發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護.doc

發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護正常運行時，發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓（直流電壓）僅有幾百伏，且轉(zhuǎn)子繞組及勵磁系統(tǒng)對地是絕緣的。因此，當轉(zhuǎn)子繞組或勵磁回路發(fā)生一點接地時，不會構成對發(fā)電機的危害。但是，當發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)不同位置的兩點接地或匝間短路時，很大的短路電流可能燒傷轉(zhuǎn)子本體；另外，由于部分轉(zhuǎn)子繞組被短路，使氣隙磁場不均勻或發(fā)生畸變，從而使電磁轉(zhuǎn)矩不均勻并造成發(fā)電機振動，損壞發(fā)電機。為確保發(fā)電機組的安全運行，當發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組或勵磁回路發(fā)生一點接地后，應立即發(fā)出信號，告知運行人員進行處理；若發(fā)生兩點接地時，應立即切除發(fā)電機。因此，對發(fā)電機組裝設轉(zhuǎn)子一點接地保護和轉(zhuǎn)子兩點接地保護是非常必要的。規(guī)程規(guī)定，對于汽輪發(fā)電機，在勵磁回路出現(xiàn)一點接地后，可以繼續(xù)運行一定時間（但必須投入轉(zhuǎn)子兩點接地保護）；而對于水輪發(fā)電機，在發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點接地后，應立即安排停機。因此，水輪發(fā)電機一般不設置轉(zhuǎn)子兩點接地保護。一發(fā)電機轉(zhuǎn)子一接地保護1轉(zhuǎn)子一點接地保護的類別轉(zhuǎn)子一點接地保護的種類較多，主要有疊加直流式、乒乓式及測量轉(zhuǎn)子繞組對地導納式（實質(zhì)是疊加交流式）。目前，在國內(nèi)疊加直流式轉(zhuǎn)子一點接地保護及乒乓式轉(zhuǎn)子一點接地保護得到了廣泛應用。2疊加直流式轉(zhuǎn)子一點接地保護（1）構成原理疊加直流式轉(zhuǎn)子一點接地保護的構成原理是：在發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的一極（正極或負極）對大軸之間，加一個直流電壓，通過計算直流電壓的輸出電流，來測量轉(zhuǎn)子繞組或勵磁回路的對地絕緣。其構成原理框圖如圖43所示。圖43疊加直流式轉(zhuǎn)子一點保護原理圖在圖42中：外加直流電壓；計算及測量元件；R轉(zhuǎn)子接地電阻。正常工況下，發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組或勵磁回路不接地，外加直流電壓不會產(chǎn)生電流；當轉(zhuǎn)子繞組或勵磁回路中發(fā)生一點接地時（設接地電阻為R），則外加直流電壓通過部分轉(zhuǎn)子繞組、接地電阻、發(fā)電機大軸構成回路，產(chǎn)生電流。接地電阻越小，越大；反之亦反。測量計算裝置根據(jù)電流的大小，便可計算出接地電阻值。（2）疊加直流電源在轉(zhuǎn)子一點接地保護中采用的疊加直流電源，可以采用外加電源，也可以采用由保護裝置自產(chǎn)直流電壓。外加直流電源，通常是將發(fā)電機機端TV二次某一相間電壓通過單相橋式整流后取得。在DGT801系列發(fā)電機變壓器保護裝置中，將保護裝置的外加直流電源，通過逆變變壓器變成高頻交流，再將該高頻交流通過整流及濾波產(chǎn)生50V左右的直流，供轉(zhuǎn)子一點接地保護用。