采樣回路分壓電阻對發(fā)電機轉子接地保護的影響與解決對策

陳志洋

（福建省鴻山熱電有限責任公司，福建泉州362712）

0 引言

某電廠采用東方電機廠生產的QFSN-600-2-22D型水內冷同步發(fā)電機，與其配套的是進口的ABB UNITROL 5000系列靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。機組配備有兩套獨立的發(fā)變組保護，分別是南瑞繼保的RCS-985B保護裝置與國電南自的DGT-801B保護裝置。其中，RCS-985B保護裝置采用切換采樣式一點的接地保護，也稱“乒乓式”轉子一點接地保護，而DGT-801B保護裝置采用注入式轉子一點接地保護。發(fā)電機的轉子保護按相關規(guī)程要求只能投入一套，省內大多數發(fā)電機轉子保護均采用“乒乓式”保護原理。根據某省電科院的建議，一直以來該電廠都只投入RCS-985B裝置中的轉子接地保護。

1 存在問題

經過圖紙查閱與現(xiàn)場確認，某電廠發(fā)電機的轉子電壓是從轉子繞組的正、負極引出，通過二次電纜回路從發(fā)電機勵磁柜內的-X49：4與-X49：8的Uf+、Uf-引至發(fā)變組保護裝置，如圖1所示。

圖1 轉子電壓二次回路圖

在歷次機組大小修的保護檢驗中，試驗人員按常規(guī)做法在發(fā)變組保護端子排處模擬轉子接地故障，保護裝置的轉子接地保護均能正確發(fā)信和動作。從圖1中可以看到轉子電壓二次回路中串有-R81.1、-R81.2、-R82.1、-R82.2（10 kΩ）四個電阻，因為電阻的分壓作用使保護裝置獲得的轉子電壓小于實際轉子電壓值?；芈分写拥碾娮枋欠駮绊慠CS-985B保護裝置中的轉子一點接地保護？接下來將從“乒乓式”轉子一點接地保護的原理出發(fā)來做進一步分析。

查閱RCS-985B說明書可知，裝置采用電子開關切換工作，對兩種工作狀態(tài)下的方程聯(lián)立求解，得到接地電阻和接地點位置。轉子接地電阻測量圖（不含注2、注3部分）如圖2所示[1]。

圖2 乒乓式轉子接地電阻測量原理圖

圖2中，當S1合、S2開時，可得：

當S2合、S1開時，可得：

與設備廠家技術人員確認，電阻R=20 kΩ，在已知I1、I2、U、I1′、I2′、U′、R的情況下，可解方程得到Rg、α，當Rg的計算值小于保護定值時，保護出口。

由于轉子電壓回路中串有四個分壓電阻，受此電阻影響，計算方程將發(fā)生改變。測量原理圖如圖2中增加注2、注3后所示。圖中，Rz=R81.1+R81.2=R82.1+R82.2=20 kΩ。

當S1合、S2開時，可得：

由上述方程可以知道，轉子電壓二次回路中的分壓電阻Rz將影響轉子接地保護的計算結果。雖然裝置可以通過修正算法等途徑來消除分壓電阻的影響，但為驗證分壓電阻對轉子接地保護的實際影響，在現(xiàn)場進行了模擬接地試驗，從轉子電

當S2合、S1開時，可得：壓回路熔絲后端加入直流電壓，使用滑線變阻器和電阻箱模擬轉子接地。具體接線如圖1中注1所示。

試驗數據如表1所示。

表1 模擬接地試驗數據 單位：kΩ

由表中數據可以看出，分壓電阻不僅影響保護裝置計算接地電阻，而且影響保護裝置對接地位置的判別。在試驗中，當模擬轉子在100%、75%、25%、0%處直接接地時，雖然顯示的接地電阻值小于保護整定值，但保護裝置并不發(fā)信，存在動作死區(qū)。同時，對不接入分壓電阻也進行了同樣的試驗。未接入分壓電阻時，各點模擬接地數據顯示誤差均在允許范圍，且不存在動作死區(qū)等情況，詳細數據不再一一列出。

