燃气发电站两级小电流接地保护控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种接地保护控制系统，具体地说是一种燃气发电站两级小电流接地保护控制系统，属于接地保护控制系统领域。

背景技术：

在分布式能源站中，由于燃气发电机组作为常运行机组、并经常以多机并机形式与电网并列运行，保护系统配合复杂，因此对电气保护系统正确识别故障范围和系统间的可靠配合有较高要求。标准规定6-35KV中压配电网采用中性点非有效接地方式，即小电流接地方式，所以10KV和6KV电压等级发电机中性点通常经电阻接地，工程实际中并机电站中性点电阻有多种接地方案。

随着配电网发展，特别是电缆线路增多，使系统单相接地电容电流不断增加，造成系统单相接地故障发展为事故的概率提高，而且电容电流和系统杂散电流使大阻值中性点接地保护的灵敏度也受到较大影响。目前多采用低阻值中性点保护，系统单相接地时，控制故障点电流在100A至500A之间来启动零序保护。低阻值中性点保护灵敏度较好、并可降低设备绝缘造价，然而一旦零序保护拒动或不及时，由于故障电流较大，将导致故障点附近绝缘受到更大危害，甚至扩大为相间故障；此外，短暂或永久接地故障均作用于跳闸，使用户线路跳闸次数增加，供电可靠性下降。

更为严重的是，燃气机组发电机绕组内部发生接地时，较大的故障电流会严重损坏设备甚至报废。目前中压并机电站采用的中性点保护系统，对任何范围的故障点都是按照已选定的低阻值设备整定，当燃气发电机内部绕组故障时，虽然断路器分闸将故障机组从系统中切除，但还必须设置机组瞬间急停，否则较大故障电流持续给绕组故障点供电而严重损坏发电机；然而长时间带载运行的机组突然急停，对燃气发动机及关键部件寿命又十分有害。这是必须要解决的矛盾。

在目前常用的几种中性点方案中，对上述情况考虑和兼顾不足，尤其是当机组绕组接地故障及处理时，对降低发电机和发动机损害没有同时兼顾。第一种常见方案是每台机组有各自独立的中性点设备，缺点是多机组向接地故障点提供电源，特别是发电机绕组接地故障时，在系统配合保护时间以内足以严重损坏发电机；第二种方案是在第一种方案中每个中性点加装一个可控的接触器或开关，任何时候运行机组中只选择一台机组的中性点电阻投入运行，主要缺点是设备较多，当中性点投入运行的机组未合闸、以及多机启动升速期间，所有机组是中性点不接地而使系统处于失去接地保护的危险状态，而且由于低阻值中性点保护，发电机绕组接地的电流损害问题仍然存在；第三种方案是所有机组中性点连接后经过一个电阻接地，缺点是任何一点接地故障都会使停运检修中的机组处于高电位危险状态，而且增加了三次谐波环流回路。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型设计了一种燃气发电站两级小电流接地保护控制系统，提高了工作效率，延长了设备使用寿命。

本实用新型的技术方案为：

燃气发电站两级小电流接地保护控制系统，针对N台燃气发电机组G1-Gn并机站，主要包括：中性点共用小电阻RL及接触器JC0、中性点共用大电阻RH及隔离开关SW0、共用零序电流保护继电器ZR及共用零序电流互感器CT0、控制器PLC、机组中性点接触器JC1-JCn、机组差动保护器D1-Dn，差动电流互感器CT11/CT12-CTn1/CTn2，机组断路器CB1-CBn；

机组G1-Gn的中性点分别连接到各自中性点接触器JC1-JCn的一端，JC1-JCn的另一端连接到公共中性点铜排NN上，所述公共中性点铜排NN经过接触器JC0连接共用小电阻RL的一端，所述公共中性点铜排NN经过隔离开关SW0连接共用大电阻RH的一端，所述的小电阻RL和大电阻RH另一端均与接地网连接，共用零序电流互感器CT0检测所述小电阻RL回路故障电流；

机组G1-Gn分别经各自出口断路器CB1-CBn连接到中压母线系统的并机母线，所述并机母线外部连接电网系统和就地配电负荷线路；发电机输出端差动电流互感器CT11-CTn1和发电机尾端差动电流互感器CT12-CTn2分别输入到相应机组差动保护器D1-Dn，所述差动保护器D1-Dn分别控制相应机组出口断路器保护分闸；控制器PLC经控制回路和位置信号反馈回路分别连接：机组中性点接触器JC1-JCn及接触器JC0、共用零序电流继电器ZR、机组差动继电器D1-Dn、机组断路器CB1-CBn。