疊加直流電源由裝置自產(chǎn)的轉(zhuǎn)子一點接地保護主要優(yōu)點是：轉(zhuǎn)子一點接地保護的工況不受發(fā)電機運行工況的影響，從而在發(fā)電機停運時也能正確地檢測轉(zhuǎn)子繞組及勵磁回路的對地絕緣。3乒乓式轉(zhuǎn)子一點接地保護乒乒式轉(zhuǎn)子一點接地保護的構成原理，實質(zhì)是：在發(fā)電機運行時輪流測量轉(zhuǎn)子繞組正極、負極的對地電流，并根據(jù)測得的結果計算出轉(zhuǎn)子繞組或勵磁回路的對地電阻，從而判斷出接地故障的位置及接地電阻的量值。設在轉(zhuǎn)子繞組上K點經(jīng)電阻接地。則轉(zhuǎn)子一點接地保護的構成原理圖如圖44所示。圖44乒乓式轉(zhuǎn)子一點接地保護原理接線圖在圖44中：S1、S2可控的電子開關，輪流閉合及斷開；轉(zhuǎn)子繞組電壓；接地位置距轉(zhuǎn)子正極的電氣百分距離；R降壓電阻；R1測量電阻。由于轉(zhuǎn)子繞組的直流電阻很小，則由圖44可知，當電子開關S1閉合、S2斷開時，測量電阻R1上的電壓為（46）當電子開關S2閉合、S1斷開時，測量電阻R1上的電壓為（47）在式（46）及式（47）中：R1、R已知，、為測量電壓，轉(zhuǎn)子電壓可測量。因此，式（46）及式（47）為具有兩個未知數(shù)及的兩個方程。解方程組，便可求出及。4對兩種接地保護的比較理論分析及運行實踐表明：上述兩種（疊加直流式及乒乓式）接地保護均能正確檢測轉(zhuǎn)子繞組及勵磁回路的對地絕緣電阻，且無有死區(qū)，不同位置接地故障時保護的動作靈敏度均勻。疊加電壓由裝置自產(chǎn)的疊加直流式轉(zhuǎn)子一點接地保護有以下優(yōu)點：（1） 機組停運行時也能檢測轉(zhuǎn)子繞組及勵磁系統(tǒng)的對地絕緣，具有較高的經(jīng)濟意義；（2） 受轉(zhuǎn)子電壓中高次諧波的影響相對小，不受轉(zhuǎn)子過電壓的影響；（3） 也可以用于無刷勵磁的發(fā)電機。乒乓式轉(zhuǎn)子一點接地保護的優(yōu)點是可近似估算出接地點的電氣位置。5動作邏輯框圖在DGT801系列裝置中，轉(zhuǎn)子一點接地保護的邏輯框圖如圖45所示。圖45轉(zhuǎn)子一點接地保護邏輯框圖在圖45中：測量電阻；動作電阻高定值；動作電阻低定值。6定值整定目前，發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓最高只有500V600V。若按避免轉(zhuǎn)子兩點接地時損壞發(fā)電機方面考慮，轉(zhuǎn)子一點接地保護的高定值取810K，低定值可取2 K。對于水輪發(fā)電機，轉(zhuǎn)子一點接地保護應只投信號。轉(zhuǎn)子一點接地保護的動作延時，可取610S。二發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩點接地保護1轉(zhuǎn)子兩點接地保護的種類轉(zhuǎn)子兩點接地保護的主要類別有：電橋平衡原理的兩點接地保護、反應接地位置變化的兩點接地保護及反應定子電壓中二次諧波序量的兩點接地保護。2利用電橋平衡原理構成的轉(zhuǎn)子兩點接地保護該保護與發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組兩極相連，其輸入電壓為轉(zhuǎn)子全電壓。其構成原理接線如圖46所示。圖46電橋平衡式轉(zhuǎn)子兩點接地保護原理接線圖在圖46中：R滑線電阻；L電感線圈（濾高次諧波用）；K電流繼電器；SB接入毫伏表mv的按鈕（調(diào)平衡時按下）；LP保護投入壓板mv直流毫伏表。設發(fā)電機在運行中轉(zhuǎn)子繞組在K點發(fā)生接地，則接地點將轉(zhuǎn)子繞組分成其電阻分別為及的兩部分。另外，電阻R的滑動頭將該電阻分成及兩部分。此時、及便構成一四臂電橋。根據(jù)電橋平衡原理，當時電橋平衡，流過電流繼電器的直流等于零。當出現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組一點接地之后，運行人員按下試驗按鈕SB，調(diào)節(jié)電阻R的滑動頭，使毫伏表的指示電壓為零。