發電機轉子絕緣在線監測和接地定位技術的應用

李曉文

（河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

發電機轉子絕緣在線監測和接地定位技術的應用

李曉文

（河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

分析了發電機轉子接地保護不能進行絕緣監測、不能準確接地定位的問題；提出了轉子絕緣監測和接地定位方法；通過現場模擬試驗證明絕緣監測和接地定位正確，滿足運行要求。

發電機轉子接地保護；絕緣在線監測；接地定位

1 問題的提出

現有的發電機都配有轉子一點接地保護裝置，其整定值一般小于1 kΩ～10 kΩ左右停機或報警；查找接地故障點采用逐級分段法，以縮小查找范圍，存在以下問題：

（1）在發電機運行中，常出現在轉子繞組或磁極連接板受熱膨脹或在離心力作用下發生接地，而停機進行處理時，因溫度下降或轉子處于靜止狀態，故障點又消失了，重新開機運行，接地故障又發生了，由于不能記憶這種動態接地故障點的位置，因無法找到故障點的位置而不能處理，影響發電機的安全運行。

（2）即使停機后接地點仍然存在，采用逐級分段法，即將發電機轉子磁極或線圈連線處分段解開，用電阻表判斷是在哪一段接地，以縮小范圍，再把該段磁極或線圈連線處解開，這樣依次分段下去，直到判斷是哪一個磁極或哪一個線圈接地，由于斷開點多，恢復難度也大，這個過程一般需要10 h以上，直接影響電廠的經濟效益。

（3）由于接地電阻整定值較低，不能預測轉子繞組接地故障，導致接地故障已經發生了才故障停機或報警，影響發電機的安全運行。

（4）現有接地保護及其方法不能動態診斷發電機轉子的絕緣情況，現場人員對其絕緣狀態心中無數，只有等到保護裝置發出轉子一點接地信號后，方才知道絕緣降低了，但降低到何種程度，無法判斷，使生產指揮人員很難決策是否停機處理，不能做到狀態檢修。

根據國家能源局關于印發《防止電力生產事故的二十五項重點要求》的通知（國能安全【2014】161號）第10.11.1條款：當發電機轉子回路發生接地故障時，應立即查明故障點與性質。張河灣電站安裝了一套貴陽新光電氣有限公司研制的WL2CA-S2型發電機轉子絕緣在線監測及其接地定位裝置，用于對發電機轉子繞組的對地絕緣監測、報警，以防止發電機轉子繞組接地故障，并進行動態接地故障點、靜態接地故障點快速準確定位，指明是哪一個磁極或哪一塊連接板接地，既落實了“反措”，保護發電機的安全運行，又縮短檢修工期，增加經濟效益。

2 轉子絕緣在線監測和接地定位技術

圖1 轉子絕緣監測和接地定位示意圖

如圖1所示，將轉子正極、負極和大軸三根線接入發電機轉子絕緣在線監測和接地定位裝置。裝置內部，在電腦控制下，通過網絡阻抗的變換，得到兩個方程組，再根據轉子磁極數和轉子電壓，就得到轉子對地絕緣Rf阻值和某一個接地磁極號或磁極之間的連接板號；并將其顯示在屏幕上，可通過RS485接口送到上位機實現遠方監控；當絕緣降低到絕緣降低整定值時，發出絕緣降低報警信號，當絕緣再降低到絕緣接地整定值時，發出轉子接地保護報警信號，同時記憶接地前后轉子絕緣變化數據。圖2 a）顯示3號磁極通過21 kΩ電阻接地畫面，圖2 b）顯示5號磁極與6號磁極之間的連接板通過45號磁極接地畫面，圖2 c）是8號磁極絕緣劣化趨勢畫面。

