采樣回路分壓電阻對發(fā)電機轉(zhuǎn)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(zé)任公司，福建泉州362712）

0 引言

某電廠采用東方電機廠生產(chǎn)的QFSN-600-2-22D型水內(nèi)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(zhuǎn)子一點接地保護，而DGT-801B保護裝置采用注入式轉(zhuǎn)子一點接地保護。發(fā)電機的轉(zhuǎn)子保護按相關(guān)規(guī)程要求只能投入一套，省內(nèi)大多數(shù)發(fā)電機轉(zhuǎn)子保護均采用“乒乓式”保護原理。根據(jù)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(zhuǎn)子接地保護。

1 存在問題

經(jīng)過圖紙查閱與現(xiàn)場確認(rèn)，某電廠發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電壓是從轉(zhuǎn)子繞組的正、負(fù)極引出，通過二次電纜回路從發(fā)電機勵磁柜內(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子接地故障，保護裝置的轉(zhuǎn)子接地保護均能正確發(fā)信和動作。從圖1中可以看到轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子電壓小于實際轉(zhuǎn)子電壓值。回路中串接的電阻是否會影響RCS-985B保護裝置中的轉(zhuǎn)子一點接地保護？接下來將從“乒乓式”轉(zhuǎn)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(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子接地電阻測量原理圖

圖2中，當(dāng)S1合、S2開時，可得：

當(dāng)S2合、S1開時，可得：

與設(shè)備廠家技術(shù)人員確認(rèn)，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(dāng)Rg的計算值小于保護定值時，保護出口。

由于轉(zhuǎn)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(dāng)S1合、S2開時，可得：

由上述方程可以知道，轉(zhuǎn)子電壓二次回路中的分壓電阻Rz將影響轉(zhuǎn)子接地保護的計算結(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子電

當(dāng)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(zhuǎn)子接地。具體接線如圖1中注1所示。

試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 模擬接地試驗數(shù)據(jù) 單位：kΩ

由表中數(shù)據(jù)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(dāng)模擬轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)顯示誤差均在允許范圍，且不存在動作死區(qū)等情況，詳細(xì)數(shù)據(jù)不再一一列出。

轉(zhuǎn)子接地是發(fā)電機較常見的故障之一。當(dāng)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(zhuǎn)子電流增大，無功出力降低，甚至產(chǎn)生劇烈振動，嚴(yán)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(zhuǎn)子電壓回路中分壓電阻的影響，RCS-985B的“乒乓式”轉(zhuǎn)子接地保護計算結(jié)果存在較大偏差，更為致命的是保護存在動作死區(qū)。當(dāng)勵磁回路發(fā)生一點接地時，保護裝置無法準(zhǔn)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(zhuǎn)子接地保護能夠可靠準(zhǔn)確動作？結(jié)合現(xiàn)場實際，這里有兩個方法。

2.1 方法一：將轉(zhuǎn)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(shù)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(zhuǎn)子電壓中含有一些尖峰電壓，對于二次設(shè)備的長期安全運行極為不利。當(dāng)發(fā)電機故障停機滅磁時，轉(zhuǎn)子反向過電壓可達(dá)2 800 V。2 800 V的反向轉(zhuǎn)子電壓直接加在發(fā)電機保護裝置的轉(zhuǎn)子電壓輸入回路上，可能導(dǎo)致保護裝置的絕緣破壞，威脅設(shè)備和人身安全。因此，在轉(zhuǎn)子電壓二次回路中設(shè)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(zhuǎn)子接地保護正常工作，但是將轉(zhuǎn)子電壓直接引入保護裝置將給電氣設(shè)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(zhuǎn)子接地保護

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

為裝置自產(chǎn)，在發(fā)電機運行與不運行時，均能監(jiān)視發(fā)電機轉(zhuǎn)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(jīng)繼電器J加到轉(zhuǎn)子的負(fù)極與地之間。當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子一點接地電阻的定值在原定值Rg的基礎(chǔ)上加上Rz的阻值即可。經(jīng)過現(xiàn)場模擬接地試驗，DGT-801B保護裝置在調(diào)整定值后，能正確反映轉(zhuǎn)子各個位置的接地故障。

3 結(jié)語

原理分析及現(xiàn)場的模擬接地試驗可以證實，由于轉(zhuǎn)子電壓回路中分壓電阻的影響，采用“乒乓式”轉(zhuǎn)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(dǎo)致勵磁回路發(fā)生兩點接地故障。如果取消轉(zhuǎn)子電壓回路中的分壓電阻，將給電氣設(shè)備和人身帶來很大的安全隱患。采用注入式轉(zhuǎn)子接地保護原理的保護裝置，動作準(zhǔn)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(zhuǎn)子接地保護能夠避免分壓電阻對某電廠轉(zhuǎn)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(shù)說明書[Z]，2001.

[2]繼電保護和安全自動裝置技術(shù)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(shù)字式發(fā)電機變壓器組保護裝置技術(shù)說明書[Z]，2007.