1000MW機(jī)組為特大容量的發(fā)電機(jī)組，特大容量機(jī)組的損壞或運(yùn)行中突然跳閘，將造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，且對(duì)電力系統(tǒng)造成較大的沖擊。因此，為確保特大容量發(fā)變組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，對(duì)其配置安全完整、性能良好、動(dòng)作可靠、構(gòu)成合理的繼電保護(hù)裝置是非常必要的。

　　000MW機(jī)組的主要特點(diǎn)1000MW機(jī)組的主要特點(diǎn)及其對(duì)保護(hù)的影響主要有以下幾點(diǎn)：機(jī)組由于價(jià)值更高，相應(yīng)損壞后維修成本很高。因此，要求保護(hù)更加靈敏、快速，如能實(shí)現(xiàn)大型機(jī)組在停機(jī)狀態(tài)或起、停機(jī)過(guò)程中的定子接地故障保護(hù)、轉(zhuǎn)子接地故障保護(hù)等。

　　容量很大，停電損失巨大。停電1h即100萬(wàn)度電。假設(shè)上網(wǎng)電價(jià)0.3元/度，即每小時(shí)損失30萬(wàn)元人民幣。因此，要求保護(hù)更加安全、可靠。

　　主變壓器因重量大、體積大、運(yùn)輸難度高等原因，通常采用單相變壓器。因此主變相間故障的幾率大為降低，接地短路的幾率相對(duì)增加，有必要加強(qiáng)這方面的保護(hù)。零序差動(dòng)保護(hù)對(duì)于變壓器高壓繞組的接地故障表現(xiàn)出很高的靈敏度，受涌流的影響也小。在縱差保護(hù)對(duì)高壓繞組單相接地靈敏度不夠時(shí)可配置零差保護(hù)。

　　發(fā)電機(jī)容量增加后，主回路額定電流越來(lái)越大，CT參數(shù)也相應(yīng)大幅提高，導(dǎo)致CT選擇和設(shè)計(jì)時(shí)要更加全面；故障電流增加，CT飽和情況更加嚴(yán)重，差動(dòng)保護(hù)需考慮CT嚴(yán)重飽和時(shí)保護(hù)的動(dòng)作特性。

　　定子繞組多采用水內(nèi)冷。由于機(jī)械損傷或發(fā)生漏水等原因，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近的定子繞組發(fā)生單相接地是完全存在的。發(fā)電機(jī)單相接地后，由于電容電流引起的間歇性電弧，將有可能對(duì)發(fā)電機(jī)定子鐵芯等部件嚴(yán)重灼傷。如果這種發(fā)電機(jī)單相接地不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，將引發(fā)匝間短路、相間短路或兩點(diǎn)接地短路等，從而嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)電機(jī)定子線圈等部件。大型發(fā)電機(jī)由于材料利用率高，結(jié)構(gòu)緊湊，發(fā)生定子鐵芯等部件嚴(yán)重灼傷或定子線圈損壞等故障后，修復(fù)將變得十分困難。

　　該工程選用東方電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的QFSN-1039-2-27型發(fā)電機(jī)，采用自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，由三臺(tái)并接于發(fā)電機(jī)機(jī)端的單相勵(lì)磁變（容量約為3X3300kVA）作為勵(lì)磁電源，經(jīng)可控硅整流后供給發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流。機(jī)組以發(fā)電機(jī)一主變壓器組單元接線接入500kV系統(tǒng)，500kV配電裝置為屋內(nèi)GIS，雙母線接線。主變壓器為三臺(tái)單相變壓器，高壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地。3主變壓器零序差動(dòng)保護(hù)的配置該工程主變壓器采用三臺(tái)單相變壓器，容量為380MVA，高壓側(cè)接入500kV升壓站。單相變壓器繞組的短路類(lèi)型主要是繞組對(duì)鐵芯（即地）的絕緣損壞（即單相接地短路故障），相間短路故障出現(xiàn)的可能性極小。變壓器縱差保護(hù)是比較變壓器高低壓相電流的差，對(duì)于變壓器相間短路故障的靈敏度很高。對(duì)于YN，d接線變壓器，當(dāng)接地故障點(diǎn)位于高壓繞組的部分范圍內(nèi)時(shí)，其故障電流在保護(hù)裝置中呈現(xiàn)穿越性，此時(shí)縱差保護(hù)靈敏度很低，或者根本不會(huì)動(dòng)作。因此該工程主變壓器配置了零序差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的接地保護(hù)，其保護(hù)配置接線見(jiàn)。

