Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ装备技术１１５● （神华宁夏煤业集团烯烃一分公司 宁夏银川市７５００４１） 中图分类号：Ｋ９２８文献标识码：Ｂ 文章编号１００７—６３４４（２０１６）１２一Ｏ１１５—０１ 摘要：转子一点接地是发电机常见的故障之一。转子一点接地不会对发电机造成直接危害，但一点接地故障如发展成两点故障， 则将严重的威胁发电机的安全。本文对我厂一套四台发电机组所配置的注入式发电机转予接地保护方式和二套一台机组所配置的乒 乓式发电机接地保护方式作出应用分析。分析了两种接地保护方式的应用不同和实际运行、操作中的优缺点。提出了乒乓式接地保 护方式更适用我厂的结论。 关键词：转子接地；低频注入式；乒乓式；变电桥式 ０引言 转子接地是发电机常见故障之一，转子一点接地时，由于没有形成闭合回路， 励磁绕组参数没有改变，所以对发电机转子励磁回路不会造成直接危险。同时发 电机转子形成的同步旋转磁场没有发生畸变，对发电机定子绕组的出口电压、频 率等参数也没造成影响。然而，当发电机转子励磁绕组再发生第２点接地故障时， 则会出现部分励磁绕组短路，大的故障电流烧伤励磁绕组的同时会烧伤转子的本 体，从而导致发电机内部的旋转磁场发生严重的畸变，造成发电机的定子绕组上 的电压畸变，同时磁路的畸变会导致汽轮机、发电机轴系上发生不同方向上的剧 烈振动，对汽轮发电机组的机械部分造成巨大的伤害。同因，轴系转子上电压过 高击穿轴瓦的油膜间隙，失去油膜的支撑力，高速旋转的机械摩擦力会对轴瓦造 成致命的损伤 。发电机转子接地保护是必配的保护，我厂共５台发电机组，厂一 套四台，转子接地保护方式全为１－３Ｉ－Ｉｚ低频方波电压注入式转子灵敏接地故障保 护。厂二套一台发电机组，转子一点接地保护方式为“乒乓式”变电桥法，转子 两点接地保护采用机端正序电压的二次谐波分量作为判别量。下文就我厂采用的 两套转子接地保护方式作出应用分析。 １ １，３Ｈｚ低频方波电压注入式转子接地保护 １—３Ｈｚ低频方波电压注入式转子接地保护用于探测同步发电机励磁回路发生 的高阻或者低阻值接地故障。保护工作时通过电源模块向励磁回路中注入幅值为 ５０Ｖ的直流电压Ｕ ，该直流电压得正负极性每秒钟变换１—４次，我厂选用２次。 这个直流电压穿越电阻箱单元，然后通过高阻值对称地耦合到励磁回路，同时通 过串联的低阻值测量电阻Ｒ皿连接到大轴接地碳刷。测量电阻上的电压和控制电压 通过保护装置上的测量变送器端子接入保护装置。控制电压在幅值和频率上都与 注入的５０Ｖ方波电压成正比，转子回路中的接地电流通过串联的低值测量电阻上 的电压获取。 每当注入的直流电压ｕ 的极性发生翻转，就会产生充电电流Ｉ 并流经电阻箱 单元进入励磁回路的转子对地电容。这个充电电流在低阻值测量电阻上按照一定 比例形成电压降Ｕ ，一旦转子回路对地电容充电完毕，测量回路中的充电电流 将变为０ 。如果励磁回路中发生了接地故障，那么在测量回路中将形成持续的接 地电流。接地电阻取决于故障电阻的大小。 电殂辅 向ｏ５Ｈｚ剑４ ０Ｈｚ ～ Ｉ旦 ｉ１） ＩＥ ｔ黼离 １１ Ｉ ｌ ４ｏｍ ｌ 一● ｕＴｃＯ¨， 上 上Ｌ｛二 二：一 ‘ Ｕ ‘ —— ＴＤ ２ 硝ｉＥ ＣＥ为转子对地电容；Ｒ。