零序電壓保護(hù)基本原理

零序電壓原理構(gòu)成的匝間短路保護(hù)可應(yīng)用于各種發(fā)電機(jī)組，尤其是中性點沒有引出三相六端子的發(fā)電機(jī)。當(dāng)前的保護(hù)方式大都為由負(fù)序功率方向閉鎖的零序電壓匝間短路保護(hù)。

從統(tǒng)計數(shù)字來看，國內(nèi)已發(fā)生多起匝間短路故障，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。從電機(jī)設(shè)計和制造的角度來看，在大型汽輪發(fā)電機(jī)上增加中性點出線端子，雖然在技術(shù)上是可行的，但也不是一個簡單的問題。在當(dāng)前技術(shù)情況下，為了保護(hù)大型汽輪發(fā)電機(jī)的安全運行，避免和減小由于定子匝間故障引發(fā)的事故，有必要加強和完善定子繞組匝間故障的保護(hù)研究。

發(fā)電機(jī)定子繞組匝間保護(hù)作為主設(shè)備發(fā)電機(jī)故障的主保護(hù)之一，其重要性是不言而喻的。一般來說，定子繞組匝間絕緣較對地絕緣強度高，但往往會因為線棒變形、振動造成長期受熱和絕緣老化而引起匝間短路。匝間短路時，就會出現(xiàn)零序電壓和縱向負(fù)序電壓。另外，匝間短路時短路處的電流非常大，可能會超過機(jī)端三相短路電流。因而，大中型發(fā)電機(jī)組裝設(shè)匝間短路保護(hù)顯得尤為重要。

匝間保護(hù)主要包括橫差保護(hù)和零序電壓匝間保護(hù)。國內(nèi)的大中型發(fā)電機(jī)由于定子繞組的接線原因大部分仍采用零序電壓匝間保護(hù)。分析及統(tǒng)計表明，大型汽輪發(fā)電機(jī)由于兩定子繞組之間的絕緣電阻遠(yuǎn)高于其對地的絕緣電阻，雖然發(fā)生匝間短路故障的概率較小，但對于大型發(fā)電機(jī)而言，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、線棒固定的缺陷、運行中應(yīng)力損傷、線棒內(nèi)冷水回路的堵塞等原因，發(fā)生匝間短路故障是可能的，事實上也發(fā)生過。因此，裝設(shè)匝間保護(hù)是必要的。零序電壓保護(hù)是汽輪發(fā)電機(jī)匝間短路的一種可靠選擇。

零序電壓保護(hù)指在大電流接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障后，利用零序電壓構(gòu)成保護(hù)接地短路的繼電保護(hù)裝置。正常情況下，UA UB UC的向量和為0，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，UA UB UC的向量和不再為0，這個不為0的值變是零序電壓，通過檢測該電壓能夠反映系統(tǒng)是否發(fā)生單相接地故障，這就是零序過電壓保護(hù)。

零序電壓匝間保護(hù)的定值在現(xiàn)場整定中一般包括零序電壓定值、專用TV0斷線閉鎖元件的定值、負(fù)序功率方向元件的定值三個部分。零序電壓定值實際的整定中，國產(chǎn)的125MW汽輪發(fā)電機(jī)組，可取5～10V，國產(chǎn)的200MW及300MW的汽輪發(fā)電機(jī)，可取2.5～3V。三次諧波濾過器濾過比要大于80。專用TV0斷線閉鎖元件的定值主要指專用TV0與普通TV同名相之間的二次電壓差值ΔUAB，ΔUBC，通常整定為:壓差ΔUAB=ΔUBC=10；負(fù)序電壓（相電壓）U2=8～10V。負(fù)序功率方向元件的定值一般指動作行為是允許式或禁止式，外部系統(tǒng)不對稱短路時負(fù)序功率由系統(tǒng)流入發(fā)電機(jī)（反向功率），內(nèi)部和匝間短路負(fù)序功率由發(fā)電機(jī)流向系統(tǒng)。國內(nèi)微機(jī)型的零序電壓匝間保護(hù)，由于動作靈敏度高，負(fù)序功率方向元件一般采用允許式，可防止任何原因（如TV0三次回路出現(xiàn)問題）造成保護(hù)誤動。GE公司的發(fā)變組保護(hù)中負(fù)序功率方向元件為閉鎖元件，由于在切除外部不對稱短路時，機(jī)端負(fù)序功率的突變會引起負(fù)序方向元件誤動，為安全起見，增設(shè)0.1s延時元件。

