[发明专利]适应抽水蓄能机组变频启动的注入式定子接地保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域，更具体地涉及抽水蓄能机组的注入式定子接地故障的继电保护方法。

背景技术

大型发电机中性点一般采用高阻抗接地方式，较为常见的方式是经过单相配电变压器接地；变压器高压侧一端接发电机中性点，另一端接地；变压器低压侧接大容量的电阻，该电阻阻值折算至高压侧后，等效为几百欧姆到几千欧姆的电阻。该单相配电变压器又称为中性点接地变压器(Neutral Grounding Transformer)，简称为NGT。

当发电机定子绕组发生单相接地故障时，有可能故障电流破坏发电机定子铁心，也有可能引起非故障相的对地电压升高。由于大型发电机一旦定子铁心受到破坏，检修时间都比较长，机组停机的经济损失十分巨大。因此，大型发电机要求装设无死区的100％定子接地保护，其中，注入式定子接地保护已得到广泛应用。

注入式定子接地保护的基本原理是：低频电源装置将低频电压加在NGT低压侧负载电阻上，通过NGT将低频电压信号注入到发电机定子绕组对地的零序回路中，发电机定子绕组绝缘正常的情况下，注入的电流为电容电流；当发生接地故障后，注入电流出现电阻性电流。检测注入的低频电压、低频电流信号，通过相量计算，得到接地故障的过渡电阻；保护逻辑由电阻判据和零序电流判据共同构成，保护装置检测出接地故障过渡电阻(以下简称“过渡电阻”)阻值小于定值，判定出现定子接地故障；保护装置检测出零序电流值超过定值，同样判为定子接地故障。由于电压电流测量环节存在固有相角差，同时NGT不是理想变压器，注入的低频信号会在NGT上产生一定的压降，因此注入式定子接地保护在应用时，通常采用相角补偿、阻抗补偿，来削除这些影响。关于注入式定子接地保护的介绍可参考《大型发电机变压器内部故障分析与继电保护》(王维俭等编著，中国电力出版社，2006年)的第三章。

在发电机静止、发电两种工况下，保护装置测量注入电压电流之间的补偿后相角，假设分别为θ₀和θ₁。理想情况下，θ₀和θ₁相等。实际应用过程时，由于注入的低频信号比较小，NGT和电流互感器(CT)测量环节的信号传变有一定的非线性，所以θ₀和θ₁不相等，有少量偏差，该偏差直接影响过渡电阻测量的准确性。

为提高过渡电阻测量精度，常规的做法有两种：

(1)方法一。静止工况下，通过实测确定相角补偿定值θ_set；分别在发电机静止、发电两种工况下，实测θ₀和θ₁；人为调整定值θ_set，变为θ'_set，可使θ₁变为θ'₁。如果θ'₁＝θ₀，则保证了发电工况下有较高的测量精度。或者人为调整定值θ_set，变为θ'_set，使θ'₁介于θ₀、θ₁之间，放弃发电工况下较高的测量精度，保证了静止和发电两种工况下有相似的测量精度。

(2)方法二。文章《基于分段相角补偿的注入式定子接地保护方法》(《现代电力》，2014年第1期)公开的方法。先实测三次谐波电流对相角偏移的影响结果，将实测数据作为定值记录在保护装置内；发电机运行时，实测三次谐波电流的大小，根据定值进行分段补偿。

对于方法一，主要存在两个问题：(1)不能保证静止、发电两种工况同时达到较高的测量精度；(2)对于抽水蓄能机组，不能保证变频启动过程中也达到较高的测量精度，这是因为：

抽水蓄能机组，存在背靠背启动、SFC启动工况。不同的启动方式，发电机定子绕组外接的设备不同，且运行过程中电压变化较大，因此需要的相角补偿量会有差异，只用一个相角补偿是不够的。抽水蓄能机组的背靠背启动是把一台机组当作变频电源，电压由小逐渐变大、频率由小逐渐变为工频频率，这个过程中把电源输出加在启动机组定子绕组上，使该机组转速逐渐上升；SFC启动是通过静止频率变换器(Static Frequency Converter，简称SFC)将工频电源变换成变频电源，将该电源输出加在启动机组定子绕组上，使该机组转速逐渐上升。

对于方法二，主要存在的问题是：(1)实测的数据比较多，分段补偿的计算稍嫌复杂；(2)同样不能解决抽水蓄能机组变频启动时也需要有较好测量精度的问题。

发明内容