定子依赖注入

http://www.
aepsGinfo.
com发电机机端电压互感器匝间短路导致定子接地保护动作分析陈俊,陈佳胜,张琦雪,严伟,沈全荣(南京南瑞继保电气有限公司,江苏省南京市211102)摘要:近年来,发生了多起发电机机端电压互感器(TV)一次绕组匝间短路导致定子接地保护动作的事故,增加了故障排查的工作量.
文中推导了TV一次绕组匝间短路时,对地相电压和线电压的计算公式,得出故障发生时定子对地零序电压升高,对地电压最高相(比正常时有所升高)的下一相即为故障相,以及线电压没有明显变化的结论,并通过现场录波数据验证了理论分析的正确性.
文中还提出了利用注入式定子接地保护的电阻判据区分TV一次绕组匝间短路和定子接地故障的思路,为快速排查故障提供参考.
关键词:发电机;定子接地故障;电压互感器;匝间短路;零序电压型定子接地保护;注入式定子接地保护收稿日期:2015G05G11;修回日期:2015G10G23.
上网日期:2016G03G25.
0引言发电机的机端一般有两种类型的电压互感器(TV),其中一种TV用于定子匝间保护,其一次绕组中性点不接地,其开口三角可以反映纵向零序电压,称为专用TV;另外一种TV的一次绕组中性点直接接地,其开口三角可以反映定子对地零序电压,称为普通TV(下文简称"机端TV").
近年来,发生了多起机端TV故障导致定子接地保护动作的事故,增加了故障排查的工作量.
文献[1]分析了一起TV二次短路引起定子接地保护动作的案例,并且规范了TV二次回路设计原则,有利于提高定子接地保护的动作可靠性.
文献[2G7]介绍了几起TV一次绕组匝间短路导致定子接地保护动作的案例,并且对故障排查过程和TV检验方法进行了详细介绍.
目前,针对TV一次绕组匝间短路导致定子接地保护动作的机理分析尚未见报道.
当发电机机端TV的一次绕组发生匝间短路故障时,该相对地等效阻抗减小,而其他两相对地阻抗不变,导致定子三相对地阻抗不平衡,会产生一定的机端对地零序电压和中性点对地零序电压,可能导致基波零序电压定子接地保护动作.
本文将建立TV匝间短路时的等效电路,推导故障时的对地相电压和线电压计算公式,总结机端TV一次绕组匝间短路时的电气特征,为分析定子接地保护动作行为和快速排查故障提供参考.
1机端TV一次绕组匝间短路时的电气特征分析发电机机端TV的等效电路如图1所示.
图1电磁式TV的等效电路Fig.
1EquivalentcircuitofelectromagnetictypeTV图1中:CA,CB和CC分别为发电机电压系统每相对地等效电容;RN为发电机中性点对地电阻一次值;EA,EB和EC分别为发电机定子A,B,C三相的电动势;ZA,ZB和ZC分别为TV一次对地阻抗.
发电机机端每相对地导纳为:YA=jωCA+1ZAYB=jωCB+1ZBYC=jωCC+1ZCìí(1)式中:YA,YB和YC分别为机端A,B,C相对地导纳.
根据基尔霍夫电流定律,有341第40卷第10期2016年5月25日Vol.
40No.
10May25,2016DOI:10.
7500/AEPS20150511001UNN′RN=-[(EA+UNN′)YA+(EB+UNN′)YB+(EC+UNN′)YC](2)式中:UNN′为发电机中性点对地零序电压.
由式(2)可得:UNN′=-EAYA+EBYB+ECYCYA+YB+YC+1RN(3)正常运行时,机端三相对地导纳近似相等,UNN′≈0.
发电机机端三相对地电压为:UA=EA+UNN′UB=EB+UNN′UC=EC+UNN′ìí(4)假设正常情况下,三相对地等效电容相等,均为C;TV的二次负载阻抗相等,均为z,TV的电压变比为NT,则TV的一次对地阻抗为:ZA=ZB=ZC=N2Tz(5)当TV的一次绕组A相发生了匝间短路时,设短路匝数比为α(0|UB|2|UC|2>|UA|2{(22)即C相对地电压最高,且|UC|2>|EA|2,可见,A相匝间短路时,C相电压会升高,另外两相电压的大小关系与短路匝数比有关.
