孙文，高瑞，马进，刘世勋，翟文涛

(1.辽宁出入境检验检疫局机电产品检测中心，辽宁 沈阳 110141;2.中认(沈阳)北方实验室有限公司，辽宁 沈阳 110141)

1 引言

近年来，我国风力发电事业的迅猛发展，装机容量的逐步提高，越来越多的风力发电设备单机容量逐步增大，发电机定子绕组对地电容也相应提高。

目前很多发电机大都采用变压器电阻接地方式(又称高阻接地方式)，并装设注入式定子单相接地保护。通过实验证明，这种保护的灵敏度与发电机的工况无关，与接地位置无关，更具优势的是还可以检测接地过渡电阻逐渐降低(绝缘渐变而不是突变)的接地故障。

另外很多电厂采用配备了大量微机发变组保护。运行情况来看，发变组保护经常动作，其中发电机定子接地保护是动作次数较多的保护。在这些微机发变组保护中，定子接地保护原理基本上是采用基波零序电压和三次谐波电压构成100%的定子接地保护。

2 注入式定子接地保护原理

图1所示为20Hz信号的等效的零序电路示意图。图中忽略了故障后的基波零序电压，忽略发电机运行时的3次谐波(也是零序性质的电压)。

图1 定子绕组单相接地故障等值电路

发电机在正常情况下，外加电源注入到接地变压器一次侧，生成电容性电流。当定子绕组出现一点接地，注入电压、电流都将发生变化，注入电流将出现电阻性分量。保护装置通过检测接地变压器二次侧的20Hz电压、电流信号，不难得到接地过渡电阻RE的二次值 RE，sec;

注意，式中的电压、电流需滤除基波、3次谐波，并进行适当的补偿。

通过判定RE，sec值即可判定是否发生接地故障和接地故障的严重程度。实际应用时有高低2个定值，高定值用于延时报警，低定值用于延时跳阐。

3 定子接地保护的原理

现在微机保护中定子接地保护原理一般都是由基波零序电压和利用三次谐波电压构成100%的定子接地保护。零序电压取自发电机中性点TV二次值，也可从消弧线圈的副边取得。正常运行时，不平衡电压有基波和三次谐波，其中以三次谐波为主。

3.1 基波零序电压所构成的85%～95%的单相接地保护

正常情况下，发电机三相电压中基波零序电压3U0很小，当定子绕组单相接地时，就会出现3U0。另外考虑到三次谐波的影响，保护装置都带有三次谐波滤过器，装置的动作电压一般取5～15V(发电机机端接地时开口三角电压一般为100V)，这样，保护范围可达85% ～95%，死区为5% ～15%。其动作电压方程为:UOP＞KrelUunb

式中，UOP为零序不平衡电压;Krel为可靠系数，取1.15～1.30

因为200MW以上发电机没有装设匝间保护，考虑到匝间故障极大部分伴随接地故障，或由接地故障发展所致，为了保证发电机设备的安全，将带有三次谐波滤过器的反应基波零序电压的保护作用于跳闸。

2.2 三次谐波所构成的不小于20%的单相接地保护

利用三次谐波构成的定子接地保护，可以消除基波零序电压元件保护不到的死区，这2部分保护装置的保护应有一段重叠区，因此三次谐波构成的定子接地保护范围应不小于20%(从发电机中性点开始)，设Us3为机端三次谐波电压，UN3为中性点三次谐波电压，可利用机端三次谐波电压为动作量，而中性点三次谐波电压为制动量。保护动作的判据一般有以下几类:

(1)|Us3|≥|UN3|，此判据调试简单，但灵敏度低。

(2)|KUs3－UN3|≥β|UN3|，β ＜1。

(3)|PUN3－Us3|≥β|UN3|+△U

△U为极化继电器的动作电压，小于0.7V。正常运行时，调整|PUN3－Us3|近似为零，并有适当的制动量β|UN3|。当发生单相接地故障后，|PUN3－Us3|上升，而β|UN3|下降，从而使继电器动作。

总之，三次谐波定子接地保护的动作值必须按实际动作判据在现场调试，要求发电机中性点经3000电阻接地，保护可靠动作。考虑到发电机中性点附近接地故障时，故障电流较小，零序电压较低，所以三次谐波电压定子接地保护一律只投信号，不投跳闸。

4 注入式定子接地保护易出现的注入信号的检测问题的分析

注入的电压、电流信号相对较小，特别是当中性点接地变压器电压变比比较大、负载电阻Rn很小时，注入电源近似被短路，这对信号检测提出了很高的要求。为了避免信号受到干扰，建议电压回路、电流回路二次线采用屏蔽线;另外，在现场发现中性点接地柜内的电压、电流回路二次线和接地变压器出线铜排绑扎在一起，这也是不合适的，二次线应单独走线。

5 定子接地保护调试安装及整定时出现问题的分析

(1)变电站，通常要求将来自电压互感器二次星形的4根升压站引入线和电压互感器开口三角的2根开关场引入线必须分开，N回路不得公用。而对于发电机组，却没有这样的规定，但根据经验，发电机的二次电压回路同样应该将二次回路中N回路分开，这样对保护的抗干扰能力将大为增强。

(2)为防止发电机电压互感器一次侧熔断器断开或二次侧接地短路而引起零序电压误动，必须用发电机中性点电压互感器或消弧线圈的二次电压，这样就可以不考虑熔断器的问题。如果一定要采用发电机机端电压互感器的二次电压，那么必须有相应的PT断线闭锁基波零序电压定子接地保护。

(3)在发电机中性点经消弧线圈接地的系统中，消弧线圈与发电机中性点之间不应该装设其他的东西，以免由于一次接地，导致中性点电位上升，对地绝缘不行，从而造成两点接地的严重故障。在某电厂就发生过因为装设在线检测装置，在发电机中性点与消弧线圈之间加装了一个小的电流互感器，在运行过程中，由于发电机定子发生了单相接地故障，使中性点对地电位上升，而电流互感器的二次线与中性点挨得较近(绝缘很容易被击穿)，并且电流互感器的二次线直接进入在线检测装置(外壳接地)，从而导致中性点间接对地放电，进一步发展成发电机机端与中性点直接短路的严重故障。

(4)应考虑此保护与主变高压侧接地时保护的配合。当主变高压侧发生接地故障时，高压系统的零序电压将通过变压器高、低绕组间的电容耦合到发电机，此电压有可能超过基波零序电压的定值。如果高压侧为大电流接地系统，因其本身的接地保护将快速作用于跳闸，那么定子接地保护只需在时间上与其配合即可。如果高压侧为小电流接地系统，必要时还应考虑基波零序电压动作值的大小及时间的配合等。

(5)特别注意中性点消弧线圈投入后二次电压的监视，因为正常运行时应该有一定的值，如果中性点的二次电压UN为完全零，表明回路有问题，必须查明原因。

［1］王维俭.电气主设备继电保护原理与应用［M］.北京:中国电力出版社，2002.

WANG Weijian.Principle and application of electric power equipment protection.Beijing;China Electric Power Press，2002.

［2］张琦雪，席康庆，陈佳胜，等.大型发电机注入式定子接地保护的现场应用及分析［J］.电力系统自动化，2007，31(11):103 －107.

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［4］李德佳，毕大强，王维俭.大型发电机注入式定子单相接地保护的调试和运行［J］.继电器，2004，32(16):51 －56.