田湾核电站二号机组发电机定子接地保护原理和计算

杨 涛，罗 刚

江苏核电有限公司，江苏连云港 222042

由于田湾核电站发电机定子绕组中性点不接地（中性点经电压互感器接地属于不接地系统），定子单相接地时短路电流较小，差动保护不能动作，但是如果再发生另一点接地，可发展成严重的相间或匝间短路，故必须设置独立的接地保护。

100%发电机定子接地保护，由基波零序电压保护（保护发电机机端向内85%～95%定子绕组）和三次谐波电压比率判据保护（保护发电机中性点向外25%左右的定子绕组）两部分组成。

1 基波零序电压保护

1.1 保护原理

对于中性点不接地发电机，具有一般不接地系统单相短路的特点。

假如某一相（如A 相）定子绕组离中性点位置为α 处单相接地，这时发电机中性点将发生位移，产生零序电压。

故障点零序电压为：

上式表明，发电机定子绕组某一相任意点单相接地时，故障点的零序电压将随着故障点位置不同而改变：在中性点附近（α ＝0）时，UK＝0；在机端时（α ＝1）时，UK＝ Ea。

所以，当发生中性点附近的定子绕组接地时，基波零序电压保护不能灵敏的动作，即在中性点附近存在死区。

1.2 田湾核电站二号机组基波零序电压整定值和保护范围计算

基波零序电压取自发电机中性点接地变，设两段定值：一段为灵敏段，另一段为高值段。

1.2.1 灵敏段保护定值

经计算得发电机机端接地时，最大零序电压为57.7V（PT二次侧），单相接地电流为13.83A，而规程要求1000MW 以上机组定子接地电流不超过1A，故灵敏段整定值为：

1.2.2 高值段保护定值

高值段保护定值考虑躲过主变高压侧单相接地时耦合到低压侧的最大零序电压（1.707V），防止区外故障时误动，可靠倍数取3，故高值段整定值为：

1.2.3 保护范围计算

由保护原理可知距中性点α 处接地时，接地点零序电压为：

发电机中性点PT 测得零序电压为：

nTVN为发电机中性点PT 变比

当U 大于灵敏段定值U0时，基波零序保护才可能动作，即：

因此，只有当距离中性点7.2%以上处接地时，基波零序保护才能动作，其可以保护发电机机端向内92.8%的定子绕组。

1.2.4 零序电压保护出口

灵敏段和高值段均动作于停机，延时0.5s。

灵敏段动作于跳闸时，还需要主变高、中压侧零序电压闭锁，防止区外故障时，灵敏段误动。

2 三次谐波电压比率定子接地保护

2.1 三次谐波保护原理

定子中的感应电动势三次谐波在相电动势中设以 E3表示。

为便于分析，假定：

1）把发电机每相绕组对地电容CG 分成相等的两部分，每部CG/2 分等效地分别集中在发电机的中性点N 和机端S。

2）将发电机端部引出线、升压变压器、厂用变压器以及电压互感器等设备的每相对地电容CS 也等效的集中放在机端S。

根据理论分析，在上述假设条件下，可得出下列结论：

4）当在距发电机中性点α（中性点到故障点的匝数占每相分支总匝数的百分比）处发生定子绕组金属性单相接地时，中性点N 和机端S 处的三次谐波电压恒为：

5）三次谐波保护整定和保护范围计算

三次谐波保护的特点是保护很容易误动，需要在发电机额定负荷下调整保护平衡，其原因主要为以下几点：

发电机并网前后机端对地电容有变化；

发电机3 次谐波电势的大小和变化规律与发电机的结构有关；

由保护原理可以理解定值整定的原则：

保护定值ω 整定的越大，则三次谐波保护范围越小，但是保护不易误动

保护定值ω 整定的越小，则三次谐波保护范围越大，但是保护容易误动

田湾核电站三次谐波保护范围计算：

田湾三次谐波保护定值为0.8，即

即距离中性点距离小于41.9%处接地时，三次谐波保护动作。

[1]朱海君，陆四新.浅谈发电机的定子接地保护.电气时代.