变压器单相接地保护的原理及整定?
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发布时间：2022-04-24 06:49
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时间：2022-06-17 04:10
主设备接地故障是电厂常见的故障之一，而相应接地保护是避免主设备进一步损坏的重要保障。本文讨论了主设备接地保护的原理、配置及整定，并对其定子接地保护方案进行了改造。运行结果表明改造后的接地保护完全满足主设备接地故障的保护要求。
2 保护的原理
主设备的接地保护的配置及判据如表1。
2．1 主变*性接地保护
*性接地保护，现场称之为零序差动保护，其基本原理是通过比较两侧电流互感器之零序电流的大小和方向，即以零序电流差来作为保护起动的判据，进而实现对所取用电流信号的两侧电流互感器之间的区域的接地保护。
对主变而言，即是取主变高压侧套管电流互感器三相电流之和与主变接地中性线上的电流差构成简单差动保护，保护由该零序电流差形成的电压来驱动，保护区域是主变高压侧（500 kV侧）绕组。
显见该保护兼有零序保护与差动保护的优点，无需与其它保护相配合就能形成对所管辖区域内的接地短路保护，同时对主变高压侧500 kV电缆引出线的接地也能有效避越，是一种非常值得借鉴的行之有效的变压器绕组接地保护。
2．2 主变后备接地保护
主变后备接地保护取接地中性线上的电流，采用简单的定时限过电流保护，反应主变高压侧绕组及引出线的接地故障，并作为系统接地保护的后备。
2．3 发电机定子接地保护
该保护从接于发电机中性点的隔离变压器处取得零序电压，用于反应发电机定子绕组单相接地故障。由于在定子绕组单相接地时，零序电压与中性点到故障点的绕组占一相全部绕组的百分比成线性关系，因此从原理上来讲该保护必然有“死区”。
2．4 封闭母线接地保护
该保护从接于发电机断路器外侧的接地变压器的开口三角上取得零序电压，用于反应机组启停机期间，发电机出口开关断开之后，主变低压侧至发电机出口开关之间的封闭母线的单相接地故障。
3 保护的整定计算
3．1 主变*性接地保护
主变*性接地保护接线图如图2所示。
如图2中，保护整定原则为躲过主变高压侧（X处）短路电流对应的Vs，整定计算如下。
（1）基本数据：
CT变比（T1）＝1000／1；
CT线圈电阻（RCT）＝1．36Ω；
引线电阻（CT与保护的连线）B，F＝0．12Ω；
主变阻抗＝0．157（额定标么值）；
基于变压器阻抗的短路电流（IF）＝5 000 A；
保护MFAC14的定值范围＝25～175 V（25 V／STEP）
典型的MBCH差动线圈阻抗（Rb）＝0．15Ω
（2）电压Vs整定：
中间电流互感器ICT的匝比T2，T3＝130，215；
导线加CT线圈电阻A，N＝1．36＋0．12＝1．48Ω；
中间电流互感器T2，T3线圈电阻G，H见注10；
ICT二次侧导线电阻K见注1（注1：当ICT二次
引线及保护负载较小时，折算的有效二次负载用一个2欧的电阻替代）。
考虑在X处的相对地短路，并假设该故障线上的电流互感器完全饱和，那么：
2〕＝18．6 V
考虑在X处的相对地短路，并假设中线上的电流互感器完全饱和，那么：
考虑在X处的两相间短路，并假设该故障线上的电流互感器完全饱和，那么：
考虑在X处的三相短路，并假设该故障线上的电流互感器完全饱和，那么：
因此选取VS的整定值＝25 V
3．2 主变后备接地保护
主变后备接地保护为普通定时限过电流保护，保护的整定应与超高压系统主保护的动作时间配合。电流定值整定为1．2In．；MCGG22保护提供了大量反时限曲线特性和一个定时限特性的元件，由于保护需要对超高压系统主保护的完全后备保护，因此，保护中选用了定时限，限时5．4秒。
3．3 封闭母线接地保护
保护按最大金属性单相接地短路时零序电压的20％整定：
采用完全相同的两套封母接地保护，电压定值采用5伏，时间定值采用0．5秒。
3．4 发电机定子接地保护
为了躲过主变高压侧发生接地故障时，由于主变高、低压侧之间存在的耦合电容从而在发电机机端出现的零序电压的影响，电压定值推荐采用5伏，时间定值推荐采用1．0秒，采用完全相同的两套定子接地保护以提高保护动作的可靠性。
4 发电机定子接地保护的改进
4．1 存在问题
保护的动作电压定值整定为5伏，若按发电机出口（或IPB母线处）单相金属性接地短路时继电器探测到的零序电压为78．6 V计，其定子接地保护事实上只保护了定子绕组的93．6％〔（1－5／78．6）×100％〕，即在其中性点附近接地时有近6．4％的“死区”。
4．2 对策
目前对发电机的中性点接地方式专家们还持不同意见，而接地方式对定子接地保护的配置影响甚大。但基波零序过电压保护作为定子接地保护以其简单可靠却得到广泛认可，它已成为发电机定子接地故障不可缺少的保护之一。但要构成100％定子接地保护仅用零序电压作判据是肯定不行的。
为解决中性点附近接地时的死区问题，可引入三次谐波电压型定子接地保护和外加电源式定子接地保护。外加电源式定子接地保护是以反映发电机定子绕组绝缘的下降为原理的保护，鉴于C厂发电机定子绕组采用去离子水冷却，正常运行时的绝缘电阻不高，同时，采用这种原理需要增加一次设备，实施起来比较复杂。因此根据C厂保护现有的特点，决定采用三次谐波电压型定子接地保护。取机端三次谐波电压和中性点三次谐波电压的复合量作为动作条件来构成接地保护，该保护可灵敏地反应靠近机端和中性点附近的单相接地故障，这一特点正好可以弥补基波零序过电压保护之不足。两者配合可实现发电机定子绕组接地的100％保护。
4．3 实施方案
采用的三次谐波电压型定子接地保护，以为动作判据。其中K为调整系数；Udz为三次谐波电压型保护启动值；U3N为中性点三次谐波电压测量值（取自发电机中性点的隔离变压器）；U3S为机端三次谐波电压测量值（取自发电机机端现有的电压互感器）。它能够灵敏地保护发电机定子中性点和机端附近各约15％以上的区域，与基波零序过电压配合可达到发电机定子绕组接地的100％保护。
采用这种方案具有接线简单，不用增加一次设备等优点。从原理讲，该保护不但可以消除原有定子接地保护的保护死区，而且其本身具有的两种原理保护具有动作重叠区，从而局部实现了定子绕组保护的双重化，提高了定子接地保护的可靠性。
5 结论
主变*性接地保护综合了零序保护与差动保护的优点，保护简单可靠，且无需与其它保护配合，从而保证了保护的高灵敏性和快速性，非常值得借鉴；原发电机定子接地保护“死区”范围较大，运行中出现过定子接地而保护拒动的情况，经改造后，已取得100％定子接地保护。
参考文献
1 李玉海，张小庆，徐敏．关于定子接地保护的几个问题．电力系统自动化，1999，23（11）：50～54
2 曾祥君，尹项根，陈德树，张哲．注入信号法补偿式高灵敏发电机定子接地保护．中国电机工程学报，2000，20（11）：51～55，61