同理可推导出B,C相匝间短路时的三相对地电压表达式,均用故障相的电动势表示.
机端TV的一次绕组B相发生匝间短路时,满足以下关系:UA=EA+UNN′=ej120°EB+UNN′=-A+12è÷+jB+32è÷éêêùúúEB(23)UB=EB+UNN′=[(1-A)+jB]EB(24)UC=EC+UNN′=e-j120°EB+UNN′=-A+12è÷+jB-32è÷éêêùúúEB(25)可得:|UA|2>|UC|2|UA|2>|UB|2{(26)并且|UA|2>|EB|2,可见,B相匝间短路时,A相电压会升高.
机端TV的一次绕组C相发生匝间短路时,满足以下关系:UA=EA+UNN′=e-j120°EC+UNN′=-A+12è÷+jB-32è÷éêêùúúEC(27)UB=EB+UNN′=ej120°EC+UNN′=-A+12è÷+jB+32è÷éêêùúúEC(28)UC=EC+UNN′=[(1-A)+jB]EC(29)可得:|UB|2≥|UA|2|UB|2>|UC|2{(30)并且|UB|2>|EC|2,可见,C相匝间短路时,B相电压会升高.
根据以上分析可以得出以下规律:当发电机机端TV一次绕组发生匝间短路时,电压最高相的下一相为故障相,与定子经过渡电阻接地时的故障特征相似[10].
机端TV一次绕组匝间短路时的线电压UAB,UBC和UCA如下:UAB=UA-UB=(EA+UNN′)-(EB+UNN′)=EA-EB(31)UBC=UB-UC=(EB+UNN′)-(EC+UNN′)=EB-EC(32)UCA=UC-UA=(EC+UNN′)-(EA+UNN′)=EC-EA(33)显然,发电机机端TV一次绕组发生匝间短路时,TV的线电压不变.
需要注意的是,机端TV一次绕组匝间短路时,由于故障相已不能准确传变,利用相电压计算的线电压可能存在一定的误差,三个线电压可能略有偏差,但变化不会太明显.
2现场录波数据验证2012年3月18日15时51分37秒,南京HGY电厂4号发电机的双套基波零序电压定子接地保护同时动作跳闸.
4号发电机容量为330MW,功率因数为0.
85,一次额定电压为20kV,一次额定电流为11208A,机端有3组TV,其中TV1为定子匝间专用TV,型号为JDZX16G20G,TV2和TV3为普通TV,型号为JDZX16G20,机端TV的变比均为20kV/100V/57.
74V,准确级均为0.
2/0.
5/3P,发电机中性点接地变电压变比为20kV/230V.
基波零序电压定子接地保护取发电机中性点零序电压,零序电压定值为8.
5V,零序电压保护延时为0.
8s.
对发电机机端TV均作了直流电阻和励磁特性(伏安特性)试验,发现第二组TV的B相有严重的问题,其他TV试验结果均正常.
二次绕组电压为10V时,A相空载励磁电流为0.
097A,B相空载励磁电流为13.
42A,C相空载励磁电流为0.
102A.
一次直流电阻测试结果:A相1122Ω,B相1097Ω,C相1117Ω.
最终排查结果为机端TV2的B相匝间短路故障.
保护装置记录的发电机机端对地零序电压和中性点对地零序电压波形如图2所示.
541陈俊,等发电机机端电压互感器匝间短路导致定子接地保护动作分析图2发电机机端和中性点零序电压波形Fig.
2WaveformsofgeneratortermandneutralzeroGsequencevoltage由图2可见,发电机机端和中性点零序电压的基波幅值均超过了10V,超过零序电压定值,因此,基波零序电压保护按整定的0.
8s的延时动作.
发电机机端TV2三相电压波形及其基波有效值如图3所示.
图3发电机机端TV2三相电压波形Fig.
3Generatorterm3GphasevoltagewaveformsofTV2由图3可见,故障时TV2的三相电压之间没有发生明显的不对称,与定子绕组经比较大的过渡电阻接地时的特征相似,故障相(B相)电压最低,约为51V,比正常时有所降低,超前相(A相)电压最高,约为64.
