新型数字式发电机定子接地保护的研究万慧！，吴济安2，陆于平1 1.东南大学电气工程系，江苏南京210096；2.国电南京自动化股份有限公司，江苏南京210003）保护。该保护能满足不同容量和接线方式的发电机组定子接地保护的要求，保护算法不受发电机中性点接地方式的影响；同时，接地电阻判据可由基于平衡原理的保护算法求得，基波零序电压可由机端和中性点的电压互感器TF）获取，对于基波零序电压的取值要考虑到主变高压侧接地时的影响。
发电机定子绕组的单相接地是发电机最常见的一种故障，并且是相间或匝间短路的先兆。因此定子接地保护是大型机组保护1中重要的保护，它对预防定子绕组严重短路故障具有重要意义。
前期研究工作中，提出了基于平衡原理的新型注入交流式定子接地保护。它能在发电机中性点经配电变压器接地方式下提高定子接地电阻的检测灵敏度。
基于以上原理的定子接地保护，又考虑到不同机组的定子接地保护要求，提出了新型数字式定子接地保护方案，详细分析了方案的原理，且给出了保护判据的测量方法和取值原则。
1新型接地保护的提出1.1保护的原理基础基于平衡原理的注入交流电源式保护是在常规注入交流电源式接地保护基础上提出的。平衡臂的设立是为了消除发电机中性点经配电变压器低阻接地，常用低频注入式保护灵敏度不高，为消除各种不平衡量的影响，提高检测灵敏度而提出的。对于发电机经消弧线圈接地，即使常规注入方式往入点不在中性点）也能获得高灵敏度，而不必设置平衡臂或根本不考虑用此保护。
将注入交流电源！交流滤波器F，平衡臂F1及接地变压器的接地电阻"看作注入交流电源电路。
如所示。
在未接入发电机之前，调整平衡臂参数使注入交流电源电路的交流滤波器支路1和平衡臂支路电流2相等，注入交流电源电路处于平衡状态。接入发电机后，无故障时，由于发电机对地电容的作用，滤波器支路和平衡臂支路上的电流会有少量的差值；当发生接地故障时，两臂电流会出现明显的向量差。由于注入交流电源电路在发电机接入前已处于平衡状态，因此，电流测量量的变化反映的是发电机定子的接地阻抗变化而产生的。且测量的电流量中几乎没有50Hz的不平衡分量，这提高了保护对低频测量量的检测灵敏度，接地电阻的计算将更为准确，不必再设立另外的判据即可得到100*定子接地保护范围。
1.2新型数字式的定子接地保护2定子接地保护采用基波零序电压原理是最简单而可靠的方案，无论国内或国外，无论是否采用注入交流电源方式，还是发电机中性点是何种接地方式及保护装置是模拟式或是数字式，均以基波零序电压原理构成定子接地保护的基础，只在考虑消除发电机中性点附近的保护死区时，才采用其他原理共同构成100*动作区方案。
基于以平衡原理定子接地保护的讨论，现提出定子接地保护的新方案，如所示。
接地保护逻辑图基于平衡原理的注入交流电源式接地保护，提高了接地电阻判据的灵敏度和准确性。接地电阻和零序电压判据采用高、低两套整定值。考虑到接地电阻计算值较大时接地故障不严重）计算误差可能带来的影响，对高定值的接地电阻判据！<！h，dz与低定值零序电压分量判据SsM.dz构成与门可靠检测接地故障；再与低定值接地电阻判据高定值z经或门构成完整的基于平衡原理的100%定子接地保护的接地判据。对应于！<！Wz判据，保护的出口时间%i根据发电机定子接地保护的要求而整定。对应于低定值的Sdz判据，应考虑动作值躲开发电机正常时的基波零序电压，灵敏地反应接地故障；对应于高定值的3"0>"h，dz判据，动作值除考虑一定的可靠系数外，还应考虑主变高压侧接地故障时的零序电压对基波零序电压保护的影响。对于基波零序电压保护原理，在发电机定子单相接地保护动作时间小于主变高压侧接地保护时间时，若保护无法获取主变高压侧的零序电压3=0），则考虑基波零序电压保护的动作时间躲过主变高压侧单相接地的动作时间，所以%0>0.5s，2的取值应考虑%0的影响；反之，则利用主变高压侧接地的零序电压3"0，>锁基波零序电压作判据，以防止基波零序电压保护的误动；当发电机定子接地保护动作时间大于主变高压侧接地保护的动作时间时，则无须考虑主变高压侧接地时的基波零序电压对定子基波零序电压的影响。
