李雁翔

2010年8月30日，秦山一厂在大修结束后升功率到230MW时发电机突然跳闸，连跳汽机停机，反应堆停堆。事后经检查为主发变组第二套保护装置的发电机定子95%接地保护动作出口，跳开发电机出口断路器，并连锁停机停堆。

秦山一厂的发电机95%定子接地保护为基波零序电压保护装置，共设置两套，所需零序电压信号分别取自发电机出口的1#和2#电压互感器，保护定值为7V，当零序电压超过保护定值并持续500ms即跳开发电机出口断路器。

通过事故后对录波文件和保护系统文件的分析，发现2#电压互感器的A相曾消失900ms以及与此同时保护装置测得的零序电压为37V，可推断A相一次侧曾断开900ms，引起A相电压消失同时出现较高的零序电压，从而造成发电机跳闸。但事后对2#电压互感器检测为发现其故障，目前A相电压消失的原因尚不明确。

图1

所以秦山一厂的发电机定子接地保护存在一定缺陷，当发电机出口电压互感器某相出现一次侧故障时（如一次侧断线、熔丝熔断等），该相二次侧电压会变为0，零序电压会上升到33V左右，引起定子接地保护误动。

对于秦二厂的发电机定子接地保护，目前有两套保护装置，分别为基波零序电压保护和外加20Hz电源的信号注入法定子接地保护，保护范围分别为95%和100%。图2是秦二厂的保护接线图。

图2

1 基波零序电压定子接地保护原理

发电机定子绕组（设A相距中性点a处），发生单相接地时，则机端的零序电压为：则机端的零序电压为Ua=（1-a）Ea，Ub=Eb-aEa，Uc=Ec-aEa；可见A相接地时的零序电压3U0=-aEa（其它相同），利用3U0作为动作保护参量，构成基波零序电压定子接地保护。基波零序电压可以在机端或中性点处获得，对于发电机中性点经变压器接地的情况，基波零序电压可取自中性点变压器的二次电压。但是由于在发电机中性点处存在位移电压，该保护不可避免的在中性点附近存在死区，而且当经过过渡电阻接地时灵敏度就更低了。

秦一厂和秦二厂都采用基波零序电压定子接地保护，不同的是秦一厂的信号取自发电机出口电压互感器，然后通过计算得出零序电压。所以在发生电压互感器断线的情况下会出现保护误动。而秦二厂的发电机采用中性点经消弧线圈接地方式，如图2所示，利用消弧线圈作为原边，在副边感应出电压，通过三次谐波过滤得到比较高品质的零序电压。但是由于发电机三相出线对地电容不同，所以不可避免的会造成中性点处存在一定的零序电压，为了躲过正常运行时的零序电压，该保护设定一定的动作阈值，从而使得该保护只能保护发电机定子的95%，即从中性点开始的5%得不到保护。

对于秦二厂的基波零序电压定子保护装置，如果发生一次侧或二次侧断线或熔丝熔断故障，只会造成接收不到中性点的零序电压，这样会使保护装置拒动，而不会造成保护误动。

2 外加20Hz电源的信号注入法定子接地保护原理

秦二厂的基于外加低频信号的注入式定子接地保护也是利用发电机中性点处消弧线圈，低频信号由消弧线圈注入，一旦发电机定子绕组发生单相接地，注入回路的零序电压和零序电流均发生变化，从而可计算得到接地电阻值，动作于信号或跳闸。下面两图分别为秦二厂外加20Hz电源定子接地保护的原理图和简化等效电路。

图3 中性点经消弧线圈接地时外加20Hz电源保护原理

图4 中性点经消弧线圈接地时外加电源20Hz保护的简化等效电路

R■■为接地故障电阻；X■■为消弧线圈的感抗；X■■为发电机对地容抗；

各参数为20Hz下折算到二次侧的值

该保护采用20Hz频率的电源，可以与发电机正常运行和故障时的频率明显区分。通过电压互感器和电流互感器测得的20Hz零序电压和零序电流参数，计算发电机的对地绝缘电阻。当发电机定子绕组侧绝缘正常时，计算出的接地电阻为无穷大；一旦发生定子接地故障，零序电压和零序电流均发生变化，计算出的接地电阻减小，装置根据接地电阻值和零序电流的大小来判断是否出现了定子接地故障。

20Hz信号注入式定子接地保护具有以下优点：

（1）在发电机静止、启动和正常运行状态下可有效发现其定子单相接地故障，并可监视定子绕组绝缘的缓慢老化；

（2）可准确计算出接地故障电阻值；

（3）保护范围为100%定子绕组，灵敏度高，无保护死区；

（4）一般该类保护都具有完善的监视功能，即保护装置内部发生PT或CT断线及短路时会自动闭锁保护动作，以及当保护装置电源异常时闭锁电源输出，并发出报警信号。

由于该保护在任何时候都可以起到保护作用，因此在停机检修时需要将该保护退出，否则会引起不必要的误动。

发电机发生定子绕组接地时，由于消弧线圈的作用，电流并不会太大。秦二厂发电机出口电压20kV，容量650MW，国家规定的安全电流为1A。只要低于安全电流，就不会产生电弧，不会对发电机定子产生太大损害。所以有的电厂当发电机定子一点接地且接地电流不超过安全电流时采取只发信号而不跳机的措施。但是如果定子绕组一点接地，流过故障点的电容电流会导致发电机铁心局部过热，烧坏铁心硅钢片间绝缘，造成定子绕组匝间短路或相间短路，这种情况下会烧毁发电机，因此秦二厂采取定子一点接地即跳闸的策略，从而保证发电机的安全。

[责任编辑：汤静]