然后松開試驗按鈕SB，投入壓板LP，則轉(zhuǎn)子兩點接地保護便投入運行。當轉(zhuǎn)子繞組上再出現(xiàn)另外一點接地故障時，四臂電橋的平衡被破壞，電流流過繼電器K，繼電器K動作后切除發(fā)電機。該保護有以下缺點：（1）有死區(qū)當兩個接地點之間的電氣距離很近時，繼電器K不能動作。（2）當?shù)谝粋€接地點發(fā)生在轉(zhuǎn)子繞組極端部或轉(zhuǎn)子繞組外部的勵磁系統(tǒng)上時，保護無法投入（因為或等于零，無法調(diào)平衡）。（3）該保護只能在轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生一點接地并經(jīng)運行人員調(diào)平衡后，才能投入運行，若發(fā)生兩次接地故障之間的間格很短時，因來不及投運危及發(fā)電機安全。3反映接地位置變化（）的轉(zhuǎn)子兩點接地保護在轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生一點接地故障之后，投入轉(zhuǎn)子兩點接地保護。轉(zhuǎn)子兩點接地保護的動作方程為（48）式（48）中：轉(zhuǎn)子繞組兩個接地點之間的電氣距離百分數(shù)，等于（第一個接地點距轉(zhuǎn)子正極端部的電氣距離，第二個接地點距正極端部的電氣距離）。轉(zhuǎn)子兩點接地位置變化的整定值。保護的整定：可整定為510%；為防止瞬間轉(zhuǎn)子兩點接地故障時保護誤動，可取0.3秒的動作延時。該保護有以下缺點：（1） 有死區(qū)，越大，死區(qū)越大；（2） 運行實踐表明，在轉(zhuǎn)子繞組或勵磁系統(tǒng)中發(fā)生不穩(wěn)定的一點接地故障時，保護容易誤動。（3） 不能用于無刷勵磁的發(fā)電機。4反應定子電壓中二次諧波序量的轉(zhuǎn)子兩點接地保護（1）構成原理發(fā)電機正常運行時，定子電壓中只有基波很小的奇次諧波分量，這是由于氣隙磁通的空間分布完全對稱于橫軸，將其按福里葉級展開，其中沒有偶次諧波。因此，不會在定子繞組中產(chǎn)生偶次諧波電勢。當發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生兩點接地短路或匝間短路時，氣隙磁通分布均勻性被破壞，在定子繞組中將產(chǎn)生二次諧波電壓。分析表明，在三相定子繞組中產(chǎn)生反相序的二次諧波電壓，定子二次諧波電壓式轉(zhuǎn)子兩點接地保護，就是根據(jù)上述原理構成的。（2）邏輯框圖在DGT801系列裝置中，轉(zhuǎn)子兩點接地保護的邏輯框圖如圖47所示。圖47轉(zhuǎn)子二點接地保護邏輯框圖在圖47中：、分別為反相序的二次諧波電壓和正相序的二次諧波電壓；二次諧波電壓元件動作電壓整定值。正常運行時，該保護退出運行。當轉(zhuǎn)子繞組或勵磁系統(tǒng)發(fā)生一點接地故障時自動投入運行。其優(yōu)點是：不受外部故障或其他機組轉(zhuǎn)子兩點接地時在定子繞組中出現(xiàn)二次諧波電壓的影響。（3）定值的整定可按實際測量值整定，可?。?9）式（49）中：可靠系數(shù)，取10；空載額定電壓時的測量值。通常1.52V。動作延時可取0.30.5秒，以躲過外部故障時在定子繞組中產(chǎn)生的暫態(tài)二次諧波電壓及瞬間轉(zhuǎn)子兩點接地。（4）正常運行時定子繞組中的二次諧波電壓理論分析表明：正常運行時發(fā)電機定子電壓中不含有二次諧波分量。但實際上由于轉(zhuǎn)子偏心等原因，定子繞組中會出現(xiàn)二次諧波電壓。測量表明：定子線電壓中只含有0.030.1%的二次諧波電壓分量；另外，二次諧波分量只與發(fā)電機電壓的高低有關，而與發(fā)電機負載無關。在運行工況下，對100300MW發(fā)電機定子繞組中二次諧波電壓的測量結果列于下表。發(fā)