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
4 kV
0.194
0.249
6 kV
0.319
0.279
8 kV
0.199
0.165
10.5 kV
0.11
0.03
11 MW
0.289
0.179
10
20 MW
0.408
0.229
15
41.4 MW
0.838
0.648
4
50 MW
0.887
0.688
5
60.7 MW
1.07
0.887
5
81.7 MW
1.231
1.052
5
97.4 MW
1.356
1.172
6
从表2可以看出，在启动升压过程中，随发电机的电压升高，s3与N3的幅值先升后降，当发电机电压为额定值时，UN3与Us3几乎为零。当发电机带20%有功负荷时，s3与N3的相位差达15°。负荷再增加到40%有功负荷后，3次谐波变化规律恢复正常。
对于该型机组，如在发电机空载或很小负荷下对3ω保护调平衡，保护很容易误动。
在我国，3次谐波式定子接地保护于80年代中期开始采用。有些厂家的保护装置性能不良，也是动作可靠性低的原因之一。
3.2 提高3ω保护动作可靠性的措施
3.2.1 掌握机组s3与N3的变化规律
为正确地对3ω保护进行平衡调整及正确地选择调整系数与制动比系数(即式(1)中的 1，2及β)，应知道发电机从零起升压至满负荷运行过程中s3与N3的幅值及其相位关系的变化规律。为此，在发电机投运初期，应用特殊仪表测量s3与N3的大小及相位关系。
目前，南京电力自动化设备总厂生产的WFBZ—01型微机保护能够测量s3与N3幅值的变化规律，还可以自动调平衡，调整、使用方便。建议增加显示s3与N3相位关系的功能。
3.2.2 真机接地试验校核保护的动作灵敏度
对于新安装或大修后的3ω保护，在调平衡后，应分别进行机端单相接地及中性点接地的试验，以校核保护回路接线的正确性，并掌握其动作灵敏度。
3.2.3 改善环境减少不必要的动作
为消除雨天定子接地保护的误动，宁夏大武口电厂在发电机穿过厂墙的引出线上侧安装了遮雨棚。运行实践表明，行之有效。
3.2.4 更换动作不可靠的3ω保护
前已述及，目前国内运行的3ω保护，许多是有问题的。其主要问题是回路不可靠，有些整流型保护动作灵敏度低。对于性能不良的3ω保护应尽快更换。
3.2.5 其他防误动措施
对于动作灵敏度高的3ω保护，当保护用机端TV高压保险(一相或两相)熔断或接触不良时，可能误动。为此，南京电力自动化设备总厂生产的微机发电机—变压器组保护中，3ω保护具有TV断线闭锁回路。
4 提高定子接地保护的动作灵敏度
为确保发电机的安全，使其免遭破坏，或故障时损坏轻微，尽量提高定子接地保护的灵敏度是非常必要的。
4.1 减小定子接地保护的整定值
减小基波零序电压型定子接地保护(3u0保护)的整定值，是提高其动作灵敏度的有效方法之一。目前，国内运行的3u0保护的动作电压多取10 V，有的取15 V，也有的取5 V的。我们认为，对于双频式100%定子接地保护，其3u0保护的整定值取5 V～10 V是适宜的。当该保护具有3次谐波滤波器，且正常运行时，TV开口电压不大，可整定为5 V，否则可整定为7 V～10 V，但不应大于10 V。
当TV一次侧保险熔断或接触不良时，该保护不应误动。因此，零序电压的输入应有两路，分别取自机端TV及中性点TV二次侧，且两者组成“与”门后作用于保护出口。
为躲过外部故障出现的零序电压，保护应有适当的延时(可考虑与线路零序Ⅲ段保护配合)。
4.2 合理选择制动比系数
为了提高3ω保护的动作灵敏度，可以适当地减少保护的初始动作电压(即只有Us3时保护的最小动作电压)。此外，降低制动比系数β也可以提高保护的动作灵敏度。
对于南京电力自动化设备总厂生产的晶体管型3ω保护，其初始动作电压约为0.4 V，制动比系数可取0.25～0.3。而对于南京电力自动化设备总厂生产的WFBZ—01型微机保护，3ω保护初始动作电压约为0.15 V，其制动比系数可取0.5～0.6。
4.3 增加发电机中性点电阻或改高阻接地
80年代后期，新安装的大型汽轮发电机的中性点均经配电变压器接地。在配电变压器二次侧并联很小的电阻(约0.2 Ω)，折算到一次侧，相当于发电机中性点经1 kΩ～2 kΩ的电阻接地。
由于配电变压器的存在，当发电机定子接地时流过故障点的电流增加，同时大大降低了叠加式保护及3ω保护的动作灵敏度。如当发电机中性点接地电阻为1 kΩ时，3ω保护的灵敏度将小于1 kΩ。
对甘肃靖远电厂200 MW汽轮发电机的测量结果指出，发电机经配电变压器接地时，定子接地时流过接地点的电流达6 A左右，而经单相TV接地时，接地电流不超过2 A。经配电变压器接地时，由于3ω保护误动无法投运。经单相TV接地时，3ω保护的动作灵敏度可达10 kΩ［6］。
此外，发电机中性点经配电变压器接地之后，使U*s3与U*N3之间的相位差增大，使调平衡困难，降低了保护动作的可靠性。
据说，中性点经配电变压器接地的目的是防止发电机过电压。引起发电机过电压的原因大致有3种：传递过电压、断线过电压及谐振过电压。但对于大型发电机组，由于主变高压线圈对低压线圈之间的电容很小，而定子线圈对地的分布电容很大，不可能产生传递过电压；同时，由于机端TV对地电容很小，也不可能发生断线过电压；此外，对于大中型发电机，只要TV的质量无问题，也不会产生谐振过电压。
我们按照发电机的实际结构及有关参数，曾对西北系统中的100 MW，125 MW，200 MW及300 MW的大中型发电机进行了过电压可能性计算。计算结果表明，不会产生断线过电压和传递过电压，也不会产生基波及高次谐波谐振过电压。几十年来的运行实践，从未听说国内外出现过因上述过电压而损坏发电机的事例。再者，发电机均装有过电压保护，过电压保护均投跳闸。希望设计单位多作调查研究。
前几年，我们已将靖远电厂4台200 MW发电机中性点的配电变压器换成了单相TV；1998年初将陕西渭河发电厂6号机(300 MW)配电变压器的二次侧电阻增大了4倍(折算到一次侧即由1.5 kΩ增大到6 kΩ)。
综上所述，我们建议：为了减小发电机定子绕组绝缘破坏时对发电机的危害及提高定子接地保护的可靠性和灵敏度，应将不可能产生过电压的发电机的配电变压器，换成消弧线圈或单相TV；目前尚无更换条件的，应尽可能增大配电变压器二侧次并联电阻。
参 考 文 献
［1］王维俭.发电机变压器继电保护应用.北京：电力出版社，1997
［2］李玉海，龚振华.叠加直流式定子接地保护存在的问题及对策.电力自动化设备，1987(1)
［3］艾德胜.发电机定子绕组100%接地保护方案的比较.电力自动化设备，1985(1)
［4］李玉海，张 弘，王洪超，等.3次谐波定子接地保护几个问题的探讨.电力自动化设备，1993(1)
［5］马 肃，李玉海.JDJ-31型3次谐波定子接地保护存在问题的研究及改进.电力自动化设备，1994(2)
［6］张军政.汽轮发电机定子接地保护的改进.电力自动化设备，1997(2)
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