发电机定子接地保护的整定

发电机定子接地保护的整定

目前，国内生产及运行的微机型定子接地保护的类型，主要有零序电压式、零序电流式及双频式100%的定子接地保护。

一、零序电压式定子接地保护的整定计算

1、零序动作电压

零序电压式定子接地保护的动作电压，应按躲过发电机正常工况下及恶劣条件下发电机系统产生的最大横向零序电压来整定，即Udz0=Krel*U0max

Udz0：零序电压式定子接地保护的动作电压

Krel：可靠系数，取1.2~1.3

U0max：发电机正常运行时的最大横向零序电压

影响U0max的因素主要有：

a、发电机的三次谐波电势

b、机端三相TV各相间的变比及角误差（主要是TV一次绕组对三次绕组之间的比误差）

c、发电机电压系统中三相对地绝缘不一致

d、主变压器高压侧发生接地故障时由变压器高压侧传递到发电机系统的零序电压

测量表明：

a、并网运行发电机的三次谐波电势与发电机的负荷有关，最大可达发电机电压的5%~7%。在发电机机端TV开口三角形绕组两端及中性点TV二次产生的电压最大各位3V。如果定子接地保护能有效滤去三次谐波电压，在进行定值整定时可不考虑这一电压。

b、机端三相TV的一次绕组对三次绕组之间变比不一致，在机端TV开口三角形绕组两端产生基波电压通常有0.5~1.5V。

c、主变压器高压侧发生接地故障时，有变压器高压侧传递到发电机系统的零序电压，主要决定于变压器高压侧绕组与发电机侧（低压侧）绕组之间的耦合电容。对于电压等级为220kV及以上的变压器，高压侧零序电压传递到发电机系统侧的分量很小。另外通过延时可以躲过这一电压的影响。因此，整定定子接地保护的动作电压时，可以不考虑这一因素。

d、引起发电机三相对地绝缘不一致的因素是多种多样的，主要是发电机三相绕组对地绝缘固有的不一致，以及外界环境的影响。当发电机母线经穿墙套管－裸导线与室外的主变压器或厂用高压变压器连接时，在雨天很容易引起发电机系统三相对地绝缘不对称。运行实践表明：最严重时，在发电机系统产生的零序电压可达发电机额定电压的8～10%，即将在机端TV开口三角绕组两端或中性点TV二次产生8~10V的电压。发电机三相绕组对地绝缘固有不一致引起的零序电压，最大为2%，即2V（二次值）。

考虑到上述种种因素，Udz0可取5~15V。

a、对于发电机出线至主变压器及厂用高压变压器均采用全封闭系统的大型发电机组，且零序电压式定子接地保护具有较高的三次谐波滤过比时，Udz0可取5~7V。

b、当由发电机定子出线至主变压器及高压厂用变压器（在室外）经穿墙套管－裸导线连接、且位于环境污染严重地区的发电机，Udz0可取10~12V。

c、对于其他发电机，当接地保护不反应三次谐波电压时，Udz0可取7~10V。

d、对于出线全封闭的发电机，Udz0可取5V。

2、动作延时

为躲过主变压器高压侧或中压侧（大电流系统侧）接地故障时对发电机定子接地保护的影响，零序电压式定子接地保护的延时，应与主变压器大电流系统侧接地保护最长的动作延时相配合，即：t=t0max+t1

t零序电压式定子接地保护的动作时间

t0max主变压器高压侧（或中压侧）接地保护最长的动作时间

t1是时间级差，取0.3～0.5S

3、出口方式的确定

零序电压式定子接地保护的出口方式，应根据发电机的结构、容量及发电机电压系统中的主接线状况而定。

（1）对于双水内冷式发电机，不论容量及接地故障时接地电流的大小，都应动作于跳闸

（2）对于非双水内冷式发电机，当定子单相接地时的最大接地电流大于发电机的安全允许接地电流（4、3、2、1A）时，应作用于跳闸

（3）对于定子单相接地时，其接地电流小于发电机的安全允许接地电流的中、小型机组，可作用于信号。

二、零序电流式定子接地保护的整定计算

目前，国内运行的零序电流式定子接地保护主要有两种：一种是容量为10~25MW及以下的小型发电机，在发电机的三相引出线上套有无变比的零序电流互感器，其二次电流接入保护装置；另一种是国外生产的大型发电机，发电机的中性点经电阻接地，在接地线上套一电流互感器，将其二次电流接入保护装置。