圖2 顯示截圖

3 主要功能及技術指標

（1）勵磁電壓：0～500 V，分辯率0.1 V（≥0.5 V時）。精度0.5級。

（2）勵磁絕緣電阻顯示：0～5 MΩ，誤差：＜10%（＞10 kΩ時），±1 kΩ（≤10 kΩ時）。特殊要求可制作0～10 MΩ。

（3）接地定位顯示：0%～100%。誤差：±1%。對水輪發電機顯示某號磁極接地或某磁極之間的連線接地。

（4）用液晶屏幕顯示：可顯示絕緣變化曲線和磁極回路。

（5）接地保護整定范圍：5～50 kΩ。接地保護繼電器輸出兩對空接點，容量可直接驅動220 V及以下電壓型中間繼電器。返回系數：1.1。

（6）絕緣降低整定范圍：5～990 kΩ。接地保護繼電器輸出空接點，容量可直接驅動220 V及以下電壓型中間繼電器。返回系數：1.1。

（7）接地保護輸出延時整定：5～100 s。

（8）能記憶15次接地前后各25組絕緣電阻及定位數據。

（9）機組正常運行時，不需要外加電壓，當機組停機時，勵磁電壓為0 V，裝置自動在負極對大軸外加24 V，作為停機時的絕緣測量和接地保護。

（10）能實時查看勵磁絕緣分布情況。

（11）裝置具有帶隔離的RS485通訊接口，能與上位機通訊，實現遠方監測。

（12）裝置具有4～20 mA信號輸出。

（13）裝置具有自恢復功能、自檢功能以及多種濾波方法，抗干擾能力強。

（14）能短時承受5 000 V勵磁電壓，以防止勵磁強勵、滅磁時產生的過電壓而損壞設備。

（15）裝置能夠獨立工作，也可以與原有轉子接地保護配合工作。

4 現場安裝和運行方式

WL2CA-S2型發電機轉子絕緣監測及接地定位裝置現場安裝的運行方式結構如圖3所示。

圖3 WL2CA-S絕緣監測裝置安裝結構示意圖

72 WK是裝置電源直流空氣開關（220 V，6 A），安裝在屏內。

73 n為切換開關，“X”表示接點接通，安裝在屏面上。

當73 n切換開關把手指向左邊時，WL2CA-S絕緣監測和接地定位裝置與機組轉子接地保護是配合運行方式，前者的整定值要大于后者。即：WL2CA-S2實時監測轉子絕緣，當轉子絕緣低于絕緣降低整定值（如100 kΩ）時，及時發出絕緣降低信號；當絕緣值繼續低于轉子接地整定值（如50 kΩ）時，發出接地報警信號，同時指出接地點的具體位置，記憶接地前后的絕緣變化過程，保持當前狀態，不再監測；然后由機組轉子接地保護根據其整定值判斷是否發出接地報警信號。也就是說，在配合運行方式下，如果轉子絕緣監測裝置、機組轉子一點接地保護測得轉子絕緣值各自都低于接地整定值時，它們都發出接地報警信號。在該方式下，當WL2CA-S2裝置檢測轉子絕緣值大于其接地整定值時，裝置內部機組轉子接地保護的大軸線是斷開的；當等于或小于其接地電阻值時，裝置自動將機組轉子接地保護的大軸線接通。

當73 n切換開關把手指向中間時，WL2CA-S2絕緣監測裝置獨立運行，具有絕緣監測、接地定位、接地保護功能。機組轉子一點接地保護的大軸線被斷開而自動退出。

當73 n切換開關把手指向右邊時，WL2CA-S2絕緣監測裝置的大軸線被斷開而退出運行，機組轉子接地保護獨立運行。

WL2BS型轉子電壓變送器和72 WK空氣開關安裝在導軌上。安裝時當轉子電壓變送器（WL2BS）與絕緣監測裝置不在同一屏柜時，應通過8芯屏蔽控制電纜連接（2.5 mm2）。

5 現場試驗

使用新光公司提供的模擬調試儀，在轉子負極端子模擬其中一個磁極或相連兩個磁極的連接板接地，裝置能正確發出絕緣降低、接地保護信號，能正確顯示接地故障位置及其接地電阻值。

（1）絕緣試驗

表1

（2）接地定位試驗（模擬10個磁極，接地電阻47 kΩ）

表2

6 運行方式切換和絕緣報警、接地試驗

裝置獨立運行試驗：運行方式開關置于中間位置，在轉子負極分別通過100 kΩ、47 kΩ電阻接地，裝置顯示、絕緣降低報警、接地報警正常。

裝置與原有機組保護配合運行試驗：運行方式開關置于左邊位置，轉子分別通過100 kΩ、47 kΩ電阻接地，裝置顯示、絕緣降低報警、接地報警正常；同時機組轉子接地保護投入運行（當小于其整定值時，接地保護動作正常）。

裝置退出運行試驗：運行方式開關置于右邊位置，絕緣監測裝置退出運行，只顯示轉子電壓。機組轉子接地保護投入運行（當小于其整定值時，接地保護動作正常）。

7 結束語

經實踐驗證，在轉子負極端子或任意一個磁極或相連兩個磁極的連接板接地，裝置均能正確發出絕緣降低、接地保護信號，能正確顯示接地故障位置及其接地電阻值。

[1]賀家李，宋從距.電力系統繼電保護原理[M].北京：中國電力出版社，2004.

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[5]NB/T 35010-2013水利發電廠繼電保護設計導則 [S].北京：中國電力出版社，2013.

TM312

B

1672-5387（2016）12-0026-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.010

2016-08-29

李曉文（1982-），男，工程師，從事機電保護維護工作。