　　在主變壓器高壓側(cè)發(fā)生故障時(shí)（見(jiàn)K1點(diǎn)），三相短路電流為36.68kA，兩相接地短路電流為37.49kA，單相短路電流為38.65kA.保護(hù)整定計(jì)算如下：避越外部單相接地故障時(shí)的不平衡電流：避越外部三相短路時(shí)的不平衡電流：躲過(guò)勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的不平衡電流：系數(shù)，取1.5；Kap為非周期分量系數(shù)，取2；Kcc為電流互感器同型系數(shù)，取0.5；Ker為電流互感器的比誤差，取0.1；Am為由于電流互感器變比未完序號(hào)故障類(lèi)型差動(dòng)電流3WA制動(dòng)電流作情況1外部三動(dòng)2夕卜部AB相動(dòng)3外部A相接地動(dòng)4內(nèi)部A相接地3/0.T可靠動(dòng)作（說(shuō)明）說(shuō)明：區(qū)內(nèi)故障/與/方向相反，且/總是大于/a.因此，區(qū)內(nèi)單相接地故障時(shí)差動(dòng)電流總是遠(yuǎn)大于制動(dòng)電流的。

　　全匹配而產(chǎn)生的誤差，取0.5；%為變壓器電流互感器變比，取2000/1A；/（1amax為保護(hù)區(qū)外比較大單相或兩相接地短路電流，該工程取單相接地短路電流；/（3.max為外部比較大三相短路電流；/N/a為變壓器基準(zhǔn)側(cè)額定二次電流；為變壓器的容量；%為變壓器基準(zhǔn)側(cè)電壓。

　　由上述計(jì)算可知，保護(hù)整定動(dòng)作電流取計(jì)算結(jié)果的比較大值4.4A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于變壓器的額定電流0.685A，其內(nèi)部接地短路的靈敏度并不高。為此將保護(hù)改為比率制動(dòng)式原理，采用比較大相電流制動(dòng)的原理的保護(hù)裝置，其零序制動(dòng)電流：=max（/A、/B、/.），制動(dòng)電流取高壓側(cè)的比較大相電流作為制動(dòng)電流，零序差動(dòng)電流為3/0d.其保護(hù)動(dòng)作情況見(jiàn)表1. 4發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的配置對(duì)所示的發(fā)變組接線提出以下定子接地保護(hù)配置方案。

　　4.1基波零序電壓和三次諧波電壓式接地保護(hù)機(jī)端開(kāi)口三角基波零序電壓，保護(hù)機(jī)端至中性點(diǎn)端90%95%范圍內(nèi)的線圈。保護(hù)裝置由反映在發(fā)電機(jī)機(jī)端至中性點(diǎn)90%范圍內(nèi)的基波零序電壓構(gòu)成90%定子接地保護(hù)。

　　由于中性點(diǎn)通過(guò)的電流為零序電流，產(chǎn)生基波和三次諧波電壓，其中三次諧波電壓較大，經(jīng)過(guò)濾波濾去基波，得到三次諧波參數(shù)，與機(jī)端開(kāi)口三角三次諧波比較，來(lái)保護(hù)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近的10%定子繞組，從而構(gòu)成對(duì)定子繞組的100%保護(hù)。

　　這種保護(hù)原理已經(jīng)在工程中廣泛應(yīng)用。由于不同的發(fā)電機(jī)之間有不同的三次諧波分布，定值通常需要經(jīng)過(guò)進(jìn)行一次側(cè)試驗(yàn)后實(shí)測(cè)得到；另外三次諧波的測(cè)量位置如在中性點(diǎn)，在機(jī)端電壓達(dá)到標(biāo)稱(chēng)電壓之前檢測(cè)不到；再則三次諧波含量也部分地受到發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況的影響（如受到有功功率和無(wú)功功率的影響），因此在應(yīng)用這個(gè)原理的保護(hù)時(shí)有一定的限制。

　　4.2注入式定子接地保護(hù)由于發(fā)電機(jī)存在中性點(diǎn)附近發(fā)生接地故障的風(fēng)險(xiǎn)，因此需要配置一套采用完全不同保護(hù)原理的裝置，以避免同原理的共性缺陷。另外，由于發(fā)電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中或大修以后發(fā)生定子接地故障的幾率大于連續(xù)運(yùn)行時(shí)，而大型機(jī)組傾向于在靜止無(wú)勵(lì)磁情況下仍有定子繞組接地保護(hù)，有必要對(duì)定子接地保護(hù)提出更高的要求，即保護(hù)的測(cè)量原理應(yīng)該與發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工況無(wú)關(guān)。因此，配置了一套注入式定子接地保護(hù)。這種保護(hù)的基本原理為：在發(fā)電機(jī)的定子繞組中性點(diǎn)和地之間外加一個(gè)低頻交流電壓，該電壓的幅值很?。ㄐ∮?%3%的發(fā)電機(jī)額定電壓）。當(dāng)定子繞組發(fā)生接地故障時(shí)，通過(guò)接地電阻形成閉合環(huán)路，產(chǎn)生低頻的故障電流。這種測(cè)量接地故障的方法與定子繞組故障點(diǎn)的位置無(wú)關(guān)。并且可以在發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)前可以先投入定子接地保護(hù)。為注入式定子接地保護(hù)的接線示意圖。

