600 MW机组发电机转子接地保护装置改造分析

何春

（国家电投贵州金元集团鸭溪发电有限公司，贵州 遵义 563108）

600 MW机组发电机转子接地保护装置改造分析

何春

（国家电投贵州金元集团鸭溪发电有限公司，贵州 遵义 563108）

发电机转子接地故障是发电机常见的故障形式之一，若发生转子两点接地时会严重威胁发电机的安全。通过分析某发电厂原保护装置在运行时的缺陷，论证了改造的可行性，介绍新保护装置的性能和改造的实施过程，改造后的机组运行情况达到预期效果。

发电机；继电保护；转子接地；换型改造

0 引言

大型火力发电机组的发电机转子接地故障（即发电机励磁回路接地故障）是发电机的常见故障形式之一。励磁回路一点接地对发电机还不会造成较大危害，但相继发生第二点接地，即转子两点接地时，则会使发电机转子电流增大，无功出力降低，甚至产生剧烈振动，严重威胁发电机的安全。故障点流过相当大的故障电流将烧伤转子本体，或使磁励绕组电流增加过热而烧伤磁励绕组；同时，由于部分绕组被短接，使气隙磁通失去平衡，从而引起振动，甚至还可能造成轴系和汽机磁化。因此，发生两点接地故障的后果是非常严重的，必须配置可靠的发电机转子接地保护装置。

1 改造背景与技术需求

某发电厂发电机转子接地保护装置为ABB UNITROL5000型励磁调节器自带的UNS3020var. 1型转子接地保护，采用的是惠斯通电桥原理检测转子接地。保护装置的转子电压和大轴地接入装置回路如图 1所示，图中-F75模块即为UNS3020var.1型转子接地保护装置。转子电压直接由励磁调节器直流母线引至高压熔丝上口，熔丝下口经调节电阻电容送入装置，大轴接地端由电缆直接引入装置。

图1 发电机转子接地保护装置回路

该装置除转子回路发生接地故障外，发电机大轴接地不好或碳刷与大轴接触不好等运行工况也会造成电桥平衡被破坏，使U+增大，从而引起转子接地保护装置发报警信号或跳闸命令。例如：当机组偶尔发生振动突变或者固定碳刷的弹簧压力不够时，碳刷与大轴接触不好，将引起分布电容变化，破坏电桥平衡，使转子接地保护误动作。近2年在其它电厂已发生多起误报警、误动事件，该厂3号机组也发生了转子接地保护装置误发接地报警事件。同时，该型号转子接地保护装置校验时外部需要电容、电阻配合，校验复杂，对校验仪器要求很高，维护难度大，备品备件采购周期长及费用较高。综合考虑后，认为有必要对发电机转子接地保护装置进行换型改造，提高设备配置与运行水平。

2 改造的可行性分析

经调研，当前国内生产转子接地保护装置的厂家均有不错业绩，虽保护原理不同，但对转子一点接地保护运行存在的一些问题都有所考虑，与ABB励磁系统内置转子接地保护相比，受发电机大轴接地状况等运行工况影响较小，可靠性较高。此外，当前国产微机型发电机接地保护装置人机界面比较友好，便于进行事故分析，能够满足大型发电机组保护配置要求。

图1中圈出位置，原励磁调节器中转子接地保护已将转子电压正、负极经空开-F04引出，大轴接地端电缆也经端子接入，原端子处可接入新保护装置电缆。ABB转子一点接地保护装置跳闸电缆可以拆除，新装置可安装在电气电子间或励磁小室，跳闸回路直接接入原发变组保护，利用发变组保护跳闸回路完成跳闸。经过电厂现场设备安装位置、空间及柜内布线等情况分析，发电机转子接地保护换型改造是可行的。

3 新装置选型与功能特点

经技术论证和招投标评估，选定RCS-985RE型注入式转子接地保护装置和RCS-985RS型发电机保护装置。其中RCS-985RS为汽轮发电机的机组保护装置，除转子接地保护外仍有差动保护、定子过负荷、定子负序过负荷保护等功能。

RCS-985RS型发电机保护装置采用高性能数字信号处理器DSP芯片作为保护装置的硬件平台，包含2个独立的CPU系统（启动CPU和保护CPU），启动CPU作用于启动继电器，保护CPU作用于跳闸矩阵。转子接地保护采用切换采样（乒乓式）原理，直流输入采用高性能的隔离放大器，通过切换2个不同的电子开关，求解4个不同的接地回路方程，实时计算转子绕组电压、转子接地电阻和接地位置，并显示在管理机屏幕上。

