摘 要：目前中小水电机组多采用扩大单元接线方式，以降低建设成本。现有的定子接地保护如采用基波零序电流，基波零序电压、三次谐波和低频注入信号等方式的定子接地保护能够有效地实现100%定子接地保护， 但是上述接地保护方式用于扩大单元接线机组上时不能区分区内和区外故障，任一台发电机发生定子接地故障，会导致同单元内并列运行的多台发电机同时跳闸，扩大故障范围。文中分析了一种基于零序方向元件的选择性定子接地保护，介绍了其在深溪沟水电站的应用，解决了扩大单元接线方式下发电机定子接地保护无选择性的问题，通过现场试验，论证了该原理的正确性与可行性。
关键词：零序方向元件；定子接地保护；扩大单元接线；发电机
0引言
深溪沟水电站位于四川省大渡河中游汉源县和甘洛县交界部，为大渡河干流规划的第十八级电站，是上游瀑布沟电站的反调节电站。电站装设 4 台轴流转桨式水轮发电机组，单机容量为165 MW，两台三相组合式主变压器，容量为375MVA，采取“两机一变”的扩大单元接线方式，每台主变的低压侧母线与两台机组相连，各机组设置单独的GCB，机组中性点经接地变接地，主变高压侧以500 kV电压等级通过角形接线方式接入电力系统。深溪沟电站机组保护采用南瑞RCS-985系列RCS-985GW发电机保护装置及RCS-985RE注入式转子接地保护装置，定子接地保护为常规基波零序电压3U0+三次谐波3ω配置，在运行过程中存在单台机组发生定子接地故障，保护无选择性动作，导致单元内两台机组同时跳闸的隐患。为此，深溪沟水电站新增机组选择性定子接地保护装置，以解决扩大单元接线方式下发电机定子接地保护无选择性的问题。
1选择性定子保护原理分析
1.1选择性定子接地保护配置概述
每台机组新增一组CT作为机端零序电流采集元件，因受现场实际位置及设备状态限制，选用南瑞继保PCS-9250柔性式光学电流互感器安装于发电机定子出口A、B、C三相汇流铜排流入侧。该光学CT就地的一次传感器为光纤型式，可以很方便的缠绕在三相封闭母线的外壳上，辅以支撑框架即可，安装方便，节约空间。同时新增一面机组选择性定子接地保护屏，选用南瑞继保PCS-985RS发电机保护装置与PCS-220光学电流互感器采集单元进行组屏，两套装置双重化配置。
PCS-9250柔性式光学电流互感器就地传感部分通过配套光纤接入保护屏柜内部的PCS-220光学电流互感器采集单元。光学CT一次传感器中的光信号经过机端三相的一次电流合成磁场作用后，在光学CT采集单元中进行解析计算得到零序电流值，然后通过光纤送至PCS-985RS发电机保护装置。
1.2选择性定子接地保护原理
同单元内两台机组分别加装选择性定子接地保护装置，由新保护原理实现内部接地故障的选择性，其装置动作出口作为原有发电机保护装置RCS-985GW的外部重动回路开入量，由RCS-985GW实现跳闸。
所加装的选择性定子接地保护，其原理是在原有基波零序电压保护基础上增加零序方向开放元件，基波零序电压可通过控制字选取机组机端零序电压或中性点零序电压作为机组选择性定子接地保护的主判据，零序方向元件所采用的零序电流是采用光学电流互感器采集的机端零序电流，零序电压可通过控制字调整为采用装置自产机端零序电压或直采机端开口三角零序电压。通过零序电流量与零序电压量计算出零序分量灵敏角φ，方向元件的动作特性如图1所示，当接地故障点位于本台机组内部时，落于动作区内（即图中阴影部分）。
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图1 发电机定子零序方向的动作特性
2选择性定子保护逻辑分析
2.1选择性定子接地保护范围
选择性定子接地保护以光学电流互感器安装点为发电机定子区内外接地故障的分界点，即发电机中性点至出口三相母排光学CT安装处为区内，出口三相母排至主变低压侧母线为区外。
2.2选择性定子接地保护逻辑
选择性定子接地保护装置采集本台发电机出口断路器分闸位置信号，用于发电机并网状态判别。发电机空载并网前，选择性定子接地保护仅判别基波零序电压，不判零序功率方向，当发生接地故障时不区分区内外故障即跳闸；当发电机并网运行时，保护判别基波零序电压及零序功率方向，区分区内外故障，选择性跳闸。
基波零序电压保护设两段定值，一段为灵敏段，另一段为高定值段，延时可独立整定。灵敏段基波零序电压保护，其动作方程为：
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基波零序电压灵敏段可选择是否经灵敏角（零序方向）闭锁，即选择性功能。当基波零序电压保护选择中性点零序电压时，保护需经机端开口三角零序电压闭锁，闭锁定值不需整定，保护装置根据系统参数中机端、中性点 PT 的变比自动转换。
高定值段基波零序电压保护，可单独整定动作于跳闸，动作方程为：
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低定值灵敏段能正确区分发电机区内外接地故障，当区内发生接地故障时，保护动作出口；当区外发生接地故障时，保护装置发出告警信号。
即保护装置的两种情况下动作判据：
（1）GCB分位时：基波零序电压达到灵敏值即动作。
（2）GCB合位时：灵敏段：同时满足基波零序电压达灵敏值、灵敏角在动作区即动作；
高定值段：达到动作高定值即动作。
3选择性定子保护在深溪沟水电站的应用
深溪沟水电站选择性定子接地保护采用机组中性点零序电压作为保护动作主判据，零序方向元件通过选取机端零序电流及机端自产零序电压获取灵敏角φ，以实现扩大单元接线方式下机组发生定子接地故障后保护动作的选择性。
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图2 深溪沟水电站单台机组选择性定子接地保护系统配置图
4结束语
通过对深溪沟水电站两机一变扩大单元接线方式的轴流转浆式机组选择性定子接地保护的安装与其原理进行分析，验证了该保护原理的正确性和实用性。并为扩大单元接线方式下机组定子接地故障实现保护选择性动作积累了丰富的经验。
参考文献
[1] 谈涛,陈俊,王翔,徐金.零序方向元件选择性定子接地保护的分析[J].江苏电机工程,2010,29(5):40-43.
[2] 南京南瑞继保. PCS-985RS发电机保护装置说明书[Z]. 2018, R1.00.
作者简介：邢奥斌，男，1991，助理工程师，从事水电机组运维及电气二次部分检修调试工作。