1、小机组的零序电流式定子接地保护的整定计算

为使小机组的零序电流式接地保护能可靠动作，在对该型保护进行整定计算之前，应首先计算出发电机电压系统单相接地时的最大电容电流。

（1）动作电流的整定。

当单相接地的电容电流大于发电机安全允许电流时，接地保护的动作电流为

Idz0=Krel*Iog

Idz0:接地保护的动作电流（一次值）

Krel：可靠系数，取0.8~0.9

Iog：发电机的安全允许电流

当单相接地时的最大电容电流小于发电机安全允许电流时，接地保护的动作电流应为Idz0=Krel*Iod

Idz0：接地保护的动作电流

Krel：可靠系数，取0.8~0.9

Iod：单相接地时的最大电容电流

（2）动作时间及出口方式。

保护的动作时间可取5~6S，作用于信号或跳闸（当最大接地电容电流大于安全允许电流时，作用于跳闸，否则作用于信号）

2、大机组的零序电流式定子接地保护的整定计算

（1）动作电流的整定

该类型定子接地保护的动作电流，应按规定的所保护的定子绕组接地范围来整定。当要求的保护范围为85%~90%的定子绕组时Idz0=(KX*UN)/(NTA*R)

KX：比例系数，取0.1~0.15

Idz0：定子接地保护的动作电流

R：发电机中性点的接地电阻

NTA：中性点TA的变比

UN：发电机的额定电压（相电压，即等于线电压除以根3）

（2）动作时间及出口方式。保护的动作延时，取0.5~1s，作用于解列灭磁。

三、双频式100%定子接地保护的整定计算

双频式100%定子接地保护，由零序电压式定子接地保护和三次谐波式定子接地保护构成。前者主要保护由发电机端部向机内80%~90%的定子绕组接地故障；后者主要保护由发电机中性点向机内20%~30%的定子绕组接地故障。

目前，国内生产及应用的三次谐波式定子接地保护，主要有绝对值比较式和幅值相位比较式。

绝对值比较式：│US3│≥KZ│UN3│+△U3

幅值相位比较式：│K1*US3-K2*UN3││≥KZ│UN3│

US3、UN3：分别为机端及中性点的三次谐波电压（机端TV三次及中性点TV二次值）

K1、K2：幅值及相位平衡系数

△U3：动作门槛值，取0.2~0.3V

KZ：制动系数

1、K1、K2的整定

K1、K2在现场实际整定，通常在发电机空载额定电压时通过调平衡来确定，即发电机并网之前，电压升至额定值，调节K1、K2使动作量近似为零，K1、K2便确定了。

但是，对于北京重型机械厂生产的100MW汽轮发电机，由于机端三次谐波电压与中性点的三次谐波电压的变化规律较特殊，应在并网后带15%额定有功下进行整定K1及K2。

2、KZ的整定

对于汽轮发电机变压器组（北京重型机械厂生产的100MW机组例外），KZ一般可取0.4~0.9。具体取值应根据实际的发电机及系统确定。

当发电机在带10%~20%的有功负荷工况下，若US3与UN3之间相位差的变化（与空载时的相位差相比较）超过10°～15°时，KZ可取0.8~0.9时，KZ可取0.8~0.9；而当相位差小于10°时，可取0.4~0.6。

对于水轮发电机，KZ最好取0.2~0.3。

待K1、K2及KZ整定之后，应在发电机中性点做真机接地试验，以效验保护的动作灵敏度。

a、对于中性点不接地或经过消弧线圈接地汽轮发电机，当中心点经4~5kΩ的电阻接地时，发电机定子接地保护应可靠动作。

b、对于中性点经中阻抗接地或配电变压器接地的汽轮发电机，当中性点经2~3kΩ的电阻接地时，应保证接地保护可靠动作。

c、对于中性点经配电变压器接地的水轮发电机，当中性点经1~2kΩ的电阻接地时，接地保护应可靠动作。

3、动作延时

三次谐波定子接地保护动作后，应经5~6S作用于跳闸或信号。若整定时间过短，则在非正常停机时可能误发信号。