为串接电阻；Ｕ 为方波电压； Ｉ 为接地电流；‘为方波电压频率 图１方波电压注入转子回路示意图 保护装置还会监视测量回路的控制电压。一旦测量到的控制电压消失或者太 低，那么保护装置就认为转子接地保护信号注入回路中的控制单元出现了故障。 如果保护装置测量到转子接地回路对地电阻阻值低于保护定值的高阻值段，高于 低阻值段，保护装置通常会发告警信号。如果阻值低于低阻值段，那么保护装置 将会在短时间内发跳闸命令。 ２“乒乓式”变电桥法转子接地保护 ２．１转子一点接地保护 “乒乓式”变电桥法转子接地保护反应转子绕组对大轴绝缘电阻下降。通过 电子开关ＳＩ、ｓ２轮流切换，改变电桥两臂电阻值的大小。通过求解三种状态下的 回路方程，实时计算转子接地电阻和接地位置。保护测量电路原理图如图２，图中 ｓ１和ｓ２为两个受控的电子开关Ｕ、、１３：、Ｕ 为三个被测电压，Ｒ 为转子对大轴接 地电阻。 励磁绕组 Ｓｌ 图２“乒乓式”变电桥接地保护电路原理图 保护的动作判据为： Ｒ ＜Ｒ （１） 式中：Ｒ为接地电阻值，分两段，高定值段为灵敏段，保护出口仅为告警信 号，低定值段可发信也可出口。 ２－２转子两点接地保护 这种发电机两点接地及转子绕组匝间短路保护基于反映发电机定子电压二次 谐波分量的原理。当发电机转子绕组两点接地或匝间短路时，气隙磁通的对称性 遭到破坏，出现偶次谐波，发电机定子绕组每相感应电动势也出现了偶次谐波。 转子一点接地保护动作后，保护装置自动投入转子两点接地保护，转子两点 接地保护采用极端正序电压的二次谐波分量作为判别量 。动作判据为： Ｕ１２＞Ｕ （２） 式中：Ｕ Ｕ 分别为机端正序电压的二次谐波分量和定值。 鞴子一点接地确作 ｌ ————一 转予 点接地绦护投入１ｌ 盏 ．———————．固转予掰点接地搛 出 定于正序二敬ｊ≯ 渡电嚣 Ｊ广———一 图３发电机转子两点接地保护逻辑框图 ３结论 本文通过对我厂五台机组，采用两种不同的发电机转子接地保护方式的工作 原理分析比较，结合现场的实际生产中发现的问题，为了保障实际生产中机组的 安全稳定运行，得出一下几点： １）厂一套的机组配置的注人直流方波电压式的转子接地保护存在着每次起机 时受转子绕组对地电容效应的影响的缺陷，如不在起机前退出转子接地保护出口 压板，汽轮发电机组会跳闸。这种缺陷由这种保护方式自身决定，无法改进，只 能在每次起机前退出该压板，机组并列运行之后投入该压板。 ２１应加强对机组轴系接地碳刷与大轴间接触电阻的监测，使两者之间接触良好。 ３１ １—３Ｈｚ低频方波电压注入式的转子接地故障保护功能远比工频电压注入 式阻抗测量原理（乒乓式）的转子接地故障保护灵敏。 ４）注人式的接地保护灵敏性高，主要用于大型机组。这种保护里接地电流的 大小受接地位置影较大，一旦满足保护整定的接地电流值，保护跳闸就会出口， 把机组设备的安全放在第一位。不同“乒乓式“保护方式。 参考文献 【１】王维剑．电气主设备继电保护原理与应用［Ｍ１．北京：中国电力出版社，２００２ ［２］高春如．大型发电机组继电保护整定计算与运行技术［Ｍ】．北京：中国电力出 版社．２Ｏ０５ ［３】张保会－电力系统继电保护【Ｍ】．北京：中国电力出版社，２０１０
