反应零序电压的匝间短路保护优化：详解方案

大容量发电机,由于其结构紧凑,在中性点侧往往只有3个引出端子,无法装设横差保护。因此大机组通常采用纵向零序电压原理的匝间短路保护。

发电机中性点一般是不直接接地的,正常运行时,发电机A、B、C三相机端与中性点之间的电动势是平衡的;当发生定子绕组匝间短路时,部分绕组被短接,相对中性点而言,机端三相电动势不平衡,出现纵向零序电压。

由于定子绕组匝间短路时会出现纵向零序电压,而正常运行或定子绕组出现其他故障的情况下纵向零序电压几乎为零,因此,通过反应发电机三相相对中性点的纵向零序电压可以构成匝间短路保护。

当发电机内部或外部发生单相接地故障时,机端三相对地之间会出现零序电压。这两种情况是不一样的,为检测发电机的匝间短路,必须测量纵向零序电压,为此一般装设专用电压互感器。电压互感器的一次侧星形中性点直接与发电机中性点相连接,不允许接地。

专用电压互感器的开口三角侧的电压仅反应纵向零序电压,而不反应机端对地的零序电压。保护的原理图如图11-6所示。

发电机正常运行时,互感器1TV的不平衡基波零序电压很小,但可能含有较大的三次谐波电压。为降低动作值和提高灵敏度,保护装置需要有良好的滤除三次谐波的滤过器。

在发电机外部发生不对称短路时,发电机机端三相电压不平衡,也会出现纵向基波零序电压,发电机匝间短路保护可能误动,因此必须采取措施。

图11-6　发电机纵向零序电压式匝间短路保护原理图(www.xing528.com)

发电机定子绕组匝间短路时,机端会出现负序电压、负序电流及负序功率(从机端TA、TV测得),并且负序功率的方向是从发电机内部流向系统。发电机外部发生不对称短路时,同样会感受到负序电压、负序电流及负序功率,但负序功率的方向是从系统流向发电机,与发电机定子匝间短路时负序功率的方向相反。因此,在匝间短路保护中增加负序功率方向元件,如图11-6中的P2,当负序功率流向发电机时P2动作,闭锁保护,防止外部故障时保护误动。

在整定纵向零序电压式匝间保护的零序电压元件的动作电压值时,首先应对发电机定子的结构进行研究,粗略计算发生最少匝数匝间短路时的最小零序电压值,然后根据最小零序电压进行整定。

动作电压U0.op按下式进行整定

式中 U0.op——定子绕组匝间短路保护动作电压;

Krel——可靠系数,可取0.8;

U0.min——匝间短路时最小的纵向零序电压。

根据运行经验,动作电压可取2.5～3V。