大型发电机微机保护装置数据采集与计算精度研析

　　随着国民经济的迅猛增长和电力工业的长足发展，我国电力系统现已步入了以大电网、大机组、高电压等级为特征的新阶段，相当数量的300-700 MW大型汽轮和水轮发电机组已经或即将投入运行，大型机组的继电保护问题也因此得到了更多的关注。运行经验表明：对发电机破坏最为严重的是定子绕组匝间短路、相间短路、分支开焊、断线等的定子绕组非接地不对称故障。在各种保护方案中，基于故障分量的负序功率方向保护由于结构简单、选择性好、灵敏度高、动作 迅速、适应多种绕组结构以及反映多种故障类型等诸多优点而得到了广泛应用。然而，实际判据分析表明：对于大型发电机，其灵敏度受到限制。因此，本文在分析负序功率方向保护和定子接地保护灵敏度的基础上，对如何提高保护装置数据采集精度和计算精度进行了探讨，以提高大型发电机主保护和定子接地保护的灵敏度。

　　1 负序功率方向保护和定子接地保护判据分析

　　1.1负序功率方向保护

　　(1)起动判据

　　(△I f2,ω(t)〉 εifU(△U 2,ω(t)〉εu) (1)

　　式中 △I f,2ω—— 励磁绕组中二次谐波电流故障分量;

　　△U 2,ω——机端基波负序电压故障分量，当转子侧电流难以获取时，可用机端三谐波正 序电压△U 1，3ω代替△I f，2ω。

　　(2)方向判据

　　上述保护方案原则上通过判别△S2极性即可区分故障方向，因此对2并联分支绕组结构的发电机具有较高的灵敏度和可靠性。然而在并联多分支绕组情况下(如大型水轮发电机)，负序电流和电压故障分量与短路匝数成正比，与并联分支数成反比，而故障分量负序功率与短路匝数平方成正比，与并联分支数平方成反比，与之类似△I f,2ω或△U 1,2ω加也会有较大程度衰减，由此 导致起动判据和方向判据动作量急剧减小;另一方面，由于△S2的获得经历了多个硬件环节，而每个环节都会带来一定的误差，从而导致 在一次系统正常运行时也存在非零且无规则变化的△S2 计算输出，必需通过整定值εs来躲，因而，在并联多分支绕组的大型水轮发电机(如三峡水电站700MW机组)发生轻微匝间短路故障时，上述保护灵敏度受到限制。

　　1.2定子接地保护

　　定子绕组单相接地故障是发电机最常见的故障之一，且往往是相间或匝间短路的先兆。因此，定子接地保护对预防绕组严重短路故障具有重要意义。目前，有采用自适应判据来保护发电机中性点附近的绕组，其判据式为

　　该判据通过比较计算周期t cc前后U 3T和U 3N的相对变 化来检测故障，因而具有结构简单、灵敏度高的优点。判据的灵敏度取决于βset的整定，而为躲开正常运行时U3T/U3N的轻微变化及计算误差，β set不 能无限制地减小，由此导致对于大型发电机，特别是大型水轮发电机，其灵敏度亦受到限制。