采样回路分压电阻对发电机转子接地保护的影响与解决对策

陈志洋

（福建省鸿山热电有限责任公司，福建泉州362712）

0 引言

某电厂采用东方电机厂生产的QFSN-600-2-22D型水内冷同步发电机，与其配套的是进口的ABB UNITROL 5000系列静态励磁系统。机组配备有两套独立的发变组保护，分别是南瑞继保的RCS-985B保护装置与国电南自的DGT-801B保护装置。其中，RCS-985B保护装置采用切换采样式一点的接地保护，也称“乒乓式”转子一点接地保护，而DGT-801B保护装置采用注入式转子一点接地保护。发电机的转子保护按相关规程要求只能投入一套，省内大多数发电机转子保护均采用“乒乓式”保护原理。根据某省电科院的建议，一直以来该电厂都只投入RCS-985B装置中的转子接地保护。

1 存在问题

经过图纸查阅与现场确认，某电厂发电机的转子电压是从转子绕组的正、负极引出，通过二次电缆回路从发电机励磁柜内的-X49：4与-X49：8的Uf+、Uf-引至发变组保护装置，如图1所示。

图1 转子电压二次回路图

在历次机组大小修的保护检验中，试验人员按常规做法在发变组保护端子排处模拟转子接地故障，保护装置的转子接地保护均能正确发信和动作。从图1中可以看到转子电压二次回路中串有-R81.1、-R81.2、-R82.1、-R82.2（10 kΩ）四个电阻，因为电阻的分压作用使保护装置获得的转子电压小于实际转子电压值。回路中串接的电阻是否会影响RCS-985B保护装置中的转子一点接地保护？接下来将从“乒乓式”转子一点接地保护的原理出发来做进一步分析。

查阅RCS-985B说明书可知，装置采用电子开关切换工作，对两种工作状态下的方程联立求解，得到接地电阻和接地点位置。转子接地电阻测量图（不含注2、注3部分）如图2所示[1]。

图2 乒乓式转子接地电阻测量原理图

图2中，当S1合、S2开时，可得：

当S2合、S1开时，可得：

与设备厂家技术人员确认，电阻R=20 kΩ，在已知I1、I2、U、I1′、I2′、U′、R的情况下，可解方程得到Rg、α，当Rg的计算值小于保护定值时，保护出口。

由于转子电压回路中串有四个分压电阻，受此电阻影响，计算方程将发生改变。测量原理图如图2中增加注2、注3后所示。图中，Rz=R81.1+R81.2=R82.1+R82.2=20 kΩ。

当S1合、S2开时，可得：

由上述方程可以知道，转子电压二次回路中的分压电阻Rz将影响转子接地保护的计算结果。虽然装置可以通过修正算法等途径来消除分压电阻的影响，但为验证分压电阻对转子接地保护的实际影响，在现场进行了模拟接地试验，从转子电

当S2合、S1开时，可得：压回路熔丝后端加入直流电压，使用滑线变阻器和电阻箱模拟转子接地。具体接线如图1中注1所示。

试验数据如表1所示。

表1 模拟接地试验数据 单位：kΩ

由表中数据可以看出，分压电阻不仅影响保护装置计算接地电阻，而且影响保护装置对接地位置的判别。在试验中，当模拟转子在100%、75%、25%、0%处直接接地时，虽然显示的接地电阻值小于保护整定值，但保护装置并不发信，存在动作死区。同时，对不接入分压电阻也进行了同样的试验。未接入分压电阻时，各点模拟接地数据显示误差均在允许范围，且不存在动作死区等情况，详细数据不再一一列出。

转子接地是发电机较常见的故障之一。当励磁回路发生一点接地故障时，虽然不会对发电机造成较大危害，但是如果故障扩大，再发生第二点接地故障，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。励磁回路的两点接地故障，还有可能使轴系和汽机磁化。由于转子电压回路中分压电阻的影响，RCS-985B的“乒乓式”转子接地保护计算结果存在较大偏差，更为致命的是保护存在动作死区。当励磁回路发生一点接地时，保护装置无法准确发信，提醒检修人员及时进行处理，进而一点接地故障有可能演变成两点接地故障，威胁发电机组的安全稳定运行。

2 解决方法

如何确保转子接地保护能够可靠准确动作？结合现场实际，这里有两个方法。

2.1 方法一：将转子电压二次回路中的分压电阻拆除

在GB/T 14285—2006《继电保护和安全自动装置技术规程》中规定，二次回路的工作电压不宜超过250 V[2]。此电厂发电机的额定励磁电压为398 V，正常的工作电压超过250 V，且转子电压中含有一些尖峰电压，对于二次设备的长期安全运行极为不利。当发电机故障停机灭磁时，转子反向过电压可达2 800 V。2 800 V的反向转子电压直接加在发电机保护装置的转子电压输入回路上，可能导致保护装置的绝缘破坏，威胁设备和人身安全。因此，在转子电压二次回路中设置分压电阻是合理的，也是必要的。拆除分压电阻，虽然可以使“乒乓式”转子接地保护正常工作，但是将转子电压直接引入保护装置将给电气设备和人身带来很大的安全隐患。

2.2 方法二：更换其他原理的转子接地保护

DGT-801B保护装置采用的是注入式转子一点接地保护。在DGT-801系列装置中，转子一点接地保护的注入直流电源

为装置自产，在发电机运行与不运行时，均能监视发电机转子回路的对地绝缘。如图3所示，该保护原理[3]将一直流电压U0经继电器J加到转子的负极与地之间。当发生转子接地故障时，流过继电器的电流大于继电器动作电流时，保护启动。

图3 简化的原理图

从图中可以看出叠加直流电压式转子接地保护的原理十分简单，即：

要消除回路中增加的分压电阻Rz的影响，只需将转子一点接地电阻的定值在原定值Rg的基础上加上Rz的阻值即可。经过现场模拟接地试验，DGT-801B保护装置在调整定值后，能正确反映转子各个位置的接地故障。

3 结语

原理分析及现场的模拟接地试验可以证实，由于转子电压回路中分压电阻的影响，采用“乒乓式”转子接地保护原理的保护装置无法正确反映励磁回路中发生一点接地故障时的接地电阻和位置。虽然装置可以通过修正算法等途径消除误差，但实际中仍存在偏差较大的情况，进而不能可靠及时发信，易导致励磁回路发生两点接地故障。如果取消转子电压回路中的分压电阻，将给电气设备和人身带来很大的安全隐患。采用注入式转子接地保护原理的保护装置，动作准确性不受分压电阻的影响，只需要考虑分压电阻对保护定值的影响。现场通过修改保护定值，就可以消除分压电阻带来的影响。

综上所述，通过改投DGT-801B保护装置中的转子接地保护能够避免分压电阻对某电厂转子接地保护的影响，使发电机组安全可靠运行。

[1]南京南瑞继保电气有限公司.RCS-985系列发电机变压器成套保护装置技术说明书[Z]，2001.

[2]继电保护和安全自动装置技术规程：GB/T 14285—2006[S].

[3]国电南自凌伊电力自动化有限公司.DGT801系列数字式发电机变压器组保护装置技术说明书[Z]，2007.