零序電壓保護(hù)誤動的原因及保護(hù)方法主要包括以下五個方面：

一是發(fā)電機(jī)外部發(fā)生短路故障的暫態(tài)過程出現(xiàn)誤動，這一點在一些沒裝設(shè)負(fù)序功率方向閉鎖的零序電壓匝間保護(hù)的機(jī)組上誤動比例較高。防止措施:增設(shè)負(fù)序功率方向閉鎖功能或?qū)⒈Ｗo(hù)改為性能可靠動作靈敏度高的微機(jī)保護(hù)，同時，還應(yīng)注意在外部故障切除時負(fù)序方向元件與零序電壓元件之間的觸點返回時間不一致的問題。

二是專用互感器TV0的一次或二次熔絲發(fā)生熔斷或接觸不良導(dǎo)致誤動。防止措施:必須使用性能良好的斷線閉鎖繼電器及熔絲。同時，在現(xiàn)場要加強對熔絲的維護(hù)，開機(jī)前應(yīng)該先測量一下熔絲上、下端電阻，看三相是否平衡及接觸是否良好，開口三角繞組二次側(cè)裝有旋式熔絲及快速小開關(guān)的應(yīng)該取消。

三是專用互感器TV0中性點與發(fā)電機(jī)中性點的電纜連接線接觸不良或者是絕緣發(fā)生擊穿造成定子繞組單相接地，現(xiàn)場中常常會忽略這一段電纜。一旦電纜接頭出現(xiàn)松動，使二組PT的中性點不能可靠連接或者絕緣擊穿導(dǎo)致定子繞組單相接地，將會使零序電壓保護(hù)誤動出口或造成定子繞組接地保護(hù)動作，這些現(xiàn)象都是現(xiàn)場不允許出現(xiàn)的。防止措施:該段電纜必須使用高壓絕緣電纜（現(xiàn)場往往會忽略這一點，只使用一段普通的引線連接了事），并且要定期檢查該段電纜的絕緣性能、緊固電纜的聯(lián)接螺絲。

四是專用互感器TV0開口三角繞組的2根引出線不正確而造成誤動。在現(xiàn)場實際接線中，常常會利用兩端的接地線來代替其中的1根連接線。如右圖。2個不同接地端會由于其他使用接地線的電源通過大電流而在2個接地點之間產(chǎn)生電位差，使保護(hù)誤動（如使用低頻大功率電焊機(jī)、帶地線的試驗電源等）。防止措施：正確的接線方式應(yīng)該將開口三角繞組與二次繞組的N線分開，同時，用2根連接線直接放到保護(hù)屏上。再將開口三角繞組L，N用2根線引入裝置或零序電壓繼電器上。

五是電壓斷線閉鎖繼電器的動作時間與零序電壓匝間保護(hù)的動作時間配合不當(dāng)。由于匝間保護(hù)動作無延時，故前者的動作時間在實際中往往要大于后者的動作時間。使得在出現(xiàn)斷相時，斷線閉鎖繼電器來不及閉鎖保護(hù)出口。防止措施:給匝間保護(hù)增加150～200ms的延時。特別是對于模擬式的保護(hù)，增加150～200ms的延時不但確?？煽块]鎖保護(hù)出口，而且還有利于躲過暫態(tài)過程中的三次諧波的影響。 2100433B

當(dāng)電動機(jī)正在運行時，如果電源電壓因某種原因消失，為了防止電源恢復(fù)時電動機(jī)自行起動的保護(hù)稱為零電壓保護(hù)，零電壓保護(hù)常選用零壓保護(hù)繼電器KHV。對于按鈕起動并具有自鎖環(huán)節(jié)的電路，本身已具有零電壓保護(hù)功能，不必再考慮零電壓保護(hù)。 2100433B

由于諧波與基波的頻率有特殊的關(guān)系，故在與基波合成時會分別表現(xiàn)出正序、負(fù)序和零序特性。但我們不能把諧波與這些分量等同起來。由上所述，之所以要把基波分解成三個分量，是為了方便對系統(tǒng)的分析和狀態(tài)的判別，如出現(xiàn)零序很多情況是發(fā)生單相接地，這些分析都是基于基波的，而正是諧波疊加在基波上而對測量產(chǎn)生了誤差，因此諧波是個外來的干擾量，其數(shù)值并不是我們分析時想要的，就如三次諧波對零序分量的干擾。

為避免換流器在換流變閥側(cè)單相接地故障時解鎖,在換流器未解鎖時檢測換流變閥側(cè)零序電壓超過允許值并按預(yù)定方案動作的保護(hù)措施。