某电厂低频注入式定子接地保护装置调试应用

林卓

摘 要：20Hz低频注入式定子接地保护可以反映发电机100%的定子绕组单相接地，且不受发电机特性、运行工况、故障位置的影响，同时还能实时监测发电机定子绝缘水平，可以较好地弥补95%基波定子接地保护的不足，因此越来越多的大型电厂广泛应用20Hz注入式定子接地保护。

本文就某电厂20Hz低频注入式接地保护的调试过程，简要阐述了低频接地保护的原理、逻辑、定值整定以及现场调试校验方法，验证了低频注入式定子接地保护较其他接地保护的优越性。

关键词：注入式;保护;接地

1 20Hz定子接地保护原理

我厂注入式定子接地保护采用南瑞继保的外加电源注入式接地保护装置RCS-985U，接线如下图所示（图1.1）。装置从RCS-985U方波电源发生器发出方波，经过带通滤波器输出20Hz的工作电压，注入中性点变压器负载电阻Rn两端（也可从机端TV开口三角二次侧接入低频电源），并通过耦合变压器将20Hz低频电压耦合至发电机定子绕组上。Rn两端的电压，经过分压器分压出低频电压UG0，另外注入电压经过回路电阻，通过中间变流器后得到低频电流IG0。UG0、IG0分别输入到发电机保护装置RCS-985G，构成低频注入式定子接地保护回路。

RCS-985U定子接地保护辅助电源装置提供20Hz低频外加电源，注入到发电机定子绕组侧，最大不超过100V，中性点发生了接地故障时，负载电阻Rn上会产生20Hz低频电流，发电机保护装置RCS-985G利用设定的计算公式，计算出故障回路电阻，并与装置定值进行比较，确定故障点的接地位置，方便查找故障以便及时消除。

装置上电后，方波电源装置将产生一个幅值约为25V的方波电压。帯通滤波器将方波信号转成为低频正弦波信号，通过接地变二次侧负载电阻耦合至一次侧。下图1.2为外加低频电源接地保护等效电路图，RB为带通滤波器在低频时的等效电阻，可以保护低频信号发生器在机端接地时不受大电流的冲击。低频电压通过分压器产生Usef，低频电流通过互感器产生Isef，这两个量都将引入保护装置RCS-985G。

通过外加注入的低频电压量Usef和电流量Isef计算出低频复合阻抗，算出接地电阻的阻值，具有很高的灵敏度，同时可以有效消除定子对地电容的干扰。

2 20Hz定子接地保护逻辑

如下图2.1，保护装置配置有回路监视功能，用于检查耦合馈入保护装置的低频电压、电流信号，对于20Hz交流电压电流信号ULF0 和ILF0，当电压信号ULF0小于启动值ULF0.SET或者电流信号ILF0小于启动值ILF0.SET，则可以判断为20Hz信号回路接线出现了问题，此时保护装置闭锁对接地电阻的計算并发出报警信号，防止误动，但是对接地电流段仍然有效保护。

低频保护包括一个报警段和一个跳闸段，这两段均可设置时间。其中，接地电阻检测与故障的接地点无关，可以反映100%定子绕组接地故障，可以用于报警和跳闸，高定值段用于报警，低定值段作用于延时跳闸;接地电流检测灵敏度较高，能够反映距机端80-90%的定子绕组接地故障，该检测只配置跳闸功能。对于接地电阻检测，在机组频率严重偏离额定值时（起机或停机过程中），会产生零序电压信号，引起测量误差和保护误动，因此此时需要闭锁接地电阻检测功能，而接地电流判据则不受此影响。

3 20Hz定子接地保护调试

3.1 测量通道模拟量检查

（1）拆除Ugo，Igo外部接线，对应端子号为第二套保护211BN13/14和212BN36/37;

（2）合上发电机第二套保护装置1GPA002AR控制电源;

（3）用继保测试仪对Ugo、Igo内通道上加低频电压、电流信号：电压1V、电流5mA;

（4）检查装置对应的零序电压、零序电流、低频电压和低频电流应与输入信号相对应;

（5）在Ugo，Igo内通道上加工频电压、电流信号，电压5V、电流100mA，检查装置中对应的零序电压、零序电流应与输入信号相对应，低频电压、低频电流应接近为零;

（6）恢复接线、断开装置电源。

3.2 静止状态下的保护调试

3.2.1 相角校正试验

发电机未运行状态下，更改试验接线，测量负载电阻两端的负载电压和电流。

（1）将正常试验接线调整为相角校正试验接线;

（2）拆掉中性点接地变端子箱1GSY003CR XT：7/8端子外部接线，将其短接并接至接地变二次侧X1上;

（3）合上装置1GPA002AR控制电源;

（4）读取此时的相角，则相角补偿定值c = +180deg，其中c的范围是[0deg，90deg]∪[270deg，360deg];

（5）恢复接线、断开装置电源。

3.2.2 阻抗补偿试验

（1）模拟发电机中性点金属性接地故障，用试验线短接接地;

（2）闭合保护装置电源，投入相应控制字;

（3）分别读取测量电阻、电抗二次值，作为补偿值，补偿后的电阻值应接近于零;同时应注意读取低频电压值，用于电压回路监视定值的整定;

（4）断开装置电源，恢复控制字。

3.2.3 定子绕组单相接地模拟试验

（1）模拟中性点对地经过电阻接地;

（2）闭合装置1GPA002AR控制电源;

（3）投入保护控制字“测量电阻报警投入”和“测量电阻跳闸投入”;

（4）从装置中读取测量接地电阻的一次值，与实际电阻比较后，按下式调整折算系数：电阻折算系数KR.Factor = RE/RE.SEC，其中，RE为接地故障电阻的实际一次阻值，RE.SEC为保护装置测量到的接地电阻的二次阻值。调整折算系数后，装置测量一次值应与实际电阻阻值相对应。

（5）调节接地电阻阻值，使其达到报警定值5k欧姆，则经过设定延时1.5s后保护出口报警;继续调节电阻值使其达到跳闸定值0.5k欧姆，则经过设定 延时0.5s后保护出口跳闸;

（6）断开装置电源、恢复控制字。

4 结束语

外加20Hz注入式定子接地保护运行状况良好，与三次谐波原理相比，优势明显。保护装置采用的是外部注入的20Hz低频交流电压，与发电机保护RCS配合，构成一套完整的外加电源定子接地保护，可以监测定子绕组的所有接地故障，且不受接地故障时产生的工频零序电压的影响;此外，20Hz外加电源保护装置采用了以进口元器件为基础的硬件基础，由低频电源和低频滤波器、中间变流器、分压电阻等构成，同时通过设置串并联电阻补偿，使测量结果更加精准，灵敏性也随之提高，作为发电机接地保护三次谐波的补充保护，在各类大型发电厂中得到越来越广泛的应用。

参考文献

[1] 朱忠雷：《20Hz电压注入式定子接地保护在田集电厂的应用研究》，《科技资讯》，2013年第4期，第146-148页;

[2] 王秀霞：《20Hz电源注入式定子接地保护装置原理及应用》，《东北电力技术》，2013年第1期，第44-46页;

[3] 高磊;胥亚宁：《20Hz注入式定子接地保护在700MW水轮发电机组中的应用》，《现代电力》，2010年第1期，第35-39页。