1 引言

發(fā)電機(jī)定子接地是指發(fā)電機(jī)定子繞組回路及與定子繞組回路直接相連的一次系統(tǒng)發(fā)生的單相接地短路。定子接 按接地時(shí)間長(zhǎng)短可分為瞬時(shí)接地、斷續(xù)接地和永久接地；按接地范圍可分為內(nèi)部接地和外部接地；按接地性質(zhì)可分為 金屬性接地、電弧接地和電阻接地；按接地原因可分為真接地和假接地。

近幾年來(lái)，各種原理的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)裝置紛紛出現(xiàn)，如三次諧波電壓型、零序電流型等，但零序電壓型由于其接線(xiàn)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，仍在中小型機(jī)組上廣泛應(yīng)用。因此，對(duì)零序電壓型單相接地保護(hù)進(jìn)行分析和改進(jìn)，仍有現(xiàn)實(shí)意義。

2 零序電壓型單相接地保護(hù)原理

6kV發(fā)電機(jī)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生定子繞組單相接地時(shí)，故障點(diǎn)將出現(xiàn)零序電壓。下面以A相定子繞組任一點(diǎn)發(fā)生金屬性接地故障為例進(jìn)行分析。

當(dāng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)（又稱(chēng)大接地電流系統(tǒng)）中發(fā)生接地短路時(shí)，將出現(xiàn)很大的零序電壓和電流。還有在中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)中當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生零序電壓。零序電源在故障點(diǎn)，故障點(diǎn)的零序電壓最高，系統(tǒng)中距離故障點(diǎn)越遠(yuǎn)處的零序電壓就越低，取決于測(cè)量點(diǎn)到大地間阻抗的大小。

如圖1所示，假設(shè)A相在距中性點(diǎn)a處（a表示由中性點(diǎn)到故障點(diǎn)的匝數(shù)中該相總匝數(shù)的百分?jǐn)?shù)）的d點(diǎn)發(fā)生接地故障。

則零序電壓為（推導(dǎo)過(guò)程略）：Ud0=-aEA

上式表明，故障點(diǎn)的零序電壓與a成正比，即接地點(diǎn)離中性點(diǎn)越遠(yuǎn)，零序電壓越高。這樣，可以利用接于機(jī)端的電壓互感器開(kāi)口三角形取得零序電壓，構(gòu)成單相接地保護(hù)，如圖2所示。

3 存在問(wèn)題與改進(jìn)

圖2是最基本的零序電壓型發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)，實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)現(xiàn)象。因此，有必要對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行分析與改進(jìn)，從而提高保護(hù)的正確動(dòng)作率。

3.1 動(dòng)作電壓值整定

變壓器 bian ya qi利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線(xiàn)圈、次級(jí)線(xiàn)圈和鐵心（磁芯）。在電器設(shè)備和無(wú)線(xiàn)電路中，常用作升降電壓、匹配阻抗，安全隔離等。變壓器按用途可以分為：配電變壓器、電力變壓器、 全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、油浸式變壓器、 單相變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、電抗器、抗干擾變壓器、防雷變壓器、箱式變電器 試驗(yàn)變壓器、轉(zhuǎn)角變壓器、大電流變壓器、勵(lì)磁變壓器。

零序電壓型單相接地保護(hù)，是從機(jī)端電壓互感器開(kāi)口三角形側(cè)取得零序電壓，接入保護(hù)用的過(guò)電壓繼電器。理想情況下，發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，TV開(kāi)口三角形側(cè)無(wú)零序電壓，繼電器不動(dòng)作。但實(shí)際上，發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行情況下，其相電壓中存在三次諧波電壓；另外，在變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地短路時(shí)，由于變壓器高低壓繞組之間有電容存在，發(fā)電機(jī)機(jī)端也會(huì)產(chǎn)生零序電壓。為了保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，保護(hù)的整定值應(yīng)躲開(kāi)上述三次諧波電壓與零序電壓。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，電壓值一般整定為15~20V之間。按此值整定后，由于靠近中性點(diǎn)附近發(fā)生接地故障時(shí)，零序電壓低，保護(hù)可能不會(huì)起動(dòng)，故此種保護(hù)的保護(hù)范圍約為由機(jī)端到中性點(diǎn)繞組的85%左右，保護(hù)存在死區(qū)。為了減小死區(qū)，提高保護(hù)的靈敏性，應(yīng)采取措施降低動(dòng)作電壓。包括裝設(shè)三次諧波電壓濾過(guò)器、利用變壓器高壓側(cè)的零序電壓將接地閉鎖等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。接線(xiàn)原理如圖3所示。

將發(fā)電機(jī)出口6.3kV側(cè)零序由壓經(jīng)三次諧波濾過(guò)器LF濾波后，作為起動(dòng)量輸入定子接地繼電器KE中，為防止變壓器高壓側(cè)接地時(shí)對(duì)低壓側(cè)的影響，將35kV側(cè)零序電壓作為制動(dòng)量輸入KE中，這樣保護(hù)的整定值可降低。實(shí)際運(yùn)行中電壓值可整定在10V以下，可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組90%范圍以上單相接地保護(hù)。

