一起20Hz注入式定子接地保護(hù)誤動(dòng)作分析

趙林1 朱明2 浦璐妮3

金安橋水電站有限公司 云南麗江 674100

摘要：注入20Hz外加電源式定子接地保護(hù)是發(fā)電機(jī)定子接地故障的主保護(hù)，以具有高靈敏的優(yōu)越性在大型發(fā)電機(jī)組廣泛應(yīng)用，但由于需要配置外加注入電源裝置，使其二次接線較為復(fù)雜，二次回路維護(hù)不當(dāng)造成保護(hù)誤動(dòng)的概率也隨之增大。本文對(duì)一起20HZ電源注入式定子接地保護(hù)的誤動(dòng)作進(jìn)行分析，探討防止保護(hù)誤動(dòng)的應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：定子接地保護(hù)；20 Hz電源；注入式；保護(hù)誤動(dòng)；配電變壓器

引言

注入20Hz外加電源式定子接地保護(hù)注入的電壓、電流信號(hào)相對(duì)較小，特別是當(dāng)中性點(diǎn)接地變壓器電壓變比較大、負(fù)載電阻很小時(shí)，注入電源近似被短路，這對(duì)信號(hào)檢測(cè)提出很高的要求，二次回路相對(duì)復(fù)雜，信號(hào)回路容易受到干擾，從運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)：電壓、電流回路二次線采用屏蔽線，另外，在現(xiàn)場(chǎng)中性點(diǎn)接地柜內(nèi)的電壓、電流回路二次線和接地變壓器出現(xiàn)銅排綁扎在一起這也是不合適的、二次線應(yīng)單獨(dú)走線。

1、事故簡(jiǎn)介

2014年03月04日09時(shí)30分18秒976毫秒20Hz注入式定子接地保護(hù)高定值動(dòng)作，而后20Hz注入式定子接地保護(hù)高定值又動(dòng)作2次，30分56秒475毫秒20Hz注入式定子接地保護(hù)低定值動(dòng)作，而后20Hz注入式定子接地保護(hù)低定值又動(dòng)作2次，最后一次20Hz注入式定子接地保護(hù)低定值動(dòng)作將機(jī)組跳開，經(jīng)檢查，保護(hù)動(dòng)作屬于誤動(dòng)作。

2、事故錄波分析

圖2 保護(hù)裝置低定值動(dòng)作錄波圖 圖3 保護(hù)裝置低定值動(dòng)作錄波離線分析

圖2中 20Hz電流、電壓通道中含有較大的三次諧波，不能直觀看出20Hz電流、電壓的大小及相位，用MATLAB仿真軟件離線分析動(dòng)作情況如圖3所示。其中裝置參數(shù)如下：

20Hz電流互感器變比為40.0，電壓分壓比為2.0，接地變壓器變比為16.36，接地變壓器漏阻抗為zk=0.00+0.114*j；接地變壓器激磁阻抗為zm=13.95+48.64*j；發(fā)電機(jī)對(duì)地容抗為zc=0.054-3.0*j。

根據(jù)圖3中，20Hz電流大小為0.6A，電壓大小為1V，電流超前電壓角度為100°左右，阻抗值為2kΩ左右。這與保護(hù)動(dòng)作報(bào)告相符。

通過(guò)過(guò)濾三次諧波后，進(jìn)行的波形分析與上述結(jié)果一致，排出三次諧波干擾影響。

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，20Hz電壓為0.91V，電流為0.015A，保護(hù)動(dòng)作報(bào)告中，電壓基本在0.5V，電流在0.015A，相對(duì)于正常運(yùn)行，本次動(dòng)作主要體現(xiàn)在電壓降低及電壓與電流的夾角發(fā)生變化。發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)渡電阻接地或絕緣下降時(shí)的主要變化特征是當(dāng)電阻比較大時(shí)，主要是電壓下降，電流基本不變；當(dāng)電阻比較小時(shí)，主要是電壓下降，電流增大。這個(gè)規(guī)律可以從靜態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出。電流超前電壓角度為100°左右，這與靜態(tài)物理模型不一致。一次設(shè)備正常時(shí)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是測(cè)量回路異常造成的。

3、故障原因

根據(jù)保護(hù)動(dòng)作情況，在停機(jī)后一段時(shí)間裝置計(jì)算結(jié)果與保護(hù)跳閘時(shí)仍保持一致，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)中性點(diǎn)20Hz電壓波形存在比較明顯的畸變及角度滯后現(xiàn)象，正是這個(gè)角度滯后導(dǎo)致保護(hù)計(jì)算錯(cuò)誤?；谝陨戏治隹梢缘贸?0Hz注入式定子接地保護(hù)動(dòng)作的主要原因可以定位為20Hz電壓通道出現(xiàn)畸變角度滯后異常及幅值變小一半所致，直接原因很可能為電壓測(cè)量回路虛接，虛接點(diǎn)存在一定的接觸電阻和電容，下面進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

4、故障模擬試驗(yàn)

1）模擬接線及仿真

圖4中，在分壓電阻VD上端增加電阻R，在分壓電阻VD下端增加電容Xc。模擬20Hz電壓減少一半及角度滯后110°，根據(jù)上述要求，經(jīng)計(jì)算R=880Ω，，Xc=50μF。采用Matlab仿真模型進(jìn)行計(jì)算，仿真波形及數(shù)據(jù)如下圖5所示。

