刘照辉
辽宁红沿河核电有限公司 辽宁大连 116001
摘要：某电厂#2发电机首次并网前，发电机100%定子接地保护测量的接地电阻值显示正常。在发电机并网后，发电机100%定子接地保护测量的接地电阻值随着机组功率的上升呈明显下降的趋势。
发电机100%定子接地保护跳闸段的定值为98Ω，出口方式为全停II，即跳发电机出口断路器，跳灭磁开关，关主汽门。报警段的定值为573Ω，发报警信号。
在2#机组停机小修期间，对2#发电机100%定子接地保护的实现原理、调试方法和运行数据进行仔细研究，对设计的接线方式、设备参数和定值进行了全面复核，最终确定了2#发电机100%定子接地保护测量的接地电阻值随着机组功率的上升呈明显下降的根本原因，并制定和实施了切实有效的解决措施。
关键词：注入式接地保护、三次谐波、传变系数、放大效应
一、原理简介
西门子100%定子接地保护采用20Hz电压注入式原理，在发电机中性点通过发电机中性点接地变压器注入频率为20Hz、幅值约为25V的交流电压，测量该回路的电压和电流，来计算发电机定子的对地绝缘电阻值。
2#发电机首次并网前，保护A柜和C柜发电机100%定子接地保护测量的接地电阻值显示正常。在发电机并网后，发电机100%定子接地保护测量的接地电阻值随着机组功率的上升呈明显下降的趋势，在50%功率平台已接近报警值，威胁机组的稳定运行。
工况阶段 A柜测量电阻二次值 C柜量电阻二次值
发电机空载额定电压 9984Ω 9981Ω
发电机并网后6%Pn 5066Ω 3090Ω
发电机30%Pn平台 1857Ω 1247Ω
发电机50%Pn平台 1321Ω 858Ω
二、根本原因分析和确定
通过对西门子发电机100%定子接地保护的实现原理、调试方法和运行数据进行仔细研究，并组织了包括发变组保护厂家人员、设计人员、调试人员及继电保护专业人员等进行集中研讨和分析，确定100%定子接地保护接地电阻的测量值下降可能由以下原因造成：保护装置的数学模型和参数补偿方式问题和设备原因。
1、保护装置的数学模型和参数补偿方式问题
在发电机并网提升功率的过程中，三次谐波电流值随发电机功率的上升呈明显增加的趋势，如下表所示。在每个功率平台，三次谐波的值是相对稳定的。
测量值 Usef Isef φ U20 I20 R 三次谐波电流
空载额定电压 1.7V 12.5mA -86.5° 1.7V 6.3mA 9984Ω
6%Pn 1.4V 16.7mA -28.3° 1.3V 9.9mA 5066Ω 13.8mA
30%Pn平台 2.0V 34.2mA -26.7° 1.3V 10.1mA 1857Ω 33.2mA
50%Pn平台 2.8V 53.1mA -25° 1.3V 10.2mA 1321Ω 52.1mA
明显可以发现，三次谐波随发电机功率的上升而增加，导致厂变A中性点接地变压器等效电阻值降低，发电机100%定子接地保护的接地电阻测量值下降。
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等效原理示意图中，发电机中性点接地变对测量回路的影响通过传变电阻Rps（地址5310）进行补偿，CT测量回路的角度失真通过相角补偿（地址5309），厂变中性点接地变及其二次侧负荷电阻对测量回路的影响通过附加并联电阻RL2（地址5311）进行补偿。
换算到二次侧的计算公式（接地电阻测量值）：R=U20/(I20*cosφ)- Rps
消除厂变A中性点接地变及其二次侧负荷电阻的影响后（接地电阻测量值）：
RE= RL2* R/( RL2- R)
