定子繞組單相接地保護(hù))概述定子繞組單相接地(定子繞組與鐵芯間的絕緣破壞)是發(fā)電機(jī)最常見的一種故障。由于大中型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻接地,定子單相接地并不產(chǎn)生大的故障電流。所以定子繞組單相接地通常只發(fā)信號而不跳閘,故障機(jī)組經(jīng)轉(zhuǎn)移負(fù)荷后平穩(wěn)停機(jī)。同時(shí)也應(yīng)指出:發(fā)電機(jī)單相接地故障往往是相間或匝間短路的先兆。因此對于大型發(fā)電機(jī)組,在定子單相接地保護(hù)動(dòng)作發(fā)信號后應(yīng)立即通知系統(tǒng)調(diào)度部瞬間減少故障機(jī)組負(fù)荷,盡快實(shí)現(xiàn)停機(jī)檢修二)發(fā)電機(jī)接地電流允許值發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增大,一般使三相定子繞組對地電容增加,相應(yīng)的接地電流也增大。如不采取措施(如增設(shè)消弧線圈),單相接地故障將危及定子鐵芯,而近代大型汽輪機(jī)組釆用復(fù)雜的輻相和軸向冷卻通道,其定子鐵芯是在幾兆牛壓力下鍛壓成的單一整體。因此定子鐵芯的檢修比較困難,停機(jī)時(shí)間比較長,造成相當(dāng)大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失因此必須對大型發(fā)電機(jī)的頂子單相接地電流制定個(gè)合理的安全允許值。為確保大型發(fā)電機(jī)的安全,不使單相接地故障發(fā)展成相間或匝間短路,應(yīng)使單相接地故障處產(chǎn)生電弧或使接地電弧瞬間熄滅。這個(gè)不產(chǎn)生電弧的最大接地電流被定乂為發(fā)單相接地的安全電流。其值與發(fā)電機(jī)的額定電壓有關(guān)。表1發(fā)電機(jī)接地電流允許值發(fā)電機(jī)額定電壓單相接地電流允許值發(fā)電機(jī)額定電壓單相接地電流允許值(A)6.3及以下18及以上對氫冷發(fā)電機(jī)可取為2.5A當(dāng)單相接地電流小于上述安全短路電流時(shí),定子接地保護(hù)動(dòng)作后只發(fā)信號而不跳閘,但應(yīng)及時(shí)處理,轉(zhuǎn)移負(fù)荷,平穩(wěn)停機(jī),以免再發(fā)生另一點(diǎn)接地故障而燒毀發(fā)電機(jī)。我國曾有過單相接地電流小于2A,調(diào)相機(jī)繼續(xù)長時(shí)間運(yùn)行,以至最終發(fā)展為相間短路的嚴(yán)重教訓(xùn)。三)大中型發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的基本要求國內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明,由于機(jī)械原因或水內(nèi)冷杋組的定子漏水,單相接地故障有可能首先在中性點(diǎn)附近發(fā)生(幾率較小),也可能故障初始是由位于中性點(diǎn)附近的定子多匝線圈中發(fā)生部分匝間短路。由于短路匝數(shù)少,橫差保護(hù)不能反應(yīng),故障繼續(xù)發(fā)展,最終中性點(diǎn)附近繞組的繞組對鐵芯擊穿,形成單相接地故障。如果定子接地保護(hù)在中性點(diǎn)附近存在死區(qū),則故障將進(jìn)一步蔓延為相間或?qū)娱g短路,使機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞。因此應(yīng)強(qiáng)調(diào)大中型發(fā)電機(jī)裝設(shè)無死區(qū)(100%保護(hù)區(qū))定子接地保護(hù)的必要性。對0萬kW及以上的發(fā)電機(jī)組,除此以外,還要求在定子繞組任一點(diǎn)經(jīng)過渡電阻接地時(shí),保護(hù)能靈敏動(dòng)作這是考慮到當(dāng)中性點(diǎn)附近首先經(jīng)過渡電阻接地時(shí)若保護(hù)靈敏度不夠而未能動(dòng)作,隨之在機(jī)端附近再發(fā)生第二點(diǎn)接地,中性點(diǎn)電位升高,第一個(gè)接地點(diǎn)的接地電流增大而過渡電阻減小,結(jié)果發(fā)生相間或匝間的嚴(yán)重短路。