圖4 模擬接線圖 圖5 Matlab波形數(shù)據(jù)

圖5中，20Hz電流大小為0.0148A，U0電壓大小為1.84V（Rn兩端），20Hz電壓大小為0.85V，20Hz電壓滯后20Hz電流108°。通過(guò)仿真計(jì)算，在20Hz電壓測(cè)量回路中串接R=880Ω，，Xc=50μF時(shí)的情況正好滿足20Hz電壓減少一半及角度滯后110°的要求。

2）帶發(fā)電機(jī)靜態(tài)模擬試驗(yàn)

按照上述參數(shù)，在發(fā)電機(jī)靜態(tài)模擬試驗(yàn)。a）按照?qǐng)D4的接線圖在圖接入R=880Ω，Xc=44.6μF，在發(fā)電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)模擬虛接現(xiàn)象。保護(hù)的實(shí)時(shí)參數(shù)及錄波圖如下圖6所示。中性點(diǎn)20Hz電壓：0.447∠290V 中性點(diǎn)20Hz電流：0.015∠39 A定子接地電阻：1.249 kΩ

圖6模擬虛接裝置錄波圖（R=880Ω） 圖7中性點(diǎn)電流與電壓離線接地電阻

根據(jù)錄波數(shù)據(jù)，采用中性點(diǎn)20Hz電流與中性點(diǎn)20Hz電壓通道離線計(jì)算接地電阻如下。

圖7中性點(diǎn)電流與電壓離線接地電阻

通過(guò)離線計(jì)算20Hz電流大小為0.015A、電壓大小為0.447V；20Hz電流超前20Hz電壓的角度為110°；接地電阻Rg為1.2kΩ；模擬情況下，20Hz電壓有點(diǎn)偏低。下面試驗(yàn)將電阻R改為700Ω。

b）按照?qǐng)D4的接線圖在圖接入R=700Ω，Xc=44.6μF，在發(fā)電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)模擬虛接現(xiàn)象。

中性點(diǎn)20Hz電壓：0.506∠199V中性點(diǎn)20Hz電流：0.015∠307A定子接地電阻：1.469 kΩ

圖8 模擬虛接裝置錄波圖（R=700Ω）

圖9 中性點(diǎn)20Hz電流與中性點(diǎn)20Hz電壓通道離線電阻

從圖8中可以看出中性點(diǎn)20Hz電壓通道滯后發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)U0通道3.3ms，這與前面的要求一致。根據(jù)錄波數(shù)據(jù)，采用中性點(diǎn)20Hz電流與中性點(diǎn)20Hz電壓通道離線計(jì)算接地電阻如下。

圖9 中性點(diǎn)20Hz電流與中性點(diǎn)20Hz電壓通道離線電阻

通過(guò)離線計(jì)算20Hz電流大小為0.015A、電壓大小為0.504V；20Hz電流超前20Hz電壓的角度為109°；接地電阻Rg為1.45kΩ；模擬數(shù)據(jù)與前面分析保護(hù)動(dòng)作情況一致類似。

從上面離線分析計(jì)算可以看出，模擬虛接的情況下20Hz電壓減小一半且相角滯后22.4°，接地電阻計(jì)算值Rg為1.45kΩ. 這與本次20Hz定子接地保護(hù)情況基本一致。

根據(jù)上面的分析，按照?qǐng)D4的接線圖在圖中接入R=700Ω，Xc=44.6μF，在發(fā)電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)模擬虛接現(xiàn)象與本次20Hz注入式定子接地保護(hù)動(dòng)作情況基本一致。

5、故障結(jié)論

綜上所述，20Hz注入式定子接地保護(hù)不正確動(dòng)作的原因是20Hz電壓通道出現(xiàn)畸變、角度滯后23.76°（3.3ms）及幅值變小一半所致。電壓端子虛接情況的仿真分析及發(fā)電機(jī)靜態(tài)試驗(yàn)情況正好與保護(hù)動(dòng)作情況一致，說(shuō)明本次故障是電壓端子接觸不良引起的。

6、結(jié)束語(yǔ)

注入20Hz外加電源式定子接地保護(hù)注入的電壓、電流信號(hào)相對(duì)較小，特別是當(dāng)中性點(diǎn)接地變壓器電壓變比較大、負(fù)載電阻很小時(shí)，注入電源近似被短路，這對(duì)測(cè)量回路提出很高的要求：該測(cè)量回路宜采用防振動(dòng)、防接線松動(dòng)的端子；保護(hù)定檢時(shí)將端子接線檢查納入必須檢查項(xiàng)目；因接線端子虛接導(dǎo)致測(cè)量電阻下降和真實(shí)的發(fā)電機(jī)定子接地故障導(dǎo)致測(cè)量電阻下降，這兩種情況下的故障量的特征不一致，再保證可靠的情況下，保護(hù)裝置可增設(shè)保護(hù)閉鎖功能，以區(qū)分真實(shí)故障和測(cè)量回路接線端子虛接。

參考文獻(xiàn)：

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