6V,比正常时有所升高,而滞后相(C相)电压约为57.
3V,比正常时略微降低,其大小介于A,B相电压之间,与前面的理论分析一致.
机端TV2的线电压波形及其基波有效值如图4所示.
可见,机端TV2发生匝间短路故障时,其线电压大小没有明显变化,与前面的理论分析一致.
以上案例证明了本文理论分析的正确性.
此外,其他多个案例录波数据也[4G7]表明,机端TV一次绕组匝间短路时,相关电气特征也与以上分析完全吻合.
图4发电机机端TV2线电压波形Fig.
4GeneratortermlinevoltagewaveformsofTV23结语发电机机端普通TV一次绕组匝间短路时,具有以下电气特征.
1)机端和中性点均会出现对地零序电压,可能导致基波零序电压定子接地保护动作.
2)电压最高相(比正常时有所升高)的下一相为故障相,与定子经过渡电阻接地时的故障特征相似.
3)机端TV的线电压变化不明显,也与定子单相接地故障的电气特性相似.
机端TV一次绕组匝间短路故障时,注入式定子接地保护实测的对地绝缘电阻值一般不会明显下降,而定子单相接地故障时,对地绝缘电阻值会明显下降,利用该特征可以区分TV匝间短路和定子接地故障,对快速排查故障将具有重要的指导作用.
参考文献[1]王昕,刘世富,王庆玉,等.
电压互感器二次短路引起发电机定子接地保护动作分析[J].
电力系统自动化,2013,37(6):130G133.
WANGXin,LIUShifu,WANGQingyu,etal.
Analysisonstatorgroundfaultprotectiontripcausedbygroundfaultinvoltagetransformercircuit[J].
AutomationofElectricPowerSystems,2013,37(6):130G133.
[2]吕景顺,孙亚明,马建海,等.
发电机出口电压互感器匝间故障引起机组定子接地保护动作实例分析[J].
大电机技术,2009(9):74G75.
LJingshun,SUNYaming,MAJianhai,etal.
CasestudyofthestatorgroundingprotectionactofthegeneratorsetcausedbytheinterGturnfaultofthevoltagetransformerofgeneratoroutlet[J].
LargeElectricMachineandHydraulicTurbine,2009(9):74G75.
[3]刘宝华,杨洪亮,王福才.
发电机出口PT匝间短路故障分析[J].
电站系统工程,2013,29(6):53G54.
LIUBaohua,YANGHongliang,WANGFucai.
GeneratoroutletPTGturnfaultanalysis[J].
PowersystemEngineering,2013,29(6):53G54.
[4]赵立新.
一起发电机定子接地保护动作分析[C]//第二届全国发6412016,40(10)工程应用http://www.
aepsGinfo.
com电厂电气专业技术交流研讨会论文集,2009:57G58.
[5]赵淼,赵文炎,高自伟,等.
电压互感器一次绕组匝间短路引起发电机运行异常的分析及处理[J].
黑龙江电力,2014,36(2):160G162.
ZHAOMiao,ZHAOWenyan,GAOZiwei,etal.
AnalysisandtreatmentoftheabnormalityofgeneratorcausedbypotentialtransformerprimarywindingbetweenGturnsshortcircuit[J].
HeilongjiangElectricPower,2014,36(2):160G162.
[6]张兵海,苏艳宾,马彦河,等.
TV故障引起的发电机定子接地保护动作分析[J].
河北电力技术,2011,30(4):5G6.
ZHANGBinghai,SUYanbin,MAYanhe,etal.
Analysisongeneratorstatorearthfaultprotectionbyvoltagetransformerfault[J].
HebeiElectricPower,2011,30(4):5G6.
[7]李军保,焦斌,潘生华,等.
一起发电机电压互感器匝间故障导致的跳机事故分析[C]//2013年继电保护专业年会暨学术研讨会论文集,2013:42G49.
[8]电流互感器和电压互感器选择及计算导则:DL/T866—2004[S].
北京:中国电力出版社,2004.
[9]王维俭.
