采樣回路分壓電阻對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)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(jī)廠生產(chǎn)的QFSN-600-2-22D型水內(nèi)冷同步發(fā)電機(jī)，與其配套的是進(jìn)口的ABB UNITROL 5000系列靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。機(jī)組配備有兩套獨(dú)立的發(fā)變組保護(hù)，分別是南瑞繼保的RCS-985B保護(hù)裝置與國電南自的DGT-801B保護(hù)裝置。其中，RCS-985B保護(hù)裝置采用切換采樣式一點(diǎn)的接地保護(hù)，也稱“乒乓式”轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)，而DGT-801B保護(hù)裝置采用注入式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子保護(hù)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(jī)轉(zhuǎn)子保護(hù)均采用“乒乓式”保護(hù)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(hù)。

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(jī)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(jī)勵(lì)磁柜內(nèi)的-X49：4與-X49：8的Uf+、Uf-引至發(fā)變組保護(hù)裝置，如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)子電壓二次回路圖

在歷次機(jī)組大小修的保護(hù)檢驗(yàn)中，試驗(yàn)人員按常規(guī)做法在發(fā)變組保護(hù)端子排處模擬轉(zhuǎn)子接地故障，保護(hù)裝置的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)均能正確發(fā)信和動(dòng)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(gè)電阻，因?yàn)殡娮璧姆謮鹤饔檬贡Ｗo(hù)裝置獲得的轉(zhuǎn)子電壓小于實(shí)際轉(zhuǎn)子電壓值。回路中串接的電阻是否會(huì)影響RCS-985B保護(hù)裝置中的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)？接下來將從“乒乓式”轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)的原理出發(fā)來做進(jìn)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(diǎn)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(shí)，可得：

當(dāng)S2合、S1開時(shí)，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(jì)算值小于保護(hù)定值時(shí)，保護(hù)出口。

由于轉(zhuǎn)子電壓回路中串有四個(gè)分壓電阻，受此電阻影響，計(jì)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(shí)，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(hù)的計(jì)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(yàn)證分壓電阻對轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的實(shí)際影響，在現(xiàn)場進(jìn)行了模擬接地試驗(yàn)，從轉(zhuǎn)子電

當(dāng)S2合、S1開時(shí)，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(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 模擬接地試驗(yàn)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(hù)裝置計(jì)算接地電阻，而且影響保護(hù)裝置對接地位置的判別。在試驗(yàn)中，當(dāng)模擬轉(zhuǎn)子在100%、75%、25%、0%處直接接地時(shí)，雖然顯示的接地電阻值小于保護(hù)整定值，但保護(hù)裝置并不發(fā)信，存在動(dòng)作死區(qū)。同時(shí)，對不接入分壓電阻也進(jìn)行了同樣的試驗(yàn)。未接入分壓電阻時(shí)，各點(diǎn)模擬接地?cái)?shù)據(jù)顯示誤差均在允許范圍，且不存在動(dòng)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(jī)較常見的故障之一。當(dāng)勵(lì)磁回路發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，雖然不會(huì)對發(fā)電機(jī)造成較大危害，但是如果故障擴(kuò)大，再發(fā)生第二點(diǎn)接地故障，則會(huì)使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流增大，無功出力降低，甚至產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的安全。勵(lì)磁回路的兩點(diǎn)接地故障，還有可能使軸系和汽機(jī)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(hù)計(jì)算結(jié)果存在較大偏差，更為致命的是保護(hù)存在動(dòng)作死區(qū)。當(dāng)勵(lì)磁回路發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，保護(hù)裝置無法準(zhǔn)確發(fā)信，提醒檢修人員及時(shí)進(jìn)行處理，進(jìn)而一點(diǎn)接地故障有可能演變成兩點(diǎn)接地故障，威脅發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 解決方法

如何確保轉(zhuǎn)子接地保護(hù)能夠可靠準(zhǔn)確動(dòng)作？結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，這里有兩個(gè)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(hù)和安全自動(dòng)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(jī)的額定勵(lì)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(yùn)行極為不利。當(dāng)發(fā)電機(jī)故障停機(jī)滅磁時(shí)，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(jī)保護(hù)裝置的轉(zhuǎn)子電壓輸入回路上，可能導(dǎo)致保護(hù)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(hù)正常工作，但是將轉(zhuǎn)子電壓直接引入保護(hù)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(hù)

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

為裝置自產(chǎn)，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行與不運(yùn)行時(shí)，均能監(jiān)視發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的對地絕緣。如圖3所示，該保護(hù)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(shí)，流過繼電器的電流大于繼電器動(dòng)作電流時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)。

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(hù)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(diǎn)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(yàn)，DGT-801B保護(hù)裝置在調(diào)整定值后，能正確反映轉(zhuǎn)子各個(gè)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(yàn)可以證實(shí)，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(hù)原理的保護(hù)裝置無法正確反映勵(lì)磁回路中發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)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(shí)際中仍存在偏差較大的情況，進(jìn)而不能可靠及時(shí)發(fā)信，易導(dǎo)致勵(lì)磁回路發(fā)生兩點(diǎn)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(hù)原理的保護(hù)裝置，動(dòng)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(hù)定值的影響。現(xiàn)場通過修改保護(hù)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(hù)裝置中的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)能夠避免分壓電阻對某電廠轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的影響，使發(fā)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行。

[1]南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS-985系列發(fā)電機(jī)變壓器成套保護(hù)裝置技術(shù)說明書[Z]，2001.

[2]繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程：GB/T 14285—2006[S].

[3]國電南自凌伊電力自動(dòng)化有限公司.DGT801系列數(shù)字式發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)裝置技術(shù)說明書[Z]，2007.