寧海電廠轉子接地保護改造及應用

金金銘

神華浙江國華浙能發電有限公司 浙江 寧海 315612

前言

機組轉子絕緣損壞時引起的勵磁回路接地故障是發電機常見的故障,轉子一點接地對發電機并不會造成直接危害,但發現后如果不及時處理而發展成為轉子兩點接地故障,會使發電機轉子電流增大,燒損轉子;氣隙磁場的對稱性遭到破壞,使無功出力降低,同時還會導致發電機劇烈震動。所以,準確地檢測轉子一點接地是避免發生兩點接地而造成嚴重故障的前提。

微機轉子接地保護裝置具有長記憶特性和強大的數據處理能力,為機組勵磁回路一點和兩點接地新的保護方案提供了有力的保障,其優點是功能完善、使用及維護方便、智能化程度高、體積小、適應一次系統靈活性大,目前已成為轉子接地保護的主要保護方式。

1 原轉子接地保護描述

1.1 原理描述 原轉子一點接地保護裝置采用ABB勵磁自帶的UNS3020電磁式保護裝置,保護裝置采用惠斯通電橋原理,出口方式為一段動作經延時報警,二段動作經延時跳閘。

該保護裝置具有兩級保護,一級用來對輕微的轉子接地發出警報,另一級則對嚴重的轉子接地發出跳閘指令。UNS 3020型轉子接地保護裝置具有自檢功能,用來檢測該裝置所有電子線路工作是否正常。

該裝置采用惠斯通電橋原理,四條橋臂分別為:

＜1＞第一橋臂為轉子繞組與大軸接地之間的分布電容CR加上隔離電容Ck1和Ck2(正常情況下Ck1和Ck2遠大于CR)。

＜2＞第二橋臂為匹配電容CX支路。

＜3＞第三、第四橋臂為2路高值電阻R支路。

說明:測量橋由一個外部的輔助交流電源供電,當電橋平衡時,則電橋輸出電勢非常小,即當此電橋滿足式(1)時平衡。

當發電機轉子繞組發生接地故障時,電橋平衡被打破,其輸出電勢上升,根據U+值的大小決定發出報警(Stagel alarm)或跳閘(Stage 2 trip)。

1.2 UNS 3 0 2 0保護裝置存在的缺點及相關原因描述 UNS 3020電磁式保護裝置的缺點:

(1)保護的定值由元器件焊接確定,定值修改和校驗比較困難。

(2)保護裝置不具有事件記錄功能,不利于對故障的事后分析。

(3)當接近轉子繞組中點位置發生接地故障時靈敏度較低,對機組的穩定運行會產生危害。

(4)只具有轉子一點接地保護功能。

(5)在發電機轉子靜止時該裝置將被閉鎖,不能起到保護的作用。

(6)轉子一點接地保護容易誤發信和誤動,使用該保護裝置的機組曾多次出現誤發信和誤動情況(已經有許多電廠出現此類情況)。

其中,出現轉子接地保護誤發信和誤動的主要原因是:接地碳刷與大軸由于油污或灰塵聚集造成接觸不良,導致惠斯通電橋的被測橋臂斷開,使電橋嚴重不平衡,出現轉子繞組對大軸的絕緣下降(即Rg下降)、電橋兩端電壓升高的現象,導致達到報警值和跳閘值。

2 RCS-985RE保護裝置轉子接地保護描述

2.1 原理描述 南瑞繼保RCS-985RE型保護裝置采用的是直流雙端注入式轉子接地保護原理,從轉子繞組的正負兩端與大軸之間注入一個低頻方波電源,注入電源的切換周期可根據轉子繞組對地電容的大小進行調整,實時求解轉子一點接地電阻。保護能反映發電機轉子對大軸絕緣電阻的變化,當測得轉子接地電阻Rg小于整定值,轉子一點接地保護動作,經延時后自動(也可以手動)投入轉子兩點接地保護,當接地位置α改變達到一定值時判為轉子兩點接地,動作于跳閘。

其中Rx為測量回路電阻,Ry為注入大功率電阻(通常其阻值為47kΩ),US為注入電源模塊,Rg為轉子繞組對大軸的絕緣電阻,Ur為轉子電壓。

2.2 優點描述

(1)保護裝置既具有轉子一點接地保護又具有轉子兩點接地保護功能,保護功能比較齊全。

(2)具有智能化人機對話操作界面,能夠從液晶顯示面板上查看時間、轉子電壓、外加電源電壓、轉子對大軸絕緣電阻(R g)和轉子一點接地位置(α)。保護定值為數字式設定,定值更改和校驗比較簡單。

(3)具有故障錄波功能,可以記錄最近8次故障錄波報告。

(4)轉子接地電阻的計算與接地位置無關,保護沒有死區。轉子接地電阻的計算精度高,注入電源采用自適應方波頻率調整技術,能夠根據轉子繞組對地電容的大小,大范圍自適應調整注入方波電源的頻率,可準確測量轉子一點接地位置。

(5)轉子接地電阻的計算與勵磁電壓的大小無關。由于采用了自適應有源切換技術,在未加勵磁電壓的情況下,也能監視轉子的絕緣情況,起到對絕緣老化的監視作用。

(6)在外加電源電壓小于80%的正常電壓時,瞬時閉鎖轉子一點接地保護,并延時10s報外加電源故障異常。此外,在外加電源電壓發生波動時,能夠閉鎖轉子一點接地保護。

(7)接線方式靈活,可以根據機組的不同,實現雙端和單端注入的方式轉換,滿足不同的轉子接地保護要求。

3 改造的意義

瑞士 ABB公司生產的UNS 3020型轉子接地保護裝置,從投入使用以來曾在許多電廠造成了多起誤動事故。改造后所使用的南瑞繼保的RCS-985RE裝置克服了許多原來保護所存在的缺點,對機組長期穩定運行提供了有力的條件。

4 結束語

南瑞繼保RCS-985RE型發電機轉子接地保護裝置具有較高的可靠性,克服了ABB勵磁自帶的UNS 3020電磁式保護裝置的很多缺點。保護定值為數字式設定;定值更改和校驗比較簡單;具有故障錄波功能,可以記錄最近8次故障錄波報告;轉子接地電阻的計算與接地位置無關,保護沒有死區;轉子接地電阻的計算與勵磁電壓的大小無關,可準確測量轉子一點接地位置;接線方式靈活。新的保護有效保證了機組長期可靠運行。