　　輔助電源裝置將低頻電壓加在負(fù)載電阻凡上，并通過(guò)接地變壓器，將低頻電壓信號(hào)注入到發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地的零序回路中；帶通濾波器：通過(guò)20Hz低頻電壓信號(hào)，防止50Hz電壓倒灌入電源；保護(hù)裝置檢測(cè)注入的電壓、電流信號(hào)，通過(guò)保護(hù)計(jì)算判斷接地故障。

　　注入式定子接地保護(hù)可以反映定子繞組絕緣的均勻下降，起到監(jiān)督絕緣老化的作用；并且不受運(yùn)行工況的影響，在發(fā)電機(jī)靜止、起停過(guò)程、空載運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行、甩負(fù)荷等各種工況下，均能提供定子接地保護(hù)；保護(hù)范圍為100%，靈敏度高；受定子繞組對(duì)地電容影響?。唤拥仉娮璧膶?shí)測(cè)結(jié)果、電阻判據(jù)中的電阻定值為一次值，更直觀。目前國(guó)內(nèi)幾大保護(hù)廠家相繼開(kāi)發(fā)了外加電源式保護(hù)且已有一些良好的應(yīng)用業(yè)績(jī)，多年的實(shí)際運(yùn)行情況表明，保護(hù)非常靈敏、可靠，基本不需要維護(hù)。

　　4.3發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電阻選擇根據(jù)注入式定子接地保護(hù)的要求，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器二次側(cè)電阻要求>0.5Q，而該電阻的阻值是與發(fā)電機(jī)主變壓器主回路有關(guān)的。其選擇條件為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地后，可以達(dá)到：限制過(guò)電壓不超過(guò)2.6倍額定相電壓；設(shè)計(jì)中取發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地電阻值等于或小于發(fā)電機(jī)主變壓器回路對(duì)地容抗值。在本工程中，發(fā)電機(jī)電壓為27kV，發(fā)電機(jī)定子線圈單相對(duì)地電容為0.2096F，離相封閉母線單相對(duì)地電容為0.011 28，高廠變高壓側(cè)、主變低壓側(cè)、勵(lì)磁變高壓側(cè)繞組單相對(duì)地電容為0.034壚，所以發(fā)變組回路的總電容為0.764 64.接地電阻值選擇如下：按以往設(shè)計(jì)，接地變壓器二次側(cè)電壓一般取230V，因此接地變壓器二次側(cè)電阻值為：此變壓器二次側(cè)電阻不能滿足定子注入式保護(hù)的要求。為了滿足保護(hù)要求，將發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器的二次側(cè)電壓設(shè)計(jì)為500V，此時(shí)二次側(cè)電阻值為1.29Q，實(shí)際取值為1.25Q.，低頻方波電壓源為25V，則注入電壓為：1.17%的發(fā)電機(jī)額定電壓，滿足保護(hù)要求。

　　5結(jié)束語(yǔ)對(duì)于三臺(tái)單相的主變壓器建議配置零序差動(dòng)保護(hù)，采用比率制動(dòng)原理時(shí)保護(hù)裝置動(dòng)作更加靈敏可靠。

　　因零差保護(hù)的動(dòng)作電流與變壓器的穿越電流沒(méi)有直接關(guān)系，故該保護(hù)動(dòng)作電流與變壓器調(diào)壓分接頭的調(diào)整和勵(lì)磁涌流都無(wú)直接關(guān)系，因此用于發(fā)電廠主變壓器時(shí)，發(fā)電機(jī)出口是否裝設(shè)斷路器對(duì)保護(hù)裝置沒(méi)有影響，只是保護(hù)出口要多一個(gè)，用于跳發(fā)電機(jī)出口斷路器。

　　從保護(hù)整定中可見(jiàn)，電流互感器的同型系數(shù)對(duì)零差保護(hù)的動(dòng)作電流影響較大，因此工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能要求零差保護(hù)所用的電流互感器型式、變比和容量一致。

　　根據(jù)保護(hù)配置雙重化的理念，定子接地保護(hù)配置兩套不同原理的保護(hù)，一套采用零序電壓+三次諧波電壓式接地保護(hù)，另一套采用注入式定子接地保護(hù)，該保護(hù)可以兼做啟停機(jī)保護(hù)。

　　注入式定子接地保護(hù)的輸入電阻與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器的二次側(cè)電阻阻值的選擇有關(guān)；因此在設(shè)計(jì)中要注意一次專(zhuān)業(yè)與二次專(zhuān)業(yè)之間的配合。