发电机中性点接地变对测量回路的影响如果简单地用一个串联的传变电阻Rps代替，必然导致测量结果的非线性。这也是在静态调试时，装置测量的接地电阻值与模拟的接地电阻值存在较大偏差，必须通过曲线拟合的方式进行参数修正的直接原因。
同时也可以看出，发电机在各个功率平台下正常运行时，产生的三次谐波电流不仅通过厂变A中性点接地变及其二次侧负荷电阻RL2并对其测量值产生影响，也将通过发电机中性点接地变及其二次侧负荷电阻RL1对测量环节的传递过程产生影响。也就是说，即使发电机中性点接地变对测量回路的影响可以简单地用一个串联的传变电阻Rps代替，由于三次谐波的影响，这个Rps的值也会随着三次谐波电流的变化而变化。
2.设备原因
虽然保护装置的数学模型和参数补偿方式的问题是导致2#发电机并网后100%定子接地保护测量的接地电阻值随着机组功率的上升而明显下降的要因。但是，这一要因却无法解释100%定子接地保护测量的接地电阻值随着机组功率的上升而明显下降在不同机组间的严重性和影响程度也不一样，例如1#机组的状况，就比2#机组要好得多。2#机组在发电机50%Pn平台接地电阻的测量值已接近报警值。
经过对现场的接线、测量回路、所有相关的一次及二次设备逐一进行核实检查，发现2#机组和1#机组发电机中性点接地变压器的铭牌参数不同，从而确认了2#发电机中性点接地变的短路阻抗值和1#发电机中性点接地变的短路阻抗值不同。根据设备铭牌，1#发电机中性点接地变压器的短路阻抗为6%，而2#发电机中性点接地变压器的短路阻抗为8.7%
发电机中性点接地变压器的短路阻抗不同，将直接影响曲线拟合的效果，同时也会影响曲线拟合修正后补偿参数值（传变电阻补偿）的设置，造成1#机组和2#机组在设计、设备选型、定值和调试方法等完全相同的情况下，2#机组的状况要比1#机组严重得多。
3、并联电阻RL2造成测量值差异的放大效应说明
A柜和C柜两套保护装置由于测量元件、测量回路和参数修正值的独立和不同，导致在发电机同一绝缘水平下，两套保护装置测量的接地电阻值也可能存在较大的差异。
通过现场设备的铭牌参数，计算出厂变A中性点接地变二次侧负载并联电阻RL2归算到保护装置侧的值为138Ω。由接地电阻的计算公式RE= RL2* R/( RL2- R)可知，0<R<138Ω。在发电机的绝缘较高时，R的实际变化范围很小，在130Ω到138Ω范围内变化。R值的变化对RE的计算结果有非常明显的放大效应，或者说，R 测量结果的细微变化即会导致RE的计算结果有非常显著的改变。而R 测量结果细微变化的原因，即为各功率平台下三次谐波电流的影响所致。
例如在R=135Ω时，R由135Ω下降到133.7Ω，下降比例为1%，而RE的计算结果将从6210Ω下降到4290Ω，下降比例达到31%。
2#机组A柜（功率） 476MW 515MW 776MW 860MW 977MW 1059MW 1110MW
接地电阻值R（未消除并联电阻RL2） 138.1Ω 135.4Ω 133.7Ω 133.5Ω 133.4Ω 134.4Ω 134.6Ω
接地电阻值RE（消除并联电阻RL2） 9667Ω 4075Ω 2972Ω 2899Ω 2820Ω 3366Ω 3483Ω
通过在2#机组小修期间，最终确定了2#发电机100%定子接地保护测量的接地电阻值随着机组功率的上升呈明显下降的根本原因，并制定和实施了切实有效的解决措施后，2#机组发电机100%定子接地保护的运行状况比小修前得到了彻底的和根本性的改观和提升，并且也显著超越了1#机组的运行状况，在很大程度上提高了发电机100%定子接地保护装置的运行安全裕度。
作者简介：
刘照辉（1988—），男 ，学士，工程师 ，辽宁红沿河核电有限公司，主要从事电厂电气维修工作。
参考资料：SIPPOTEC 7UM62多功能电机保护