發電機轉子接地保護現狀分析與處理

張國防，馬俊嶺

（河南華潤電力首陽山有限公司，河南 洛陽 471943）

發電機轉子接地是發電機較為常見的故障類型之一，因此中、大型機組均按照要求配置轉子接地保護。轉子接地保護是保護發電機轉子最重要電氣量保護，是轉子的主保護。目前對于轉子一點接地保護目前并無異議，各機組均已配置。但對于轉子兩點接地保護，爭議較大，目前兩點接地投與不投的現象均存在。

1 發電機轉子接地的危害

發電機轉子絕緣損壞后會造成轉子繞組一點接地故障，嚴重者會造成轉子兩點（多點）接地故障。發電機轉子一點接地故障較為常見，現場發生過多次轉子一點接地故障。轉子發生一點接地故障時，由于沒有形成閉合的回路，因此對發電機的危害性較小。但是如果發電機轉子再發生第二點接地故障，則會形成閉合回路，轉子回路會流過相大的故障電流，燒壞發電機轉子，以及發電機轉子的勵磁繞組，同時還會造成軸系及汽機磁化。同時由于勵磁繞組部分被短接，使發電機氣隙磁通失去平衡，從而會引起發電機嚴重的振動，從而造成災難性的后果。嚴重威脅著電廠主設備及電網系統的安全。

2 發電機轉子接地保護簡介

2.1 發電機轉子一點接地保護

發電機轉子一點接地保護原理目前主要有乒乓式保護和注入式保護。乒乓式保護原理是研發較早，使用較為普遍，本文對品乒乓式保護簡要介紹。

乒乓式保護原理：采用乒乓式開關切換原理，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值和接地位置。原理圖見圖1 所示。其中，S1、S2 為由微機控制的電子開關，Rg 為接地電阻，α 為接地點位置，E 為轉子電壓(考慮它的變化，新的電動勢以E’表示)。兩個降壓電阻R，一個測量電阻R1。計算接地位置并記憶，為判斷轉子兩點接地作準備。為防止保護誤動及計算溢出，特設啟動判據：E>40V。

圖1 轉子一點接地保護切換采樣原理接線圖

當Rg 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。

2.2 轉子兩點接地保護

若發電機轉子回路再發生轉子一點接地裝置動作后發出信號，人工投入兩點接地裝置，此時保護裝置接地電阻和接地位置發生變化，當其變化值超過規定值時，轉子兩點接地保護動作于停機。

3 轉子接地保護現場配置問題

3.1 轉子一點接地保護現場配置

目前根據《GBT 14285-2006 繼電保護和安全自動裝置技術規程》4.2.11 的規定，“對于1MW 及以上的發電機應裝設專用的轉子一點接地保護裝置延時動作于信號，宜減負荷平穩停機，有條件時可動作于程序跳閘。”目前現場均按照要求配置有轉子一點接地保護。

但對于保護出口方式，目前現場整定方式不一，部分電廠保護出口方式為報警；部分電廠保護出口方式為跳閘。根據機組現場實際狀況，以上保護出口方式均滿足《GBT 14285-2006 繼電保護和安全自動裝置技術規程》、《DLT 684-2012 大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則》的相關要求，并無問題。但對于轉子一點接地保護投跳閘的機組，目前轉子一點接地低定值段延時需合理配置，部分機組整定延時為3s 或者更小，存在較大的風險，動作延時宜整定為5～10s。

3.2 轉子兩點接地保護現場配置

目前對于轉子兩點接地保護配置現場存在較大爭議，部分機組選擇在轉子一點接地報警后，手動投入兩點接地，發生兩點接地保護后由轉子兩點接地保護動作跳閘；部分機組已取消轉子兩點接地保護。

目前對于配置轉子兩點接地保護并無相關國標、行標、導則相支撐。《GBT 14285-2006 繼電保護和安全自動裝置技術規程》《DLT 671-2010 發電機變壓器組保護裝置通用技術條件》導則中對發變組保護裝置的要求中也已刪除了轉子兩點接地保護，即不再要求保護廠家生產的發變組保護裝置中配置轉子兩點接地保護。、《DLT 684-2012 大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則》中也已刪除了轉子兩點接地保護整定的相關部分，這就意味著現場整定轉子兩點接地保護失去了導則支撐。

最新國標、行標、導則對于刪除勵磁回路兩點接地保護，表明了行業內對于轉子兩點接地保護存在較大爭議。目前爭議主要集中在以下幾點：

（1）若發電機轉子回路發生一開始就是兩點（多點）接地，或者是發生一點接地后很短的時間內發生兩點接地，該保護將發生拒動。

（2）若在第一個接地故障點勵磁回路的正極或負極端，電橋在第二點接地故障時無輸出，該保護將有100%的死區而拒動。

（3）水電機組、大型外國機組均不配置轉子兩點接地保護。基于以上爭議，不建議投入兩點接地保護。

（4）轉子電壓電纜選型問題的探討。目前根據《防止電力生產事故的二十五項重點要求》第11.2.2 要求“發電機轉子一點接地保護裝置原則上應安裝于勵磁系統柜。接入保護柜或機組故障錄波器的轉子正、負極采用高絕緣的電纜且不能與其他信號共用電纜”的要求現場勵磁回路電纜均已采用高壓電纜，但保護裝置內部配線卻依然采用低壓電纜見圖2。

圖2 端子排內、外部電纜勵磁電纜圖

根據相關參考文獻，機組事故或異常狀態下轉子均可能存在高電壓，此時裝置內部低壓電纜是否可以亨受高電壓，是值得討論的。因此建議裝置內部涉及到轉子電壓的電纜采用高壓電纜，依據現場工程實際情況，建議采用1kV 高壓電纜。

4 結語

配置轉子一點接地保護目前在行業內并無爭議，但對于轉子兩點接地保護目前爭議較大，建議再發生轉子一點接地的情況下，保護動作跳閘或者機組減負荷平穩停機，不必冒著轉子磁化的風險運行。對于轉子回路二次電纜也應考慮各種情況下的高電壓情況，配置高電壓型電纜，確保機組安全可靠運行。