發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護現(xiàn)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(fā)電機轉(zhuǎn)子接地是發(fā)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(zhuǎn)子接地保護。轉(zhuǎn)子接地保護是保護發(fā)電機轉(zhuǎn)子最重要電氣量保護，是轉(zhuǎn)子的主保護。目前對于轉(zhuǎn)子一點接地保護目前并無異議，各機組均已配置。但對于轉(zhuǎn)子兩點接地保護，爭議較大，目前兩點接地投與不投的現(xiàn)象均存在。

1 發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地的危害

發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣損壞后會造成轉(zhuǎn)子繞組一點接地故障，嚴重者會造成轉(zhuǎn)子兩點（多點）接地故障。發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地故障較為常見，現(xiàn)場發(fā)生過多次轉(zhuǎn)子一點接地故障。轉(zhuǎn)子發(fā)生一點接地故障時，由于沒有形成閉合的回路，因此對發(fā)電機的危害性較小。但是如果發(fā)電機轉(zhuǎn)子再發(fā)生第二點接地故障，則會形成閉合回路，轉(zhuǎn)子回路會流過相大的故障電流，燒壞發(fā)電機轉(zhuǎn)子，以及發(fā)電機轉(zhuǎn)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(fā)電機氣隙磁通失去平衡，從而會引起發(fā)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(wǎng)系統(tǒng)的安全。

2 發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護簡介

2.1 發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地保護

發(fā)電機轉(zhuǎn)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(fā)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jù)：E>40V。

圖1 轉(zhuǎn)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(jīng)延時發(fā)轉(zhuǎn)子一點接地信號或作用于跳閘。

2.2 轉(zhuǎn)子兩點接地保護

若發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路再發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地裝置動作后發(fā)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(fā)生變化，當其變化值超過規(guī)定值時，轉(zhuǎn)子兩點接地保護動作于停機。

3 轉(zhuǎn)子接地保護現(xiàn)場配置問題

3.1 轉(zhuǎn)子一點接地保護現(xiàn)場配置

目前根據(jù)《GBT 14285-2006 繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》4.2.11 的規(guī)定，“對于1MW 及以上的發(fā)電機應裝設專用的轉(zhuǎn)子一點接地保護裝置延時動作于信號，宜減負荷平穩(wěn)停機，有條件時可動作于程序跳閘?！蹦壳艾F(xiàn)場均按照要求配置有轉(zhuǎn)子一點接地保護。

但對于保護出口方式，目前現(xiàn)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(jù)機組現(xiàn)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(guī)程》、《DLT 684-2012 大型發(fā)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(zhuǎn)子一點接地保護投跳閘的機組，目前轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子兩點接地保護現(xiàn)場配置

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

目前對于配置轉(zhuǎn)子兩點接地保護并無相關國標、行標、導則相支撐?！禛BT 14285-2006 繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》《DLT 671-2010 發(fā)電機變壓器組保護裝置通用技術條件》導則中對發(fā)變組保護裝置的要求中也已刪除了轉(zhuǎn)子兩點接地保護，即不再要求保護廠家生產(chǎn)的發(fā)變組保護裝置中配置轉(zhuǎn)子兩點接地保護。、《DLT 684-2012 大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則》中也已刪除了轉(zhuǎn)子兩點接地保護整定的相關部分，這就意味著現(xiàn)場整定轉(zhuǎn)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(yè)內(nèi)對于轉(zhuǎn)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(fā)電機轉(zhuǎn)子回路發(fā)生一開始就是兩點（多點）接地，或者是發(fā)生一點接地后很短的時間內(nèi)發(fā)生兩點接地，該保護將發(fā)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(qū)而拒動。

（3）水電機組、大型外國機組均不配置轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子電壓電纜選型問題的探討。目前根據(jù)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》第11.2.2 要求“發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地保護裝置原則上應安裝于勵磁系統(tǒng)柜。接入保護柜或機組故障錄波器的轉(zhuǎn)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(xiàn)場勵磁回路電纜均已采用高壓電纜，但保護裝置內(nèi)部配線卻依然采用低壓電纜見圖2。

圖2 端子排內(nèi)、外部電纜勵磁電纜圖

根據(jù)相關參考文獻，機組事故或異常狀態(tài)下轉(zhuǎn)子均可能存在高電壓，此時裝置內(nèi)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(nèi)部涉及到轉(zhuǎn)子電壓的電纜采用高壓電纜，依據(jù)現(xiàn)場工程實際情況，建議采用1kV 高壓電纜。

4 結(jié)語

配置轉(zhuǎn)子一點接地保護目前在行業(yè)內(nèi)并無爭議，但對于轉(zhuǎn)子兩點接地保護目前爭議較大，建議再發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地的情況下，保護動作跳閘或者機組減負荷平穩(wěn)停機，不必冒著轉(zhuǎn)子磁化的風險運行。對于轉(zhuǎn)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。