系统正常运行方式是，电阻RH的隔离开关SW0保持常闭，电阻RL经接触器JC0闭合投入运行，根据6KV-10KV不同系统的参数，电阻RL配置规格范围在100A-500A，电阻RH配置可为10A-20A，阻值电阻RH应为RL的10倍及以上；运行带载的机组当中，只有一个机组的中性点接触器JC1-JCn投入运行,其他机组JC被断开闭锁；任意接触器JC1-JCn的投入闭锁条件是，已有运行机组接触器JC投入运行；全部JC1-JCn同时投入条件是，机组全部启动且没有机组合闸，首先合闸的保持接触器JC投入，其余接触器JC退出；任意接触器JC1-JCn投入条件是，机组无故障启动或运行且没有检测到其他机组JC投入、且机组G1-Gn差动保护动作输出并跳闸；在运行接触器JC1-JCn的断开条件是，机组G1-Gn停机退出、或差动分闸且机组G1-Gn完成冷却停机已退出；接触器JC0退出条件是，任意机组差动保护器D1-Dn动作输出且差动故障机组未完成冷却停机；接触器SW0仅在电阻RH维修时退出。

故障范围的判断处理。系统外部单相接地故障时，例如故障点F1，本系统接地保护与配电系统按正常配合整定进行选择性保护，由外部相应断路器切除故障。并机母线范围接地故障时，例如故障点F2，机组差动保护器D1-Dn都不会动作，但电流互感器CT0及系统电压互感器开口三角有保护报警，控制器PLC判断为外部故障，接触器组不需要动作，本系统按照小电阻RL/CT0检测接地电流的灵敏保护规则和设置时限动作，故障点在F2时，所有机组按配合时限分闸时采取冷却停机。如图1所示的情况，故障点在F3时，差动保护无动作，所在故障机组G1-Gn如果是JCi（i=1-n）投入状态则分闸后依然采取冷却停机，如果JCi不是投入状态则导致机组Gi独立不接地状态，非故障相电压升高对机组Gi绝缘造成威胁，逻辑时序较难识别处理，针对这种情况的两个措施是，或者对F3部位进行分相封闭处理，或者将差动电流互感器CT11-CTn1安装在断路器的并机母线侧，见图2所示。在图2情况下，F3和F4成为同一个故障点，均属差动保护范围的内部故障。

系统内部单相接地故障时，例如故障点F4，尤其是发电机内部绕组，差动保护Di首先将断路器CBi分闸切除故障机组，此后分两种情况。第一种情况，故障机组Gi的中性点接触器JCi在投入状态，此时差动Di和零序继电器ZR组合逻辑按照优先级使另一台机组JC投入、以及接触器JC0退出，整个系统通过电阻RH仍处在中性点接地状态，同时保持JCi继续投入状态直至完全机组退出，机组Gi在冷却停机过程中发电机绕组故障点维持小故障电流，同时允许发动机得以正常冷却，机组Gi完全退出后，接触器JCi退出、接触器JC0恢复投入运行。第二种情况，故障机组Gi的中性点接触器JCi在断开状态，此时接触器JC0退出、JCi按逻辑投入，其他机组JC保持原来状态，机组Gi在小接地电流情况下冷却停机，完全退出后JCi退出、JC0恢复投入运行。上述过程在保证了系统中性点小电流接地保持和其他系统正常运行的同时，故障机组的发电机和发动机的损害都达到了最小化。中性点电阻RL和RH针对不同情况分别起到了相适应的作用，构成两级小电流接地保护系统。

逻辑过程由可编程控制器PLC完成，控制器PLC状态监测对象包括接触器JC1-JCn、接触器JC0、零序电流继电器ZR、差动保护继电器D1-Dn、断路器CB1-CBn；控制器PLC控制对象包括接触器JC1-JCn、接触器JC0；控制器PLC与机组G1-Gn的控制器通信监控机组数据。

本实用新型的优点在于：

（1）任何发电机内部绕组接地故障时，中性点系统自动切换为最小故障电流接地方式，使系统继续保持中性点非有效接地的安全状态的同时，允许故障机组正常冷却停机，从而使发电机和发动机损害最小化；

（2）全站只用一套两个中性点电阻（一个小电阻和一个大电阻）即可实现全站接地保护功能，节省设备便于维护，并通过中性点接触器控制保持单电源中性点接地、同时保证系统不会出现中性点不接地的危险状态，也不会出现停运检修机组通过中性点回路返回带电；

（3）对接地故障点范围进行判断，采用了机组差动保护结合共用零序保护，外部接地使用灵敏的小电阻保护，机组内部接地则切换大电阻结合差动与零序保护，准确性和灵敏度的技术实现比零序功率方向更可靠，使系统保护配合实现大为简化。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的另一结构示意图。

具体实施方式

以下对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

一种燃气发电站两级小电流接地保护控制系统，针对N台燃气发电机组G1-Gn并机站，主要包括：中性点共用小电阻RL及接触器JC0、中性点共用大电阻RH及隔离开关SW0、共用零序电流保护继电器ZR及共用零序电流互感器CT0、控制器PLC、机组中性点接触器JC1-JCn、机组差动保护器D1-Dn，差动电流互感器CT11/CT12-CTn1/CTn2，机组断路器CB1-CBn；

