发电机转子接地保护现状分析与处理

张国防，马俊岭

（河南华润电力首阳山有限公司，河南 洛阳 471943）

发电机转子接地是发电机较为常见的故障类型之一，因此中、大型机组均按照要求配置转子接地保护。转子接地保护是保护发电机转子最重要电气量保护，是转子的主保护。目前对于转子一点接地保护目前并无异议，各机组均已配置。但对于转子两点接地保护，争议较大，目前两点接地投与不投的现象均存在。

1 发电机转子接地的危害

发电机转子绝缘损坏后会造成转子绕组一点接地故障，严重者会造成转子两点（多点）接地故障。发电机转子一点接地故障较为常见，现场发生过多次转子一点接地故障。转子发生一点接地故障时，由于没有形成闭合的回路，因此对发电机的危害性较小。但是如果发电机转子再发生第二点接地故障，则会形成闭合回路，转子回路会流过相大的故障电流，烧坏发电机转子，以及发电机转子的励磁绕组，同时还会造成轴系及汽机磁化。同时由于励磁绕组部分被短接，使发电机气隙磁通失去平衡，从而会引起发电机严重的振动，从而造成灾难性的后果。严重威胁着电厂主设备及电网系统的安全。

2 发电机转子接地保护简介

2.1 发电机转子一点接地保护

发电机转子一点接地保护原理目前主要有乒乓式保护和注入式保护。乒乓式保护原理是研发较早，使用较为普遍，本文对品乒乓式保护简要介绍。

乒乓式保护原理：采用乒乓式开关切换原理，通过求解两个不同的接地回路方程，实时计算转子接地电阻值和接地位置。原理图见图1 所示。其中，S1、S2 为由微机控制的电子开关，Rg 为接地电阻，α 为接地点位置，E 为转子电压(考虑它的变化，新的电动势以E’表示)。两个降压电阻R，一个测量电阻R1。计算接地位置并记忆，为判断转子两点接地作准备。为防止保护误动及计算溢出，特设启动判据：E>40V。

图1 转子一点接地保护切换采样原理接线图

当Rg 小于或等于接地电阻整定值时，经延时发转子一点接地信号或作用于跳闸。

2.2 转子两点接地保护

若发电机转子回路再发生转子一点接地装置动作后发出信号，人工投入两点接地装置，此时保护装置接地电阻和接地位置发生变化，当其变化值超过规定值时，转子两点接地保护动作于停机。

3 转子接地保护现场配置问题

3.1 转子一点接地保护现场配置

目前根据《GBT 14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程》4.2.11 的规定，“对于1MW 及以上的发电机应装设专用的转子一点接地保护装置延时动作于信号，宜减负荷平稳停机，有条件时可动作于程序跳闸。”目前现场均按照要求配置有转子一点接地保护。

但对于保护出口方式，目前现场整定方式不一，部分电厂保护出口方式为报警；部分电厂保护出口方式为跳闸。根据机组现场实际状况，以上保护出口方式均满足《GBT 14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程》、《DLT 684-2012 大型发电机变压器继电保护整定计算导则》的相关要求，并无问题。但对于转子一点接地保护投跳闸的机组，目前转子一点接地低定值段延时需合理配置，部分机组整定延时为3s 或者更小，存在较大的风险，动作延时宜整定为5～10s。

3.2 转子两点接地保护现场配置

目前对于转子两点接地保护配置现场存在较大争议，部分机组选择在转子一点接地报警后，手动投入两点接地，发生两点接地保护后由转子两点接地保护动作跳闸；部分机组已取消转子两点接地保护。

目前对于配置转子两点接地保护并无相关国标、行标、导则相支撑。《GBT 14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程》《DLT 671-2010 发电机变压器组保护装置通用技术条件》导则中对发变组保护装置的要求中也已删除了转子两点接地保护，即不再要求保护厂家生产的发变组保护装置中配置转子两点接地保护。、《DLT 684-2012 大型发电机变压器继电保护整定计算导则》中也已删除了转子两点接地保护整定的相关部分，这就意味着现场整定转子两点接地保护失去了导则支撑。

最新国标、行标、导则对于删除励磁回路两点接地保护，表明了行业内对于转子两点接地保护存在较大争议。目前争议主要集中在以下几点：

（1）若发电机转子回路发生一开始就是两点（多点）接地，或者是发生一点接地后很短的时间内发生两点接地，该保护将发生拒动。

（2）若在第一个接地故障点励磁回路的正极或负极端，电桥在第二点接地故障时无输出，该保护将有100%的死区而拒动。

（3）水电机组、大型外国机组均不配置转子两点接地保护。基于以上争议，不建议投入两点接地保护。

（4）转子电压电缆选型问题的探讨。目前根据《防止电力生产事故的二十五项重点要求》第11.2.2 要求“发电机转子一点接地保护装置原则上应安装于励磁系统柜。接入保护柜或机组故障录波器的转子正、负极采用高绝缘的电缆且不能与其他信号共用电缆”的要求现场励磁回路电缆均已采用高压电缆，但保护装置内部配线却依然采用低压电缆见图2。

图2 端子排内、外部电缆励磁电缆图

根据相关参考文献，机组事故或异常状态下转子均可能存在高电压，此时装置内部低压电缆是否可以亨受高电压，是值得讨论的。因此建议装置内部涉及到转子电压的电缆采用高压电缆，依据现场工程实际情况，建议采用1kV 高压电缆。

4 结语

配置转子一点接地保护目前在行业内并无争议，但对于转子两点接地保护目前争议较大，建议再发生转子一点接地的情况下，保护动作跳闸或者机组减负荷平稳停机，不必冒着转子磁化的风险运行。对于转子回路二次电缆也应考虑各种情况下的高电压情况，配置高电压型电缆，确保机组安全可靠运行。