一例转子一点接地保护误动引起的思考

摘要 哈萨克斯坦玛依纳水电站（简称“玛电”）采用冲击式水轮机组，单机容量150MW，装机总容量300MW。本文就玛电发电机转子一点接地问题做出了详细的分析并提出合理的建议，供同行作为参考。

关键词 转子一点接地；转子两地接地；乒乓式

中图分类号TM3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）111-0105-02

1 系统参数

发电机参数-额定容量：150MW;额定机端电压：15.75KV；额定定子电流：5499A；额定功率因数：0.9；额定励磁电压：268V；额定励磁电流：1589A；空载励磁电压：101V；空载励磁电流：848A；电制动励磁电压：268V；电制动励磁电流1589A.

励磁变：额定容量：1600KVA；一次电压：15.75/1.732KV；二次电压：550V；接线组别：Yd11.制动变：额定容量：180KVA；一次电压：380V；二次电压：130V；接线组别：Yd11

2 转子接地保护原理分析

当发电机在运行中发生转子一点接地故障时，按规程，如故障不能消除，运行两小时应停机检查处理。发生转子一点接地故障后，当班的运行人员应申请停下机组检查：1）对机组转子回路的绝缘检查；2）校验转子一点接地保护装置；3）检查转子外部和内部设备；4）检查保护的控制回路接线和端子。 

转子接地保护反映转子回路对地绝缘损坏的故障。装置须引入转子励磁电压和大轴地。当励磁回路发生一点接地故障（转子绕组绝缘损坏）时对发电机并不会造成危害，允许发电机继续运行，所以转子一点接地保护多动作于发信，但应尽快转移负荷，停机检修，避免发生两点接地故障，造成严重后果。

本装置为转子一点接地设置了接地电阻低定值段，对于严重的一点接地，可作用于跳闸。转子两点接地保护在一点接地保护动作后，延时自动投入。本装置利用切换采样原理（乒乓式变桥原理）测量接地故障点位置和接地电阻大小。电路原理见下图。

图1转子接地原理图

E为励磁回路直流电动势，S1、S2是本装置控制的静态联动开关。切换开关S1、S2轮流导通，分别测量E和R1两端电压U得到E、E′和U、U′。

Rf=ER1/(3U)-R1-2R/3

α=1/3+U1/(3U)

U=U1-EU1′/E′

当转子（励磁绕组）一点接地时，根据实测的两组数据可以计算出接地电阻Rf和故障点位置a。当检测到接地电阻Rf 小于给定的接地电阻整定值时，发出转子一点接地信号。转子一点接地时，记录第一点接地的位置a。当检测到接地点位置a′变化时，Δa=a-a′，如果Δa大于整定值时判为转子两点接地，发出信号且动作于跳闸。

3 事故过程以及原因分析

保护装置安装在2号机组上情况 :

1）在静态下用继保仪加110V直流电压，在转子正和大轴之间加电阻，装置准确动作，测量的电阻误差在5%以内；

2）第一次开机空载下保护装置显示励磁电压E（170-300V）接地电阻R（655.35K）接地点位置α（100%）；带上6MW的负荷时显示励磁电压E（170-300V）接地电阻R（655.35K）接地点位置α（100%）；但是连续运行几天之后装置转子一点接地保护一直动作显示励磁电压E（170-300V）接地电阻R（0 K）接地点位置α（100%）。励磁屏上显示此时的转子电压是110v左右，转子电流950A左右

由于保护动作，我们立即转移负荷，平稳停机，首先在静态下对装置进行了实验，保护能够准确动作。然后开始测量转子一次，二次回路的绝缘，是满足要求的，接着检查转子，发现集电环表层积灰，于是进行了清扫。同时发现转子引线绝缘损坏，马上进行了处理。认为这就是转子绝缘下降的原因。

转机后，在空转态下，测转子对地绝缘电阻为600M欧左右，是完全符合要求的。于是将机组由空转变为空载态，转子一点接地仍然报警，装置显示励磁电压E（170-300V）接地电阻R（655.35K）接地点位置α（100%）。由此排除了转子的问题。

在停机的过程中，在转速达到60%的时候，励磁系统自动投入电制动开关，此时装置一点接地并未报警，装置显示E（115-124V）R（655.35K）α（100%）。励磁屏上显示转子电压是110v左右，转子电流950A左右。

我们将空载态下的数据和投入电制动时的数据进行了比较，并结合励磁系统图猜测是否是S102到励磁变低压侧的绝缘出了问题，才导致空载下报警，电制动时不报警。于是我们在停机状态下对励磁变的副边进行了绝缘监测，发现也是满足要求的。由此排除了励磁回路的问题。

我们将此保护装置安装在1号机组上，发现在开机空载态下，和停机投入电制动之后的情况和1号机的情况完全一样。于是对装置进行了详细的检查，转子接地电路板子上的滤波电容由原来的0.5uf降低为0.25uf。可以说明10个滤波电容有不同程度的软击穿。对此情况做了分析：在保护屏后测量的励磁回路波形，并对波形进行了分析如下：

波形显示励磁电压平均值是Ud=119V（DC），励磁电压有效值是UL=218V(AC)。峰峰值达Uf=1100V。首次分析此波形数据是否正常：(已知空载态下控制角α在78到82之间。在转机情况下观察α为81)

1） Ud’=1.35UCOSα=116V Ud；

2） UL’=U=227V UL；

3）Uf换相过电压叠加在阳极电动势（E=1.414*U=1.414*550V=777.7V）上，其尖峰值可达到2000多V，由于采用阻容保护来抑制换相过电压，所以波形显示峰峰值达到1100V实属正常。

既然励磁回路正常，那么就是电容的软击穿造成一端接地，而显示接地电阻值是零。

故此，将这些电容换成2000V耐压值的滤波电容。再次开机，装置显示正常，一直平稳运行至今。

4 结论

1）转子接地保护乒乓式原理应用是比较广泛的，但是随着我国水电事业的飞速发展，机组容量越来越大，励磁系统可控硅整流又有其本身的特性，乒乓式原理应该改进电路板去适应励磁回路中极高的整流电压；

2）同时建议在选用微机式转子接地保护时不仅要依据额定励磁电压，而且要参考励磁系统阳极电压值。

参考文献

[1]中华人民共和国电力行业标准.大型发电机变压器继电保护整定计算导则DL/T684-1999.