如图1所示，机组G1-Gn的中性点分别连接到各自中性点接触器JC1-JCn的一端，JC1-JCn的另一端连接到公共中性点铜排NN上，所述公共中性点铜排NN经过接触器JC0连接共用小电阻RL的一端，所述公共中性点铜排NN经过隔离开关SW0连接共用大电阻RH的一端，所述的小电阻RL和大电阻RH另一端均与接地网连接，共用零序电流互感器CT0检测所述小电阻RL回路故障电流；

机组G1-Gn分别经各自出口断路器CB1-CBn连接到中压母线系统的并机母线，所述并机母线外部连接电网系统和就地配电负荷线路；发电机输出端差动电流互感器CT11-CTn1和发电机尾端差动电流互感器CT12-CTn2分别输入到相应机组差动保护器D1-Dn，所述差动保护器D1-Dn分别控制相应机组出口断路器保护分闸；控制器PLC经控制回路和位置信号反馈回路分别连接：机组中性点接触器JC1-JCn及接触器JC0、共用零序电流继电器ZR、机组差动继电器D1-Dn、机组断路器CB1-CBn。

系统正常运行方式是，电阻RH的隔离开关SW0保持常闭，电阻RL经接触器JC0闭合投入运行，根据6KV-10KV不同系统的参数，电阻RL配置规格范围在100A-500A，电阻RH配置可为10A-20A，阻值电阻RH应为RL的10倍及以上；运行带载的机组当中，只有一个机组的中性点接触器JC1-JCn投入运行,其他机组JC被断开闭锁；任意接触器JC1-JCn的投入闭锁条件是，已有运行机组接触器JC投入运行；全部JC1-JCn同时投入条件是，机组全部启动且没有机组合闸，首先合闸的保持接触器JC投入，其余接触器JC退出；任意接触器JC1-JCn投入条件是，机组无故障启动或运行且没有检测到其他机组JC投入、且机组G1-Gn差动保护动作输出并跳闸；在运行接触器JC1-JCn的断开条件是，机组G1-Gn停机退出、或差动分闸且机组G1-Gn完成冷却停机已退出；接触器JC0退出条件是，任意机组差动保护器D1-Dn动作输出且差动故障机组未完成冷却停机；接触器SW0仅在电阻RH维修时退出。

故障范围的判断处理。系统外部单相接地故障时，例如故障点F1，本系统接地保护与配电系统按正常配合整定进行选择性保护，由外部相应断路器切除故障。并机母线范围接地故障时，例如故障点F2，机组差动保护器D1-Dn都不会动作，但电流互感器CT0及系统电压互感器开口三角有保护报警，控制器PLC判断为外部故障，接触器组不需要动作，本系统按照小电阻RL/CT0检测接地电流的灵敏保护规则和设置时限动作，故障点在F2时，所有机组按配合时限分闸时采取冷却停机。如图1所示的情况，故障点在F3时，差动保护无动作，所在故障机组G1-Gn如果是JCi（i=1-n）投入状态则分闸后依然采取冷却停机，如果JCi不是投入状态则导致机组Gi独立不接地状态，非故障相电压升高对机组Gi绝缘造成威胁，逻辑时序较难识别处理，针对这种情况的两个措施，或者对F3部位进行分相封闭处理，或者将差动电流互感器CT11-CTn1安装在断路器的并机母线侧，见图2所示。在图2情况下，F3和F4成为同一个故障点，均属差动保护范围的内部故障。

系统内部单相接地故障时，例如故障点F4，尤其是发电机内部绕组，差动保护Di首先将断路器CBi分闸切除故障机组，此后分两种情况。第一种情况，故障机组Gi的中性点接触器JCi在投入状态，此时差动Di和零序继电器ZR组合逻辑按照优先级使另一台机组JC投入、以及接触器JC0退出，整个系统通过电阻RH仍处在中性点接地状态，同时保持JCi继续投入状态直至完全机组退出，机组Gi在冷却停机过程中发电机绕组故障点维持小故障电流，同时发动机得以正常冷却，机组Gi完全退出后，接触器JCi退出、接触器JC0恢复投入运行。第二种情况，故障机组Gi的中性点接触器JCi在断开状态，此时接触器JC0退出、JCi按逻辑投入，其他机组JC保持原来状态，机组Gi在小接地电流情况下冷却停机，完全退出后JCi退出、JC0恢复投入运行。上述过程在保证了系统中性点小电流接地保持和其他系统正常运行的同时，故障机组的发电机和发动机的损害都达到了最小化。中性点电阻RL和RH针对不同情况分别起到了相适应的作用，构成两级小电流接地保护系统。

逻辑过程由可编程控制器PLC完成，控制器PLC采用西门子S7-200 SMART控制器，编程软件版本号为STEP7-MicroWIN SMART V2.3。控制器PLC状态监测对象包括接触器JC1-JCn、接触器JC0、零序电流继电器ZR、差动保护继电器D1-Dn、断路器CB1-CBn；控制器PLC控制对象包括接触器JC1-JCn、接触器JC0；控制器PLC与机组G1-Gn的控制器通信以监控机组数据。