水电站主变压器高压侧接地故障传递电压对发电机定子接地保护的影响

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(锦屏水力发电厂，四川 西昌 615000)

0 引 言

DL/T 684-2012《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》[1]明确要求发电机定子接地保护基波零序电压整定值或延时要与系统接地保护配合。鉴于锦屏二级水电站发电机定子接地保护未经主变压器高压侧零序电压闭锁，因此需校验主变压器高压侧系统发生接地故障时，故障点零序电压经主变压器高低压绕组间耦合电容传递到发电机侧对基波零序电压定子接地保护的影响。发电机基波零序电压定子接地保护在躲过主变压器高压侧接地传递电压的情况下，应尽量缩短延时，取0.3～1.0 s。

锦屏二级水电站是雅砻江流域龙头电站，单机容量为600 MW，共8台机组，采取一洞双机联合单元运行方式，总装机容量为4 800 MW，机端电压为20 kV，定子绕组接线方式为中性点经接地变压器接地三相6分支Y形接线。发电机定子接地保护采用由“基波零序保护+3次谐波电压”和注入式定子接地保护构成的双重化100%定子接地保护。

1 对称分量法计算主变压器高压侧单相接地故障零序电压

1.1 对称分量法

不对称故障通常通过对称分量法可以简化系统分析和运算。3个不对称的相量可以唯一分解成3组对称相量(即对称分量)：正序分量、负序分量和零序分量[2]。

(1)

令α=ej120°，α2=ej240°，则3个不对称相量则可以通过其中1个相量的3个序量进行计算，即

(2)

通过式(2)可知，对于电力系统中三相对称元件中的不对称电压和不对称电流，可通过分解成3组对称的分量进行分别计算。由于每组分量的3相是对称的，因此仅需分析1相，便可计算出其他两相。

1.2 主变压器高压侧系统单相接地故障计算

以锦屏二级水电站主变压器高压侧发生a相接地短路为例，其系统图如图1所示。下面利用对称分量法计算短路电流及短路点的电压的关系式。

主变压器高压侧f点发生单相接地故障，使得f点的三相电压和三相电流均不对称，而此时发电机的电动势仍为三相对称的正序电动势，发电机、变压器和线路的三相参数是对称的。将故障处的电压和故障电流分解成3组对称分量，如图2所示。

图2 短路点电压、电流各序分量

根据a相的电压平衡关系有如下平衡关系。

(3)

式中,zG1、zT1、zL1为发电机、变压器、线路的正序阻抗；zG2、zT2、zL2为发电机、变压器、线路的负序阻抗；zT0、zL0为变压器、线路的零序阻抗。由于主变压器高压侧星形接地，故发电机侧没有零序电流流过，因而公式中零序阻抗无发电机零序阻抗。

根据边界条件，可知故障相的对地电压为零，非故障相的对地故障电流为零，因此有如公式(4)的边界关系。

(4)

利用对称分量法可转换为式(5)。

(5)

根据式(3)、(5)可推算出式(6)。

(6)

令,

Z1∑=ZG1+ZT1+ZL1

Z2∑=ZG2+ZT2+ZL2

Z0∑=ZT0+ZL0

则有

(7)

2 接地点零序电压至发电机端的传递电压计算

2.1 相关计算参数

2.2 计算等值电路图

锦屏二级水电站发变组为联合单元接线方式，即两台相邻机组通过主变压器高压侧并联的接线方式接入系统，双机系统最大运行方式下参数，各序量标幺值阻抗如图3[3]。

2.3 主变压器高压侧单相接地零序电压计算

图3 各序量标幺值阻抗图

根据公式(7)，在主变压器高压侧发生单相接地故障时，高压侧接地点的故障零序电压计算如下。

=88.5 kV

2.4 传递电压计算

锦屏二级主变压器为特变电工衡阳变压器有限公司提供，以其提供的某一台主变压器介质损耗因素测量相关试验报告为例计算传递电压，见表1 所示。

表1 锦屏二级水电站主变压器电容值

实验电路图如图4所示。

图4 主变压器电容试验图

通过表1和图4可计算出主变压器高低压侧间耦合电容为5.86 μF。

传递电压计算所需的锦屏二级水电站发电机相关参数如表2。

锦屏二级水电站发电机定子接地保护原理图如图5所示。

表2 发电机相关计算参数

图5 发电机定子接地保护原理图

发电机定子接地保护等效电路图如图6所示[4]。

图6 发电机定子接地保护电路图

主变压器高压侧发生短路接地故障，基波零序电压88.5 kV通过主变压器高低压绕组间耦合电容CM=5.68 μF传递到发电机机端零序电压U0为

U0=88.5 kV×

通过以上计算可知，主变压器高压侧单相接地短路传递到发电机定子接地保护零序电压0.73 V，远小于定子接地零序电压灵敏段定值8 V，符合技术监督要求校验主变压器接地零序传递电压不影响发电机定子接地保护的要求。

3 结 论

DL/T 684-2012《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》取0.6倍主变压器高压侧电压作为主变压器高压侧的零序电压[4]。通过锦屏二级水电站的实际参数计算得出在主变压器高压侧发生单相接地时，其零序电压为相电压的0.29倍。通过计算主变压器高压侧传递至发电机端的零序电压，验证了锦屏二级水电站发电机基波零序电压定子接地保护无需再增加主变压器高压侧零序电压闭锁。由于躲开了主变压器高压侧单相接地的传递电压，因此发电机定子接地保护动作延时可适当缩短，更有利于保护发电机定子的安全运行。

[1] DL/T 684-2012，大型发电机变压器继电保护整定计算导则[S].

[2] 李光琦.电力系统暂态分析(第三版)[M].北京：中国电力出版社，2007：86-91.

[3] 巨争号. 接地故障传递电压对发电机定子接地保护的影响[J].神华科技，2011，9(5)：54-57.

[4] 季杰. 发电机定子接地保护在二滩水电站的应用[J].水电自动化与大坝监测，2012，36(3)：35-38.