1　接地保护的投运方式

　　70年代以前，定子接地保护的投运方式采用原苏联的标准，即接地电流大于5 A时投跳闸，小于5 A时投信号。80年代初，我国有关部门通过试验，制订了我国发电机单相接地电流的允许值(国家标准)^［1］，见表1。

表1　发电机单相接地电流允许值
Table 1　Values of permissible single
phase ground current of generator

2　定子故障与定子接地保护

　　近几年来，定子绕组绝缘下降及绝缘破坏的故障很多。对于许多故障，虽然接地电流小于安全电流，但由于未及时处理，扩大为相间短路或匝间短路，严重损坏发电机，经济损失巨大。西北电网中曾发生多起这样的事故。
2.1　陕西秦岭电厂2号机故障
　　1993年，秦岭发电厂2号机(125 MW)大修后并网运行。转子漏水使定子绕组绝缘下降。因未装100%定子接地保护，基波零序电压型定子接地保护(本文简称为3u₀保护)只投信号，故障扩大为相间故障，差动保护动作，切除了发电机。
2.2　陕西韩城电厂3号机故障
　　1997年，韩城发电厂3号机(125 MW)并网运行。发电机转子漏水，3ω保护动作(没投跳闸)。在运行人员检查的过程中，差动保护动作，切除了发电机。由于该机差动保护系BCH型，动作电流很大，致使3号机的定子线棒烧坏了一半，损失惨重。
2.3　甘肃连城电厂2号机故障
　　1995年8月，连城发电厂2号机(100 MW)并网运行。转子进水管漏水，定子接地保护未动(系不灵敏的整流型保护)，发展成相间短路，致使发电机端盖被炸开，经济损失很大。
2.4　陕西渭河电厂6号机故障
　　1997年11月，渭河发电厂6号机(300 MW)并网运行，主汽门关闭。在此过程中，定子绕组一相接地(位于机端)，定子接地保护拒动(引进的集成电路型接地保护)，发电机解列时又发生另一相定子绕组接地，致使差动保护、匝间保护动作，切除了发电机。造成定子线棒烧坏多根，定子端部铁心烧损，损失严重。
2.5　定子接地保护
　　甘肃永昌发电厂的100 MW机组也曾因定子绕组接地故障没及时切除发电机，致使发电机严重损坏。
　　1995年，陕西渭河发电厂4号机(300 MW)并网运行。发电机带100多MW负荷。在增加负荷的过程中，3ω保护动作，切除了发电机。停机后耐压试验检查，发电机绝缘良好，重新启动并投入运行。当时上级主管单位确定为定子接地保护误动。
　　后来调出记录资料表明，定子接地保护动作前，发电机一线棒的水回路被堵塞，线棒温度急剧升高，绝缘下降，该相对地电压已降低到51 V(TV二次侧)，另两相对地电压已升高到63 V(TV二次侧)，此时，如果定子接地保护不动作，运行人员将负荷加至300 MW，定子电流成倍增加，使发热呈平方关系增加，必然导致定子线棒烧坏。轻者停机抽转子处理，重者发展成相间短路。两者均会造成很大的经济损失。此后，主管单位认为定子接地保护动作正确。
　　以上事实说明：对于双水内冷发电机，转子漏水必然会造成定子绕组绝缘降低。如不及时停机，也必然会导致相间短路，烧坏发电机。
　　此外，定子绕组绝缘破坏，必定要停机处理。现在电力系统容量大，备用机组多，晚停机不如早停机好。
　　国内运行的100 MW及125 MW机组，无匝间保护。定子接地保护如投跳闸，可兼起匝间保护的作用。
　　综上所述可知：用接地电流允许值来确定定子接地保护的投运方式是不妥的；凡双水内冷的发电机均应装100%的定子接地保护，接地保护应投跳闸；100 MW及以上运行多年的老机组，定子接地保护应投跳闸；3ω保护投信号的规定不妥。
3　3ω保护
　　目前，国内运行的100%定子接地保护主要有：叠加直流式、叠加交流式及双频式。
　　叠加直流式100%定子接地保护，多用在80年代中期以前投运的大中型机组上。其优点是灵敏度高，能显示运行机组绝缘状况；缺点是发电机系统不能有接地点(包括TV一次中性点不能接地)，受冷却水导电度的影响大。陕西秦岭电厂已对4台200 MW发电机叠加直流式定子接地保护作了改进，即当定子绕组冷却水导电度大于某一值时，自动地改变保护的整定电阻^［2］。
　　在西北电力系统中，装有从ABB引进的叠加12.5 Hz交流的定子接地保护。此类保护装置复杂，调试困难，运行情况不佳。
　　80年代中期，双频式定子接地保护开始被广泛采用。运行实践表明，3ω保护正确动作率低。以下探讨影响3ω保护正确动作的因素及对策。
3.1　3ω保护不能正确动作的原因
3.1.1　调整不当
　　目前，国内广泛采用的3ω保护的动作方程^［3］为：