綜上所述,大中型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式和定子接地保護(hù)應(yīng)滿足三個(gè)基本要求,即:接地故障點(diǎn)電流不應(yīng)超過安全電流,確保定子鐵芯安全。保護(hù)動(dòng)作區(qū)覆蓋整個(gè)定子繞組。保護(hù)區(qū)內(nèi)仼一點(diǎn)接地故障應(yīng)有足夠高的靈敏度(即經(jīng)一定過渡電阻接地仍能動(dòng)作)。暫態(tài)過電壓數(shù)值較小,不威脅發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行在以上三個(gè)要求下,定子接地保護(hù)最好能判定接地故障位于機(jī)內(nèi)或機(jī)外,但實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)要求是比較困難的。四)發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地的特點(diǎn)A圖15發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí)的電流分布(a)三相網(wǎng)絡(luò)接線;(b)零序等效網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代的發(fā)電機(jī),其中性點(diǎn)都是不接地或經(jīng)消弧線圈接地的。因此,當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí),流經(jīng)接地點(diǎn)的電流仍為發(fā)電機(jī)所在電壓網(wǎng)絡(luò)(即與發(fā)電機(jī)有直接電聯(lián)系的各元件)對地電容電流之總和,而不同之處在于故障點(diǎn)的零序電壓將隨發(fā)電機(jī)內(nèi)部接地點(diǎn)的位置而改變。如圖15(a)所示,假設(shè)A相接地發(fā)生在定子繞組距中性點(diǎn)a處,表示由中性點(diǎn)到故障點(diǎn)的繞組占全部繞組匝數(shù)的百分?jǐn)?shù),則故障點(diǎn)各相電勢為aE灬、αE和aEe,而各相對地電壓分別為:UAD=0(24-1)因此,故障點(diǎn)的零序電壓為:(UAD+UBD+Ucd)=-aE上式表明,故障點(diǎn)的零序電壓將隨著故障點(diǎn)位置的不同而改變。由此可作出發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地的零序等效網(wǎng)絡(luò),如圖15(b)所示。圖中C為發(fā)電機(jī)每相的對地電容,C為發(fā)電機(jī)以外電壓網(wǎng)絡(luò)每相對地的等效電容。由此即可求出發(fā)電機(jī)的零序電容電流和網(wǎng)絡(luò)的零序電容電流分別為310e=jaco0do(a)=-j3ocoaeA(243)則故障點(diǎn)總的接地電流即為la(a)=-j3o(Coe+CDe)ae其有效值為3o(c+c)aE,式中E。為發(fā)電機(jī)的相電勢,般在計(jì)算時(shí),常用發(fā)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)的平均額定相電壓來伏替,即表示為3o(Cc+CoaU流經(jīng)故障點(diǎn)的接地電流也與∝成正比,因此當(dāng)故障點(diǎn)位于發(fā)電機(jī)出線端子附近時(shí),a≈1,接地電流為最大,其值為3o(Ca+C)U。。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí),流經(jīng)發(fā)電機(jī)零序電流互感器TA一次側(cè)的零序電流,如圖15(b)所示,為發(fā)電機(jī)以外電壓網(wǎng)絡(luò)的對地電容電流3mC0U,而當(dāng)發(fā)電機(jī)外部單相接地時(shí),如圖16所圖16發(fā)電機(jī)外部單相接地的流過TA1的零序電流為發(fā)電機(jī)零序等效網(wǎng)絡(luò)本身的對地電容電流。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí),實(shí)際上無法直接獲得故障點(diǎn)的零序電壓Uo,而只能借助于機(jī)端的電壓互感器來進(jìn)行測量。由圖15可見,當(dāng)忽略各相電流在發(fā)電機(jī)內(nèi)阻抗上的壓降時(shí),機(jī)端各相的對地電壓分別為:(1-a)EUBD