电气主设备继电保护原理与应用[M].
2版.
北京:中国电力出版社,2001.
[10]陈俊,刘梓洪,王明溪,等.
不依赖注入式原理的定子单相接地故障定位方法[J].
电力系统自动化,2013,37(4):104G107.
CHENJun,LIUZihong,WANGMingxi,etal.
LocationmethodofstatorsingleGphasegroundfaultindependentofinjectiontypeprinciple[J].
AutomationofElectricPowerSystems,2013,37(4):104G107.
陈俊(1978—),男,通信作者,硕士,高级工程师,主要研究方向:电气主设备保护.
EGmail:chenj@nrec.
com陈佳胜(1975—),男,硕士,高级工程师,主要研究方向:电气主设备保护.
张琦雪(1974—),男,博士,研究员级高级工程师,主要研究方向:电气主设备保护.
(编辑代长振)OperationAnalysisofStatorEarthProtectionDuetoVoltageTransformerInterGturnShortGcircuitatGeneratorTerminalCHENJunCHENJiashengZHANGQixueYANWeiSHENQuanrongNRElectricCo敭Ltd敭Nanjing211102ChinaAbstractAnumberofaccidentsofstatorearthprotectionactionduetointerGturnshortcircuitfaultofvoltagetransformersprimarywindingatgeneratorterminalhavehappenedinrecentyearsincreasingtheworkloadoftroubleshooting敭TheformulasforphasevoltagesandlinevoltagesrelativetogroundarededucedduringinterGturnfaultofvoltagetransformersprimarywinding敭ThecorrespondingconclusionsareobtainedthatduringthefaultthephasenexttothatofthezeroGsequencevoltageofthestatorrisingandbeinghighestrelativetonormaltimetothegroundisthefaultphaseandthatthelinevoltageisconstant敭Thecorrectnessoftheoreticalanalysisisverifiedbyfieldrecordeddata敭ThispaperalsoputsforwardthethoughtofusingthecriteriaforresistanceofstatorgroundfaultprotectionwithinjectionvoltagetodistinguishbetweeninterGturnshortcircuitfaultofvoltagetransformersprimarywindingandstatorgroundfaultprovidingareferenceforrapidtroubleshooting敭KeywordsgeneratorstatorgroundfaultvoltagetransformerinterGturnfaultzerosequencevoltagetypestatorgroundfaultprotectionvoltageinjectiontypestatorgroundfaultprotection(上接第115页continuedfrompage115)OperationalControlMethodforLowFrequencyOscillationBasedonOscillationClusterIdentificationWENBojian1WANGFangzong21敭SchoolofElectricPowerSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou510640China2敭CollegeofElectricalEngineering&NewEnergyChinaThreeGorgesUniversityYichang443002ChinaAbstractThelowfrequencyoscillationwithlocalmodecausedbygeneratorsinthepowergridisincreasinglyprominent敭Oscillationsourcedeterminationanddampingisthekeytosolvethisproblem敭Anoperationalcontrolmethodbasedonoscillationclusteridentificationisthusproposedfordampinglowfrequencyoscillation敭Thismethodidentifiesgeneratorsinvolvedinlowfrequencyoscillationbytheamplitudeandfrequencyoftheirphasormeasurementunitactivepowerdataatfirst敭Thentheinvolvedgeneratorsaredividedintotwooppositeclustersbasedoncorrelationcoefficientsbetweentheirrotorangularvelocities敭Sourcegeneratorintheactiveclusteristhemainreasonforcausingoscillationandprovidesoscillationenergywhilethegeneratorinthepassiveclusterisdriventooscillateandconsumeoscillationenergyformaintainingoverallsystemenergyconservation敭Thenoperationalcontrolmeasuresarefinallyprovidedtodamptheoscillation敭Resultsoftwopracticalapplicationcasesonarealprovincialpowersystemdemonstratethatthisoperationalcontrolmethodisfastandeffectivefordampingthelowfrequencyoscillation敭Keywordslowfrequencyoscillationclusteridentificationsynchronousphasormeasurementunitstabilitycontrol741陈俊,等发电机机端电压互感器匝间短路导致定子接地保护动作分析