(1)

式中　为机端3次谐波电压(二次侧)；为中性点3次谐波电压(二次侧)；为调整系数；β为制动比系数。
　　该保护的特点是无整定值，要在发电机额定电压下调平衡。即在发电机空载或轻载时调整₁，₂，使式(1)左侧为零或很小。
　　实际上，由于_s3与_N3一般很小(发电机空载时只有0.3 V～0.4 V)，当基波零序电压较大时，如果没有特殊仪表能反映_s3与_N3大小及相位关系，一般情况下，要使与大小相等、相位相同是非常困难的。
　　此外，随着发电机工况的变化，_s3与_N3之间的相位也有些变化，那么当β取何值时才能保证3ω保护的灵敏度及可靠性呢?一般不知道。
　　例如，陕西渭河发电厂3号机投运初期，由于平衡没调好，3ω保护经常误动。调试人员重新进行了调试，消除了误动。但将发电机中性点接地试验时，3ω保护又拒动。经检查知：调整时不是将与调得大小相等、相位相同，而是调成：=0，=0。这样，保护输入信号永为零，不可能动作^［4，5］。
　　此外，在没有专用测试仪表的情况下，由于_s3与_N3很小，保护接入回路有问题也难以发现。例如，宁夏大坝电厂3号机投产时，将3ω保护中性点电压输入回路接在中性点出线的TA上(电压回路接电流回路)，致使定子接地保护误动2次，经济损失很大。
3.1.2　自然条件不佳
　　众所周知，双频式保护与其他叠加式保护一样，在发电机出线甚至主变低压侧及厂高变高压侧发生接地故障时，保护均要动作。
　　目前国内运行的中型机组，发电机出线不是封闭母线。发电机出线通过穿墙套管引出厂房外，再接到主变及厂高变上。当环境恶劣时(特别是矿区)，引出线、瓷瓶上及厂房墙上遍布灰尘。若遇大雨，雨水由厂房落到引线上，往往造成3ω保护误动。宁夏大武口发电厂，曾因天降大雨，定子接地保护多次动作；陕西韩城发电厂，3ω保护在雨天也误动过。
3.1.3　保护用TV中性点不接地
　　发电机3次谐波等效回路如图1所示。
　　由图1可以看出：机端TV1中性点不接地时，引到保护的3次谐波电压s3与电容3C_g/2+C_s上的电压s3′不相对应，这样_s3与_N3的相对关系并不是_N3′及_s3′之间的相对关系。因此，在发电机电压及负荷变化时，_s3与_N3之间的变化规律与理论值不相符。
　　80年代初，南京自动化研究所(现名电力自动化研究院)曾对两台大型汽轮发电机的3次谐波电压变化规律进行过测试。测试结果表明，随发电机电压及有功负荷的变化，U*s3与U*N3的大小及相位差也在变，_s3与_N3之间的相位差在0°～360°之间变化。与理论值不符。
　　1995年，对韩城电厂4号机(125 MW汽轮发电机)进行了谐波测量。测试发现：在发电机由零起升压至满负荷的过程中，_s3与_N3随发电机电压升高而增高，随有功负荷的增大而增大，两者之间的相位差逐渐变化达360°，使3ω保护无法投运。后检查发现，机端电压互感器中性点未接地，而通过阻抗很大的消谐器接地。去掉消谐器而将电压互感器中性点直接接地后，重做上述测试，_s3与_N3的变化及相位差与理论值相符。定子接地保护运行情况良好。
3.1.4　发电机3次谐波电压变化规律特殊
　　众所周知，发电机3次谐波电势的大小与发电机的结构有关。我们曾对国产100 MW，125 MW，200 MW及300 MW的机组进行了谐波测量。测量结果表明：对于125 MW，200 MW及300 MW的机组，_s3与_N3随发电机电压升高而增高，随发电机有功负荷的增大而增大，两者之间相位基本相同，最大相位差为6°。上述机组中性点通过单相TV或消弧线圈接地。
　　但是，北方重型机械厂生产的100 MW机组_s3与_N3的变化规律与上述情况不大相同。我们曾对甘肃永昌电厂及宁夏大武口电厂的6台100 MW机组进行了谐波测量，其变化规律相似。现以大武口电厂3号机为例予以说明(参见表2)。

表2　大武口电厂3号机谐波测量结果
Table 2　Harmonic measurement results
of No 3 generator in Dawukou Power Plant

发电机电压或有功 UN3/V Us3/V _s3与_N3相位差/(°) 2 kV 　0.125 　0.095

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