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发电机自产纵向零序电压匝间保护

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孙改改

摘要：大型机组发电机电气量保护都按照双重化配置原则，由于发电机机端只有一组匝间专用PT，两套保护均取自匝间专用PT的开口三角，一旦该PT出现异常，两套定子匝间保护均会受到影响。目前，国内已多次发生定子匝间故障，并且某些机组由于未配置定子匝间保护，无法快速切除匝间故障，最终转化成相间短路故障，造成了巨大的经济损失。本文研究了一种既不依赖于匝间专用PT，同时又能达到纵向零序电压匝间保护性能的新原理。双套配置的定子匝间保护方案为：一套纵向零序电压匝间保护原理，另一套采用不依赖于专用PT的匝间保护新原理，实现两套保护输入通道的完全独立，提高发电机的安全性及可靠性。

关键词：发电机;纵向零序电压;匝间保护

中图分类号：TM31文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）16-0115-03

Abstract： The electric quantity protection of large-scale generator is based on the principle of double configuration. As there is only one group of PT dedicated to turn-to-turn， both sets of protection are taken from the open triangle of PT dedicated to turn-to-turn， two sets of stator turn-to-turn protection are affected. At present， there have been many stator turn-to-turn faults in our country， and some units can not cut off the turn-to-turn faults quickly because they are not equipped with stator turn-to-turn protection， which finally turns into inter-phase short circuit fault. In this paper， a new principle was studied， which not only does not depend on the inter turn special Pt， but also can achieve the performance of longitudinal zero sequence voltage inter turn protection. The two sets of stator turn to turn protection scheme are as follows： one set of longitudinal zero sequence voltage turn to turn protection principle， the other set adopts the new turn to turn protection principle which does not depend on the special PT to realize the complete independence of the two sets of protection input channels and improve the safety and reliability of the generator.

Keywords： generator;longitudinal zero sequence voltage; turn-to-turn protection

大型機组发电机电气量保护都按照双重化配置原则，由于发电机机端只有一组匝间专用PT，2套保护均取自匝间专用PT的开口三角，一旦该PT出现异常，2套定子匝间保护均会受到影响，因此，不符合双重化保护输入通道相互独立的要求。为了解决现有发电机定子匝间保护方案存在的上述问题，本文研究了一种既不依赖于匝间专用PT，同时又能达到纵向零序电压匝间保护性能的新原理。

1 国内发电机匝间保护现状

现代大型发电机的定子绕组，由于在定子同一槽的上、下层线棒会出现同相不同匝数的定子线棒，因而会发生发电机定子绕组的匝间短路故障，为此大型发电机要安装匝间保护。匝间保护通常有以下几种方式。第一，横差保护。当定子绕组出现并联分支且发电机中性点侧有6个引出头时采用。横差保护接线简单、动作可靠、灵敏度高。第二，零序电压原理的匝间保护，采用专门电压互感器测量发电机3个相电压不对称而生成的零序电压，该保护由于采用了三次谐波制动，故大大提高了保护的灵敏度与可靠性。第三，负序功率方向匝间保护。利用负序功率方向判断是发电机内部不对称还是系统不对称故障，保护的灵敏度很高。近年来的运行表明，该保护在区外故障时发生误动必须增加动作延时，故限制了它的使用[1-5]。由于定子绕组中性点引出方式比较单一，无法配置不完全纵差动保护、裂相横差保护、单元件横差保护等高灵敏定子匝间故障保护，一般配置纵向零序电压匝间保护。该保护取机端匝间专用PT（PT的中性点与发电机中性点直接相连且不接地，如图1所示）开口三角零序电压作为动作量。

大型机组发电机电气量保护都按照双重化配置原则，由于发电机机端只有一组匝间专用PT，2套保护均取自匝间专用PT的开口三角，一旦该PT出现异常，2套定子匝间保护均会受到影响，因此，不符合双重化保护输入通道相互独立的要求。

此外，某些大型机组从国外进口，国外厂家承诺该类型机组从结构上不会发生定子匝间短路故障，并且发电机已经配置了无死区的100%定子接地保护，因此，一般未配置定子匝间保护专用PT和定子匝间保护功能。实际上，发电机定子匝间故障除了匝间短路外，还包括定子绕组分支开焊故障，并且定子绕组中性点附近的单相接地故障主要靠三次谐波电压型定子接地保护去反映，一般动作于信号，对快速切除定子匝间故障无能为力，所以，某些大型机组没有定子匝间保护，存在一定的安全隐患。

对于机端没有匝间专用PT的发电机，可以应用负序功率方向匝间保护原理，负序功率计算的电压取自发电机机端PT，电流可以采用机端电流或中性点电流。但该原理存在以下不足：发电机并网前，由于没有电流，无法计算功率，因此该阶段不能反映定子匝间故障。

目前，国内已多次发生定子匝间故障，并且某些机组由于未配置定子匝间保护，无法快速切除匝间故障，最终转化成相间短路故障，从而造成了巨大的损失。

2 自产纵向零序电压匝间保护理论的基础

另外，需考虑采取防止TV一次、二次断线导致自产纵向零序电压保护误动的措施。

4 自产纵向零序电压匝间保护保护实现方案

本方案需要单独开发自产纵向零序电压匝间保护装置1台，使用标准4U机箱。可单独组屏，也可以与发变组保护装置A套（或B套，视屏柜内部空间情况）共组于一面屏柜。若采用单独组屏方案，组屏示意图如图3所示。保护装置需要引入的电气量包括：发电机机端零序电压、中性点零序电压、发电机机端三相电流、发电机机端三相电压。如果一次PT和CT有单独的绕组可供选择，则使用单独的二次回路;否则，可以与发电组保护共用电压和电流。另外，需要引入发电机机端断路器位置，以确定发电机的并网状态。

保护可以作用于报警或跳闸，可整定选择。

5 自产纵向零序电压匝间保护保护实现意义

第一，对已安装匝间专用PT的机组，实现了双套不同原理的匝间保护配置，克服了以往雙套定子匝间保护取自同一组PT的不足，提高了定子匝间保护的可靠性。

第二，对未安装匝间专用PT的机组，可实现匝间保护功能配置。

第三，完善了发电机匝间保护功能配置，促进了机组保护领域的技术进步。

第四，本保护方案同样可适用于火电机组、核电机组和燃气轮发电机组，有广阔的应用前景，能产生可观的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]南京南瑞继保电气有限公司.RCS-985系列发电机变压器组成套保护装置技术使用说明书[EB/OL].（2015-03-05）[2020-04-10]. http：//www.doc88.com/p-8139297459126.html.

[2]高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术[M].北京：中国电力出版社，2007.

[3]杨晓敏，王艳丽，王双文.电力系统继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2006.

[4]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].2版.北京：中国电力出版社，2000.

[5]高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术[M].北京：中国电力出版社，2005.

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