RCS-985RE型注入式转子接地保护装置同样采用高性能数字信号处理器DSP芯片作为保护装置的硬件平台，包含2个独立的CPU系统（启动CPU和保护CPU），启动CPU作用于启动继电器，保护CPU作用于跳闸矩阵。采用具有专利技术的自适应有源切换技术，在未加励磁电压的情况下也能监视转子绝缘。保护装置根据转子绕组引出方式，在转子绕组的正负两端或其中一端与大轴间注入电压，注入电压的频率可根据转子对地电容的大小进行调整。装置采集方波电压以及方波电源2种状态下的不同泄漏电流，求解转子接地电阻。对于双端注入方式，具备追踪接地故障位置功能，可测量转子一点接地位置，为故障排查提供参考。双端注入式保护装置信号接入线路见图2。

图2 双端注入式保护装置信号接入

4 改造方案及实施

通过对新旧设备图纸的比对，编制了此次设备换型改造施工方案及试验方案。绘制发电机转子接地保护改造回路图，如图3所示。

改造后转子接地保护独立组屏，安装在机组励磁小室内，保护屏内安装切换采样（乒乓式）及注入式转子接地保护装置各1套，如图4所示。

正常时2套装置互为备用，1套运行则另1套投冷备用，通过图4中的转换开关，以控制大轴接地端是否接入装置来完成装置的投退，使冷备用装置实现完全隔离。

改造过程中，拆除励磁系统ES柜内引至原ABB转子一点接地装置的电缆，保留接至电压变送器的电缆，将新电缆并接于原端子，并采用铠装屏蔽电缆经专用电压试验部件接入保护装置，其耐压等级大于7倍转子额定电压，保证了强励等情况下回路及端子绝缘完好，接触可靠。

转子接地保护出口跳闸回路接入发变组非电量第二套保护装置，实现跳发电机出口开关、汽轮机、励磁开关及厂用电的切换。

保护装置报警回路接入DCS系统，同时装置预留与厂用电监控系统通信接口。

原 UNITROL5000型励磁调节器自带的UNS3020var.1型转子接地保护功能取消，并拆除转子电压、大轴接地端相关报警及出口跳闸回路。

图3 转子接地保护改造回路

图4 注入式和乒乓式转子接地保护装置

5 改造前后的可靠性对比

（1）改造前的ABB转子接地保护与励磁系统为一体化设计，转子接地保护的跳闸是经过端子排直接出口，在转子接地保护装置与回路上工作时无法将保护退出。改造后转子接地保护装置采用单独组屏，保护跳闸经压板投退出口，有效避免了未隔离出口引起保护误动的风险。

（2）改造前的ABB转子接地保护采用慧斯通电桥原理的单一装置，改造后采用注入式和乒乓式2种不同原理的转子接地保护装置，2套装置互为备用，可以实现1套保护装置报警时投入另1套保护装置；如2套均报警，则投入跳闸，双冗余设计也一定程度上避免了保护误动的可能性。

（3）改造后的转子接地保护装置采用自适应有源切换技术，在未加励磁电压的情况下也能监视转子绝缘，可提前避免未监视到转子接地而进行并网操作的可能性。

6 结语

此次改造后的发电机转子接地保护装置经过各工况下的试验与运行，转子电压、注入电源电压、泄漏电流、接地电阻等各项参数均稳定正常，其指标也符合最新网调的反措要求。同时，该装置实时响应速度高、抗干扰能力强、易维护等特点，方便了运行管理与监控，提高了发电厂继电保护装置的安全性能，有效保证了机组的稳定运行，也为类似发电厂改造提供了借鉴参考。

（本文编辑：徐 晗）

Analysis on Transformation of Generator Rotor Grounding Protection Device of 600 MW Unit

HE Chun

（State Power Investment Corporation Guizhou Jinyuan Group Yaxi Generation Co.，Ltd.，Zunyi Guizhou 563108，China）

Generator rotor grounding fault is one of the common faults of the generator.If the two points grounding of rotor occurs，generator safety will be seriously threatened.Based on the analysis of the operation defects of the former protection device in a power plant，feasibility of the transformation is demonstrated.The performance of the new protection device and the implementation of the transformation are discussed.After the transformation，the unit operation is as satisfactory as expected.

generator；relay protection；rotor grounding；type transformation

TM621.3

B

1007-1881（2016）10-0049-03

2016-08-25

何 春（1982），男，工程师，从事发电厂技术管理工作。