反应定子绕组零序电压匝间短路保护优化方法

发电机内部匝间短路表现为机端三相对中性点的不平衡，产生对中性点的零序电压—纵向零序电压U0z；而当发电机外部发生不对称接地故障时，机端三相对地出现横向零序电压，因此利用纵向零序电压实现发电机内部故障保护是可行的。为了测量纵向零序电压，而不反应横向零序电压，这种保护元件必须装设专用电压互感器，如图77所示。

图77中，YH1的原方中性点不接地，采用高压电缆直接与发电机中性点连接（发电机中性点不接地或经高阻抗接地），这样在电压互感器开口三角处只反应纵向零序电压，即使当发电机内部或外部发生单相接地故障时，虽然一次系统出现了零序电压，即一次侧三相对地电压不再平衡，中性点电压升高，但是YH1一次侧中性点不接地，所以即使其中性点电位升高，但三相对中性点的电压仍然对称，开口三角处输出的纵向零序电压仍等于零。理论分析和实际运行经验表明，发电机纵向零序的大小与匝间短路的匝数和短路位置有关，当短路匝数较小时，纵向零序电压会很小。为了确保保护有足够的灵敏度，需要将保护的动作电压整定得很低。

图77　纵向零序电压保护接线示意图(www.xing528.com)

虽然从理论上说发电机纵向零序电压只在发电机内部匝间故障时出现，不过由于互感器三相参数不平衡、发电机内部三次谐波等因素的影响，YH1开口三角处在正常运行时仍会有不平衡电压输出。零序电压元件的动作整定值应大于不平衡电压。发电机电势中的三次谐波分量是客观存在的，其大小与发电机定子结构及总电势的大小有关。此外，还与发电机的负荷有关，测量表明，汽轮发电机三次谐波电势，随发电机有功负荷的增大而增大，而水轮发电机的三次谐波电势，则随发电机无功的增大而增大。为了解决三次谐波干扰的问题，模拟元件型保护普遍在U 0z元件内装有三次谐波滤过器（即硬件滤波），而微机型保护则采取付氏数字滤波（软件滤波）的办法来滤除U 0z中的三次谐波不平衡量。研究表明，发电机内部匝间短路时，发电机三次谐波电势（在专用TV开口三角形两端测量）减小，而机组外部故障时，发电机三次谐波电势增大。外部故障时发电机三次谐波电势增大可能是由于强行励磁等原因使发电机内磁场畸变增大而引起的。基于上述理由，国内研制出以三次谐波制动式纵向零序电压原理构成的匝间保护。但对于像发电机出口升压变压器低压侧绕组对发电机端短路、外部不同相在不同地点接地而构成的接地故障等情况，专用PT开口三角同样有基波零序电压输出，此时不能保证该保护装置不误动，这对大型发电机组是很不利的。