2 异常分析和处理措施
2.1注入式接地保护异常分析
该水电站#2发电机试运阶段,当发电机开机启动励磁时,注人式定子接地保护频繁告警。检查现场机端电压、电流、零序电流、电压等均未发现异常,同时基波零序电压式定子接地保护和3次谐波电压式定子接地保护均无异常及告警信号,从而排除发电机定子接地故障,初步判断注人式定子接地保护误告警。
正常情况下,20Hz的保护电流1.20R是定子侧电容电流,约为18mA、 20Hz的保护电压Uo2O0R为1V,电压、电流间角差为90°,保护装置计算的电阻值为无穷大。当发电机定子绕组发生单相接地故障时,20Hz的电压、电流间的角差不再维持在90°、 20Hz的保护电流不再是一个单纯的电容电流,还包含了电阻性电流,此时保护装置计算的阻抗值根据接地情况会相应减小。
由表1可知,在#2发电机启机过程中,机组频率从37. 56Hz至50. 37Hz阶段,Uo20R基本都维持在1V,而Io20R在约10~25mA间变化,电压、电流间角差偏离了90°,保护装置计算的接地电阻值多次低于告警值(10Ω) 、导致保护装置频繁告警。
在正常工况下,20 Hz定子接地注人电流一个周期的波长应是工频机端电压的2. 5倍。而现场提取的机端电压在50Hz时的保护装置告警录波图显示,当注人式定子接地保护接地告警时,20Hz定子接地注人电流一个周期的波长明显不到工频机端电压的2.5倍,表示#2发电机启机过程中20 Hz定子接地注人电流受到干扰,导致电流、电压间角差发生偏移,保护装置计算出的电阻低于定值从而告警。
根据分析情况,对该注入式定子接地保护装置进行模拟测试。在注人式定子接地保护装置20Hz电流中叠加22~30Hz或10~18Hz的低频信号时,保护装置显示的20Hz保护电流同#2发电机注人式定子接地保护告警时的情况一样始终在变化。由此可判断,#2发电机启动励磁过程中存在一定低频磁场,低频磁场产生的低频信号会影响注人信号测量精度,从而造成保护装置误报警。
2.2处理措施
2.2.1现场整定值修改
注人式定子接地保护接地电阻判据是否可靠完全依赖于注人电源及其信号检测回路的可靠性,保护装置设置有监视注人电源回路的辅助判据。I20js为电流监视定值,默认值为10mA; U20i,为20Hz电压监视定值,默认值为0. 1 V。保护装置测得U20和I20同时低于各自定值时,认为保护回路故障,闭锁保护出口并发出报警。
I20js同时为保护装置计算电阻的启动门槛,即保护装置检测到20Hz电流大于10mA时才进行接地电阻计算。在确认#2发电机定子绕组正常的情况下,为不影响开机,现场临时将电流监视定值I20js修改为正常电容电流的1.4倍即25mA,以此躲过发电机一次系统的干扰。此时,如果发电机运行中定子发生接地故障,保护采集到的20 Hz电流将远远大于25mA,不会影响保护功能。
2.2.2优化保护算法
修改电流监视定值治标不治本,也失去了正常情况下对发电机定子绕组绝缘的监视作用。
考虑到注入式定子接地保护运行时系统中基波和其它整次谐波的影响,DGT801 A注入式定子接地保护装置研制中采用了20Hz分量快速滤波算法和信号滤波通道这种软硬结合的谐波抑制措施,滤除基波及高次谐波,以满足保护测量精度要求。但是,大型水轮发电机组在开机启动励磁时可能产生的低频信号也会使接地电阻计算受到限制。在充分考虑现场实际的情况下,提出了现场升级保护程序优化算法以消除低频干扰的方案,现场实施后,该水电站注人式定子接地保护运行良好。
3 结束语
目前,注人式定子接地保护技术已经成熟,在许多大型水轮发电机上得到应用。对于经接地变高阻接地的水轮发电机,为保证对发电机定子绕组的绝缘监视及故障时接地电阻的测量精度,需从接地变选择、保护判据、定值整定、装置现场调试等方面进行考虑。本文着重分析了低频干扰对保护计算的影响,借助优化保护算法从根本上消除低频干扰的影响,提高了注人式定子接地保护的可靠性。