3.2 發(fā)信或跳閘

規(guī)程規(guī)定，對(duì)于出口電壓為6.3kV的發(fā)電機(jī)，當(dāng)接地電流等于或大于5A時(shí)，單相接地保護(hù)作用跳閘；小于5A時(shí)，一般只發(fā)信號(hào)不跳閘，這是基于保護(hù)發(fā)電機(jī)定子繞組而作出的規(guī)定。由于電力系統(tǒng)都在不斷擴(kuò)大，現(xiàn)有系統(tǒng)的電容電流一般都在5A以上，按照規(guī)定發(fā)電機(jī)是應(yīng)該跳閘的。但實(shí)際運(yùn)行中，受各種因素影響，單相接地誤動(dòng)率還是較高的，發(fā)電機(jī)頻頻停機(jī)影響較大。這樣，在發(fā)信和跳閘上進(jìn)一步研究提有必要的。

向電力機(jī)車(chē)供電的牽引供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行應(yīng)該得到保證。一旦發(fā)生事故，安裝于牽引變電所（開(kāi)閉所、分區(qū)亭）內(nèi)的繼電保護(hù)裝置即被事故產(chǎn)生的短路電流啟動(dòng)，自動(dòng)將向事故點(diǎn)供電的斷路器斷開(kāi)，以縮小事故范圍，保證其他設(shè)備的安全運(yùn)行和向非事故線(xiàn)路正常供電。這種因事故而自動(dòng)斷開(kāi)斷路器的動(dòng)作，稱(chēng)為"跳閘".

（1）應(yīng)準(zhǔn)確區(qū)分接地點(diǎn)在發(fā)電機(jī)側(cè)還是在6kV廠(chǎng)用系統(tǒng)。多數(shù)中小電廠(chǎng)，發(fā)電機(jī)與廠(chǎng)用系統(tǒng)是聯(lián)為一體的，構(gòu)成6kV不接地系統(tǒng)。為準(zhǔn)確區(qū)分接地點(diǎn)，可在廠(chǎng)用分支處裝一方向零序電流保護(hù)，當(dāng)判斷為6kV廠(chǎng)用系統(tǒng)單相接地時(shí)，因線(xiàn)電壓對(duì)稱(chēng)，仍可繼續(xù)運(yùn)行（一般為2h）。當(dāng)判斷為發(fā)電機(jī)側(cè)單相接地時(shí)，可按下面（2）跳閘方式處理。

（2）跳閘方式選擇。現(xiàn)代電廠(chǎng)，一般都是多臺(tái)鍋爐與汽機(jī)通過(guò)母管并列運(yùn)行。這樣，當(dāng)判斷為發(fā)電機(jī)側(cè)單相接地時(shí)，為避免發(fā)電機(jī)停機(jī)，可將該6kV系統(tǒng)上不重要的輔機(jī)跳閘，以減少電容電流至規(guī)定值以下，避免發(fā)電機(jī)定子鐵心進(jìn)一步燒損。在此期間，值班人員可對(duì)接地點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無(wú)誤后，再通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)負(fù)荷，對(duì)接地發(fā)電機(jī)進(jìn)行停機(jī)處理。

3.3 保護(hù)動(dòng)作時(shí)間

國(guó)家有關(guān)規(guī)程對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間未作明確規(guī)定，各電廠(chǎng)應(yīng)根據(jù)本廠(chǎng)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況給出延時(shí)時(shí)間。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，延時(shí)時(shí)間應(yīng)躲過(guò)變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，一般為3~5s為宜，否則容易誤動(dòng)。

4 小結(jié)

在發(fā)電機(jī)主保護(hù)動(dòng)作跳閘，發(fā)電機(jī)重新零起升壓過(guò)程中，值班人員發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)零序電壓時(shí)，未直接切斷滅磁開(kāi)關(guān)來(lái)消除發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)能量，而是將發(fā)電機(jī)電壓降至零后才斷開(kāi)勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜輸出開(kāi)關(guān)Q4,延誤了事故處理時(shí)間，甚至有可能擴(kuò)大事故。因?yàn)槿艄收宵c(diǎn)在發(fā)電機(jī)內(nèi)部的定子回路中，則二次升壓后故障電壓持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)對(duì)定子回路造成嚴(yán)重?fù)p壞，造成無(wú)法挽回的后果。因此，處理此類(lèi)事故時(shí)要頭腦冷靜，可直接采取切斷滅磁開(kāi)關(guān)的辦法來(lái)處理。發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)，對(duì)于中小型發(fā)電機(jī)，可采用零序電壓型保護(hù)，實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)接線(xiàn)與運(yùn)行方式，決定保護(hù)接線(xiàn)、定值整定、跳閘方式等，以利于發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)準(zhǔn)確而可靠地動(dòng)作。