向零序電流保護(hù)，當(dāng)判斷為6kV廠用系統(tǒng)單相接地時(shí)，因線電壓對(duì)稱，仍可繼續(xù)運(yùn)行（一般為2h）。當(dāng)判斷為發(fā)電機(jī)側(cè)單相接地時(shí)，可按下面（2）跳閘方式處理。
（2）跳閘方式選擇。現(xiàn)代電廠，一般都是多臺(tái)鍋爐與汽機(jī)通過(guò)母管并列運(yùn)行。這樣，當(dāng)判斷為發(fā)電機(jī)側(cè)單相接地時(shí)，為避免發(fā)電機(jī)停機(jī)，可將該6kV系統(tǒng)上不重要的輔機(jī)跳閘，以減少電容電流至規(guī)定值以下，避免發(fā)電機(jī)定子鐵心進(jìn)一步燒損。在此期間，值班人員可對(duì)接地點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無(wú)誤后，再通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)負(fù)荷，對(duì)接地發(fā)電機(jī)進(jìn)行停機(jī)處理。
3.3 保護(hù)動(dòng)作時(shí)間
國(guó)家有關(guān)規(guī)程對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間未作明確規(guī)定，各電廠應(yīng)根據(jù)本廠機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況給出延時(shí)時(shí)間。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，延時(shí)時(shí)間應(yīng)躲過(guò)變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，一般為3~5s為宜，否則容易誤動(dòng)。
4 小結(jié)
發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)，對(duì)于中小型發(fā)電機(jī)，可采用零序電壓型保護(hù)，實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)接線與運(yùn)行方式，決定保護(hù)接線、定值整定、跳閘方式等，以利于發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)準(zhǔn)確而可靠地動(dòng)作。