转子接地故障的继电保护配置

转子接地故障的继电保护配置

 ,杨鑫1 ,杨麒1,杨力铭2

（1.云南全项电力科技有限公司，云南昆明 650000；2.云南省配售电有限公司，云南昆明 650000）

转子接地是发电机较常见的故障之一。当励磁回路发生一点接地故障时，对发电机还不会造成较大危害，但如果再发生第二点接地故障，则会使发电机转子电流增大，无功出力降低，甚至产生剧烈振动，严重威胁发电机的安全。如果汽轮发电机励磁回路发生两点接地，则有可能使轴系和汽机磁化。所以发电机必须装设转子一点接地保护。转子一点接地保护根据原理的不同可分为非注入式保护和注入式保护二大类。非注入式保护依靠励磁绕组本身的电压或电流量作为保护判据的基本参量；注入式保护则需要外加辅助电源，由该辅助电源把计算保护判据用的电压量或电流量注入转子，以此作为保护计算的基本参量。

汽轮发电机通用技术条件规定，对于空冷及氢冷的汽轮发电机，励磁绕组的冷态绝缘电阻不小于1MΩ，直接水冷却的励磁绕组，其冷态绝缘电阻不小于2kΩ；水轮发电机通用技术条件规定，绕组的绝缘电阻在任何情况下，都不应低于 0.5MΩ。当励磁绕组及其相连的直流回路发生一点接地故障时，由于没有形成短路回路，接地点并没有故障电流，所以并不会产生严重的后果。但是如果继发第二点接地故障时，接地点流过的故障电流将烧伤转子本体，部分转子绕组被短接，励磁绕组中电流增加将因过热而烧伤。

部分励磁绕组被短接以后气隙磁场发生的畸变会造成转子振动的加剧(这一点对于水轮发电机尤其严重)此外两点接地后还可能发生轴系和汽轮机的磁化。这些都将严重威胁发电机的安全，对调相机也是一样。为了大型发电机组的安全运行，无论水轮发电机、汽轮发电机或者调相机，在励磁回路一点接地保护动作发出信号后，应立即转移负荷，实现平稳停机检修。

1 转子接地保护原理分析

(1)切换采样式

切换采样式转子接地保护原理如图1所示：

图1 切换采样式转子接地保护原理图

Ur为转子电压，kV；Rg为一点接地电阻，k；R为转子回路切换电阻，k；S1、S2为电子开关；切换电子开关有2种状态：一种是S1合，S2开，对应的测量电流为i1和i2，kA；另一种S1开，S2合，对应的测量电流是i'1和i'2，kA。

假设S1和S2切换的两种状态下，Ur不变，一点接地电阻计算式如下：

当Rg小于接地保护定值时触发转子一点接地保护动作。

(2)注入方波电压式

注入式在未加励磁电压的情况下也能监视转子的绝缘情况，更符合大型机组对转子绝缘检测的要求。

注入方波电压式转子接地保护原理如图2和图3所示：

图2 单端注入式转子接地保护原理图

图3 双端注入式转子接地保护原理图

Us为方波电源幅值，kV；Rc为注入电阻，k；Rm为测量电阻，k。

在转子绕组的一端或两端与大轴之间注入方波电源，通过计算接地电阻的阻值，构成转子一点接地保护。注入式不受转子绕组对地电容的影响，测量精度高，保护灵敏度与转子接地位置无关。由于双端注入可准确测量绕组接地位置，所以通常情况下采用双端注入式。

假设方波电源正、负两种状态下转子电压不变，双端注入式一点接地电阻计算式如下：

i和i’分别为方波电压为正和负时的测量电流，kA。当Rg小于接地保护定值时触发转子一点接地保护动作。

在转子绕组的一端（或两端）与大轴之间注入方波电源，通过计算接地电阻

的阻值，构成转子一点接地保护，双端注入时，可准确测量接地位置。注入式转

子接地保护有如下特点：

(1)不受转子绕组对地电容的影响，不受高次谐波分量的影响，接地电阻

测量精度高；

(2)保护灵敏度与转子接地位置无关，保护无死区，在转子绕组上任一点

接地都有很高的灵敏度；

(3)在未加励磁电压的情况下，也能监视转子绝缘。

由于大机组励磁电压较高，强励时电压更高， 转子接地保护宜采用单独装置，接地安装在励磁屏柜内。转子一点接地保护按双重化配置，且双套配置的转子一点接地保护宜采用不同原理，两种不同原理之间可以相互验证，正常运行时只投入其中一套，当投入运行的转子接地保护动作报警时，可切换至另一套，验证第一套保护的动作行为，提高绝缘检测的可信度。

目前大型发变组的保护方案要求采用双重化配置，转子接地保护由于保护原理的原因只能双重化配置单套运行，即采用一套运行一套备用方式，需要时通过人工带电切换。国内外发变组保护中实现转子一点接地保护的双套运行一直是个无法解决的难题，针对这个难题，有研究提出了交直流注入式转子一点接地保护的双重化配置方案，保护配置由注入直流转子一点接地保护和注入交流转子一点接地保护构成，两套保护可同时并列运行，也可以独立使用。