淺談發電機轉子接地保護

【摘要】本文主要討論了發電機轉子接地故障的現象，以及采用乒乓式和電橋式原理構成的轉子接地保護的原理及應用。

【關鍵詞】轉子；接地；電橋式；乒乓式

0.引言

發電機正常運行時，轉子回路對地之間有一定的絕緣電阻和分布電容，它們的大小與發電機轉子的結構、冷卻方式等因素有關。當轉子絕緣損壞時，就可能引起轉子接地故障，常見的是一點接地故障，如不及時處理，還可能接著發生兩點接地故障。轉子回路的一點接地故障，由于構不成電流通路，對發電機不會構成直接的危害，對轉子回路一點接地故障的危害，主要是擔心再發生第二點接地故障，因為在一點接地故障后，轉子回路對地電壓將有所提高，就有可能再發生第二個接地故障點。

1.轉子接地保護基本工作原理

1.1直流電橋原理構成的轉子接地保護

直流電橋原理構成的轉子接地保護如圖一所示。可調電阻R接于勵磁繞組的兩端，當發現勵磁繞組一點（如K1點）接地后，勵磁繞組的直流電阻被分成r1和r2兩部分，這時運行人員接通按鈕SB，并調節電阻R，以改變r3和r4，使電橋平衡（r1/r2=r3/r4），此時毫伏表mv的指示最小（理論上為零）。然后斷開SB而將連片XB接通，投入勵磁繞組兩點接地保護。這時由于電橋平衡，繼電器K內因無電流或流有很小的不平衡電流而不動作。當勵磁繞組再有一點（如K2點）接地時，已調整好的電橋平衡關系被破壞，繼電器K內將有電流流過，其大小與K2點距K1點的距離有關。K2與K1間的距離越大，電橋越不平衡，繼電器K中的電流越大，只要這個電流大于K的整定電流，它就動作，跳開發電機。在繼電器K的線圈回路中接電感L的目的，是阻止交流電流分量對保護動作的影響。

圖1 直流電橋原理構成的轉子接地保護

按電橋原理構成的轉子接地保護結構簡單，但存在以下缺點：

（1）若第二點接地距第一點接地較近，兩點接地保護不會動作，即有死區。

（2）若第一點接地發生在轉子滑環附近，則不論第二個接地點在何處，保護都不會動作（因無法投保護）。

（3）對于具有直流勵磁機的發電機，如第一個接地點發生在勵磁機勵磁回路時，保護也不能使用。因為當調節磁場變阻器時，會破壞電橋的平衡，使保護誤動作。

（4）本保護裝置只能轉子一點接地后投入，如果第二點接地發生的很快，保護來不及投入。

1.2乒乓式原理構成的發電機轉子接地保護

乒乓式發電機轉子一點接地保護動作原理分析圖如圖2所示，S1、S2是兩個電子開關，由時鐘脈沖控制它們的狀態為：S1閉合時S2打開，S1打開時S2閉合，兩者像打乒乓球一樣循環交替的閉合又打開，因此稱之為乒乓式轉子一點接地保護。

設發電機轉子繞組的K點經Rjd電阻一點接地，UL為勵磁電壓，U1為轉子正極與K點之間的電壓，U2為K點與轉子負極之間的電壓。S1閉合S2打開時，直流穩態電流為：

圖2 兵乓式發電機轉子接地保護原理分析圖

2.轉子接地保護的應用

2.1乒乓式原理構成的轉子接地保護在許繼WFB-800微機型發變組保護中的應用

2.1.1一點接地保護

保護原理：采用乒乓式切換原理，通過求解兩個不同的接地回路方程，實時計算轉子接地電阻和接地位置，并記憶，為判斷轉子兩點接地作準備。為防止保護誤動及溢出，特設啟動判據：機端電壓E>30V。當Re小于或等于接地電阻整定值時，經延時發轉子一點接地信號或作用于跳閘。

定值整定：接地電阻整定值取決于正常運行時轉子回路的絕緣水平。接地電阻高定值可整定為10kΩ及以上，延時4-10s動作于發信；低定值可整定為10kΩ以下，延時1s-4s動作于跳閘。

2.1.2兩點接地保護

保護原理：一點接地保護原理同前所述，但在這里的一點接地電阻定值只有一段，通過延時發信。在一點接地故障后，保護裝置繼續測量接地電阻和接地位置，此后若再發生轉子另一點接地故障，則已測得K值變化，當其變化值△K超過整定值時，保護裝置就確認為已發生轉子兩點接地故障，發電機被立即跳閘。保護判據為：

△K?Kset Kset為轉子兩點接地位置變化整定值

定值整定：接地位置變化動作值一般可整定為5-10%；動作時限按躲過瞬時出現的兩點接地故障整定，一般為0.5-1s。

2.2新型原理構成的轉子接地保護在南自DGT-801微機型發變組保護中的應用

2.2.1一點接地保護

保護原理：采用新型的疊加直流方法，疊加源電壓為50V，內阻大于50kΩ。利用微機智能化測量克服了傳統保護中繞組正負極靈敏度不均勻的缺點，能準確計算出轉子對地的絕緣電阻值，范圍可達200 kΩ。轉子分布電容對測量無影響，電機啟動過程中轉子無電壓時保護并不失去作用。保護引入轉子負極與大軸接地線。

定值整定：Rg為接地故障發信定值（整定范圍1Ω-100kΩ）；Tyd為保護動作延時（整定范圍1s-10s）。

2.2.2兩點接地保護

保護原理：反映定子電壓中二次諧波“負序”分量，此分量是由轉子繞組不對稱匝間短路時含二次諧波的磁場以同步轉速正向旋轉而在定子繞組中生成。保護受一點接地保護閉鎖，發生一點接地時保護自動投入。保護引入機端三相電壓。

保護動作邏輯框圖如圖三：

定值整定：Uld為二次諧波電壓動作值（整定范圍0-10V）：

3.結束語

隨著微機型發變組保護的日趨普及，發電機轉子保護的靈敏性及可靠性也在不斷提高，我想對汽輪發電機轉子接地保護所需采樣輸入信號，即轉子+、轉子—、發電機大軸電位的引接談談我的體會。轉子電壓一般取自滅磁開關柜中整流輸出至發電機勵磁繞組的直流電壓，這里需要指出的是：一般為了不使發電機軸端油膜有壓降。將大軸汽端通過電刷可靠接地，此時轉子接地保護大軸電位應取自發電機勵端接地電刷，這一點在調試現場易被忽視。