实用负序匝间保护的研究

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1、水电厂口动化•AM••••••OB•••••HvdroPowerPlantAutomation••••••••••••OB••••••••••••••••••••••••••实用负序匝间保护的研究季学军，俞胜，犹锋，季侃（国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司，江苏省南京市210003）摘要：当发电机中性点侧仅引出3个端子时，定子匝间短路保护通常由纵向零序电压保护和故障分量负序方向保护构成。文章首先分析了这两种保护存在的问题，随后在不对称故障分析的基础上•提出了一种实用的负序匝间保护方案。文章最后简要介绍了实际微机保护装置的动模试验情况。关键词：发电机；匝间保护；负序；动模0引言

2、冃前•关于发电机是否需要配置定子绕组匝间短路保护的问题，广大继电保护工作者已经达成肯定的共识。对于定子匝间短路故障，最有效的保护方式是不完全纵差保护和各种横差保护•但是这些保护的装设都要求发电机中性点侧引出4〜6个端子。当发电机定子绕纟II无并联分支，或者中性点侧仅引出3个端子时，无法装设不完全纵差保护和各种横差保护，这种情况下的定子匝I'可短路保护通常采用纵向零序电压保护和故障分呆负序方向保护,或者采用二者的组合⑴。本文首先对■纵向零序电压保护和故障分量负序方向保护存在的问题进行了分析•随后在不对称故障分析的基础上•提出了一种实用的发电机负序匝间保护方案，并通过动模试验进行了

3、验证。1现有保护存在的问题1.1纵向零序电压保护纵向零序电压保护必须装设专用电压互感器.该互感器的一次侧中性点直接与发电机中性点连接•且不允许接地。纵向零序电压保护通常要经过负序方向元件（或故障分量负序方向元件）的闭锁.也可以采用相电流制动或三次谐波分量制动。这种保护方式的缺点是：1）当专用电压互感器一次侧中性点与发电机中性点的连接电缆发生接地故障时，等同于定子绕组发生接地故障•定子单相接地保护（100%动作区）动收稿日期：2008-07-31o作者简介：季学军.男，硕士，高级工程帅.从事电力系统继电保护的科研与开发匸作。E-mail:jixucjun@nari-china.c

4、om作。对于要求定子单相接地保护动作于跳闸的现场•这是不能允许的谋动作2）纵向零序电压的变化规律尚未被完全认识。例如西北有三个电厂的125MW、2（）（）MW.300MW机组纵向零序电圧保护多次谋动，实录在高压侧区外单相接地故障时•纵向冬序电压的基波值达12V方。浙江萧山电厂发变组保护在区外线路单相接地故障时•纵向'零序电压基波值激增•而三次谐波值却基本未变⑶。这些与预期不一致的现象至今未找到合理的解释•西北各厂不得已将该保护增加0.2s延时。3）无法双重化。规程及反措要求大屮型发电机组保护双重化配置•而且应接入不同的互感器•实际现场不可能为满足双重化要求再增加一台专用电压互感

5、器。1.2故障分量负序方向保护该保护利用AU?和AL构成的方向元件来判断不对称故障发生在发电机内部还是外部。但是在外部故障开始及切除的暂态过程中，△U?和厶冬的变化规律相差很大，电流屮含有衰减的直流分量。尤其在故障切除的过程中，当傅氏算法的数据窗跨越故障前后时，极易发生误动。在葛洲坝水电厂和万安水电厂，该保护均发生过类似的误动作⑷。防误动的措施只有增加延时或在故障开始厉闭锁该保护一段时间。该保护的另一缺点是在发电机组并网前不起作用。1.3两种保护的组合采用上述两种保护组合而成的匝间保护，即故障分量负序方向闭锁纵向零序电压保护（早期用负序功率方向元件闭锁），不仅过于复杂，而且动作

6、或闭锁时间的配合、灵敏度的配合均存在问题，为防止误动不得巴将该保护增加0.1〜0.2S延时。2内部及外部不对称故障时负序电压的分布图1为简化的系统接线图•发电机经升圧变压器接入无穷大系统，图2为系统负序阻抗图。发电机内部故障点kI将发电机负序阻抗乙2分为Z幼和乙’两部分，发电机外部故障点k2将系统负序阻抗Z边分为乙和乙两部分。乙为变压器负序阻抗。图2系统负序阻抗图2.3外部不对称故障（k2点）图7为外部不对称故障时的负序等值电路图.图8为其负序电圧分布图。2.1发电机内部匝间短路或开焊（匕点）图3为发电机内部匝间短路或开焊时的负序等值电路图•图4为其负序电压分布图。从图上可以看

7、出•机端负序电压大于变压器高压侧负序电压Us其差值为山乙・具体数值取决于匝间短路的匝数或开焊时的负荷电流及系统阻抗。2.2定子绕组相间短路（匕点）图5为定子绕组相间短路时的负序等值电路图•图6为其负序电圧分布图。从图上可以看出•此时也有大于U吃，其差值为1汰乙，具体数值取决机端负序电圧U彩与变压器高压侧负序电压口2存在以下关系：Ug2Z//1U’2—乙2+乙通常发电机的负序阻抗乙2大致与升压变圧器的短路阻抗乙相当・由式（1）可知，此时变压器尚压侧负序电压U,2大致为机端负序电压的两倍，其具