的基波零序电压保护原理，3"0n>和3"0t<判据的与门具有机端TV断线的断线闭锁功能，此方案不必增设专门的TV断线闭锁。如所示。
采用平衡原理的保护算法实现接地电阻的保护判据，注入交流电源电路在接入发电机之前，由于平衡臂的作用，/：=/2；当注入交流电源电路接入发电机之后，由于配电变压器的电阻两端并联的发电机定子对地阻抗，使得/：>/2. dz判据检测注入交流电源后的成或门检测接地故障。
2保护分析2.1保护对于不同机组的适应不同保护原理的判据通过软件中的控制字来投入或退出。
对于中、小型发电机组定子绕组，针对发电机直接与母线相连的接线方式，与发电机有电联系的元件较多，外接元件每相对地电容较定子对地电容大，因而从外接元件流来的电容电流也较大，接地故障时接地电流也较大，因而对于小型机组的定子接地保护一般可采用常规的零序电流原理3/0>3/0，z作为保护的主判据。
对于大型机组定子接地保护，为确保定子铁芯的安全，必须要求保护有100；的动作范围和高灵敏度。对于发电机与升压变压器单元接线方式，发电机与系统中其他元件无电的联系，接地故障发生时，仅有发电机本身的电容、连接发电机与升压变压器导线的电容、升压主变压器低压绕组与厂用变、电压互感器高压绕组的对地电容引起的电流不会很大，则采用上述完整的两套整定值的接地电阻和基波零序电压，及基波零序电流30>3/0，dz判据构成的接地保护。
另外，对于发电机中性点无TV抽头的情况下，基波零序电压则只采用取自于机端TV的零序电压。此时，需增设专门的机端TV断线闭锁。
2.2保护方案对中性点不同接地方式的适应大型发电机组，中性点一般采用经配电变压器或者消弧线圈而接地。基于平衡原理的注入交流电源式的接地保护，经消弧线圈接地的就从注入交流电源电路中解除平衡臂，保护则可按常规的注入交流电源方式运行。如所示。
注入交流电源式定子接地保护的等效电路图对于接地电阻判据，采用基于平衡原理的接地保护算法。
发电机经配电变压器接地方式，如-）所示。定子接地导纳由/i，/2计算而得：发电机经消弧线圈接地方式，如E）所示，求得：若采用上述推导式1）和式2）―致，可见基于平衡原理的接地电阻的算法也适用于发电机经消弧线圈接地方式下的接地电阻的计算。接地电阻判据的算法不受发电机中性点接地方式的影响。
2.3保护方案测量环节的实现和取值原则注入交流电源故障信号由UE 在发电机定子回路中某点发生单相接地时，定子回路各点均有零序电压，因此保护动作参量的基波零序电压可取自发电机中性点单相接地TV或消弧线圈的二次电压，也可取自机端三相TV的第三绕组肝口三角接线）的电压，对于发电机经中性点配电变压器接地的基波零序电压则取自配电变压器的二次电压。对于与接地电阻构成复合判据的零序电压，3U>Ui，dZ判据的动作值只需整定躲开正常运行时发电机定子的不平衡电压。对常规的基波零序电压原理保护的动作电压，一般要躲开正常运行时由于发电机定子的三相电容不对称引起的不平衡电压及三次谐波电压。 发电机外部发生单相接地故障时，也会引起发电机中性点对地电压变化，可能导致保护误动。因而还必须用发电机外部接地时的基波零序电压制动发电机基波零序电压定子接地保护。所以，基波零序电压判据高定值除考虑一定的可靠系数以外，还应考虑主变高压侧接地时的基波零序电压对零序基波电压保护的影响。 零序电流3/0可取自于发电机端出口处的TA二次侧，中性点配电变压器二次侧TA或消弧线圈二次侧TA；按常规的零序电流原理动作电流则应躲过发电机正常时定子电容引起的泄漏电流及发电机外部故障时参数不对称形成的零序不平衡电流。 3结论基于平衡原理的低频注入式定子接地保护和基波零序分量保护原理提出了新的定子接地保护判据及实现方法。它具有100%的保护范围及可靠、高灵敏度的优点。采用高低两套定值构成的保护判据能满足不同容量和接线方式的发电机定子接地保护的要求；保护判据不受发电机中性点接地方式的影响。