轉子接地是發(fā)電機較常見的故障之一。當勵磁回路發(fā)生一點接地故障時，雖然不會對發(fā)電機造成較大危害，但是如果故障擴大，再發(fā)生第二點接地故障，則會使發(fā)電機轉子電流增大，無功出力降低，甚至產生劇烈振動，嚴重威脅發(fā)電機的安全。勵磁回路的兩點接地故障，還有可能使軸系和汽機磁化。由于轉子電壓回路中分壓電阻的影響，RCS-985B的“乒乓式”轉子接地保護計算結果存在較大偏差，更為致命的是保護存在動作死區(qū)。當勵磁回路發(fā)生一點接地時，保護裝置無法準確發(fā)信，提醒檢修人員及時進行處理，進而一點接地故障有可能演變成兩點接地故障，威脅發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。

2 解決方法

如何確保轉子接地保護能夠可靠準確動作？結合現(xiàn)場實際，這里有兩個方法。

2.1 方法一：將轉子電壓二次回路中的分壓電阻拆除

在GB/T 14285—2006《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》中規(guī)定，二次回路的工作電壓不宜超過250 V[2]。此電廠發(fā)電機的額定勵磁電壓為398 V，正常的工作電壓超過250 V，且轉子電壓中含有一些尖峰電壓，對于二次設備的長期安全運行極為不利。當發(fā)電機故障停機滅磁時，轉子反向過電壓可達2 800 V。2 800 V的反向轉子電壓直接加在發(fā)電機保護裝置的轉子電壓輸入回路上，可能導致保護裝置的絕緣破壞，威脅設備和人身安全。因此，在轉子電壓二次回路中設置分壓電阻是合理的，也是必要的。拆除分壓電阻，雖然可以使“乒乓式”轉子接地保護正常工作，但是將轉子電壓直接引入保護裝置將給電氣設備和人身帶來很大的安全隱患。

2.2 方法二：更換其他原理的轉子接地保護

DGT-801B保護裝置采用的是注入式轉子一點接地保護。在DGT-801系列裝置中，轉子一點接地保護的注入直流電源

為裝置自產，在發(fā)電機運行與不運行時，均能監(jiān)視發(fā)電機轉子回路的對地絕緣。如圖3所示，該保護原理[3]將一直流電壓U0經繼電器J加到轉子的負極與地之間。當發(fā)生轉子接地故障時，流過繼電器的電流大于繼電器動作電流時，保護啟動。

圖3 簡化的原理圖

從圖中可以看出疊加直流電壓式轉子接地保護的原理十分簡單，即：

要消除回路中增加的分壓電阻Rz的影響，只需將轉子一點接地電阻的定值在原定值Rg的基礎上加上Rz的阻值即可。經過現(xiàn)場模擬接地試驗，DGT-801B保護裝置在調整定值后，能正確反映轉子各個位置的接地故障。

3 結語

原理分析及現(xiàn)場的模擬接地試驗可以證實，由于轉子電壓回路中分壓電阻的影響，采用“乒乓式”轉子接地保護原理的保護裝置無法正確反映勵磁回路中發(fā)生一點接地故障時的接地電阻和位置。雖然裝置可以通過修正算法等途徑消除誤差，但實際中仍存在偏差較大的情況，進而不能可靠及時發(fā)信，易導致勵磁回路發(fā)生兩點接地故障。如果取消轉子電壓回路中的分壓電阻，將給電氣設備和人身帶來很大的安全隱患。采用注入式轉子接地保護原理的保護裝置，動作準確性不受分壓電阻的影響，只需要考慮分壓電阻對保護定值的影響。現(xiàn)場通過修改保護定值，就可以消除分壓電阻帶來的影響。

綜上所述，通過改投DGT-801B保護裝置中的轉子接地保護能夠避免分壓電阻對某電廠轉子接地保護的影響，使發(fā)電機組安全可靠運行。

[1]南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS-985系列發(fā)電機變壓器成套保護裝置技術說明書[Z]，2001.

[2]繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程：GB/T 14285—2006[S].

[3]國電南自凌伊電力自動化有限公司.DGT801系列數字式發(fā)電機變壓器組保護裝置技術說明書[Z]，2007.