发电机转子接地保护原理及其应用

发电机转子接地保护原理及其应用 发电机转子接地保护原理及其应用 2008年6月 第29卷第6期 韶关学院?自然科学 JournalofShaoguanUniversity.NaturalScience Jun.2008 V01.29No.6 发电机转子接地保护原理及其应用 宁效伟 (韶关发电厂,广东韶关512132) :探讨了发电机转子一点接地保护及两点接地保护原理,摘要分析了实际测量构成电路及继电器的动作特性,提出 了发电机发生转子一点接地后的处理对策. 关键词:发电机:转子:接地保护 中图分类号:TM621,3文献标识码:A?文章编号:1007,5348(2008)06—0062—03 发电机正常运行时,励磁回路对地之间有一定的绝缘电阻和分布电容,它们的大小与发电机转子的结 构,冷却方式等因素有关.当转子绝缘损坏时,就可能引起励磁回路接地故障,常见的是一点接地故障,如不 及时处理,还可能接着发生两点接地故障. 励磁回路的一点接地故障,由于构不成电流通路,对发电机不会构成直接的危害.对于励磁回路一点接 地故障,主要是担心再发生第二点接地故障,因为在一点接地故障发生后,励磁回路对地电压将有所提高,就 有可能再发生第二个接地故障点,发电机励磁回路发生接地故障的危害主要表现在以下几个方面:(1)转子 绕组的一部分被短路,另一部分绕组的电流增加,这就破坏了发电机气隙磁场的对 称性,引起发电机的剧烈 振动,同时无功出力降低.(2)如果转子电流比较大,就有可能烧损转子,有时候还可能造成转子和汽轮机叶 片等部件被磁化.(3)由于转子本体局部通过转子电流,引起局部发热,使转子发生缓慢变形而形成偏心,进 一 步加剧振动. 由于发电机转子一点接地的危害大,在发电厂的实际运行中,一般均配置了发电机转子一点保护.运行人员 发现转子一点接地后,投入两点接地保护,若该保护动作,则会将发电机从系统切除,并启动全停保护.本文探讨 发电机转子一点接地保护的工作原理,动作特性,并在此基础上给出处理发电机转子一点接地时的操作方法. 1发电机乒乓式转子一点接地保护原理 乒乓式转子一点接地保护动作原理见图1,SI-,S是两个电子开关, 由时钟脉冲控制它们的状态为:s闭合时s:打开,s打开时S闭合,两者 像打乒乓球一样交替地闭合又打开,因此称之为乒乓式转子一点接地保 护口 设发电机转子绕组的k点经电阻re一点接地,为励磁电压,为 转子正极与k点之问的电压,.为k点与转子负极之间的电压闭合s. 打开时,直流稳态电流为:仁/(to=to).s打开s闭合时,直流稳态电流 . /(r0十电导警告警,电导=/4= u2fu— k2 r0+rrn+r, 系数kl=u,k:u/u. 收稿日期:2008—03—23 作者简介:宁效伟(1979一),男.湖南邵阳人,韶关发电厂助理工程师.主要从事发电 厂电气研究 R sl z } :Y,』: 一枪谢 一? 一 U 图1一点接地保护原理图 第6期宁效伟:发电机转子接地保护原理及其应用?63? 上面各式中,,,,k为第一个采样时刻的值(s闭合时s2打开),i2,,,g2,:为第二个采样时刻 的值(S打开时S闭合).系数kl(或者k)之值正比于接地点k与正极(或负极)之间的绕组匝数,而不管是 否变化,由于第一个采样时刻与第二个采样时刻是同一个接地点k,k点的位置没有变化,所以有: kl+k2=1,gl+ga=(kl+k2)l(ro+r~). 其中r为保护装置中的固定电阻,为常数;r为接地电阻,是跟随发电机励磁回路对地绝缘水平变化的,于 是设定:G1,=1/ro+r,G纽,=l/rD+其中r,G,r,G分别为保护第一段,第二段的整定电阻,电导,且 r>所以第一段称为高定值段,第二段为低定值段,其动作判据如下: 当?r,即当g+g?G时,保护的高定值段动作; 当re?…即当g+g?G时,保护的低定值段动作. 2发电机转子一点接地继电器保护原理 测量转子绕组对地导纳的励磁回路一点接地保护,可以反映励磁回路任一点接地 故障,没有死区,且灵 敏系数理论上不受对地电容C的影响,但实际上由于回路中存在感性电抗或由于整定调试不精确,而受对 地电容的影响[. 导纳继电器保护原理接线如图2所示. 图2一点接地导纳继电器保护原理接线图 外加电压,如取TA,TA2变比为1,则动作量为,制动量为i一,其边界条件为l,广,l_;对 于同一侧电压则ly.g一=lg啪I,其中,Y为从GE两端看到的导纳.G==l/r=,g1,r僦.等式在导纳复平面上为 一 个圆,如图3所示,圆心为g,圆半径为l一g一.当在圆内时:ly一<l,则继电器动作;当在圆外 时:IY-g一>fg一,则继电器制动. 在实际应用中,转子绕组对地测量导纳包括:转子绕组对地 绝缘电阻ry,=1/;转子绕组对地分布电容,b=;测量回 路附加电阻(忽略电抗)包括可调电阻‰,滤波器电阻及 2 电阻之和,=1/rc,于是y=,其中,为常数,若令为 ++7n一-. 定值,b可变,即对地电容c1,变化,则所对应的测量导纳y在导 纳复平面上的轨迹为圆,其圆心-q半径又分别为:--g'c ,,o' .}2c七g1gc—gcfc七g.图3导纳圆 对应一系列可得一组圆,如图4所示,实线圆称为等电导圆,这些圆代表发电机转子回路对地不同电 阻,踟作为整定圆,正常运行时转子回路绝缘电阻很大,很小,Y在整定圆外;当绝缘降低时,y进入整定 圆,继电器动作. 同样,令b,等于常数,可变,则所对应的测量导纳Y的轨迹是圆,其圆心为,6],半径为g'~ 12b 对应一系列的b可得另一组圆,如图4中的虚线圆,称为等电纳圆,对应转子回路不同的,y的轨迹将落 在不同的等电纳圆上,此时,如转子对地绝缘降低,则y将沿着某一个等电纳圆进入整定圆[s ? 64?韶关学院?自然科学2008正 电感器采用电感L与隔直电容c组成5OHz串联谐振,只允许外加50Hz 电压通过,保证测量转子绕组对地导纳的准确性.继电器可调整r值,以满足r 等于r的要求.调整r值,使之改变动作特性圆的半径,以满足整定值. 从上可以看出,该保护从原理上就不可能整定动作电阻太大,因为从 1,2kD.的间距与从20kD.到无穷大的间距差不多,若整定动作电阻超 过10kflE钔,将出现动作电阻定值不稳定现象,同时这种保护原理必须做到 电刷与大轴之间的接触电阻较小,即要加大电刷压力,以利于定值的稳定. 3发电机转子两点接地保护的动作原理图4电纳圆 按直流电桥原理构成的励磁绕组两点接地保护如图5所示,可调电阻R接于励磁绕组的两端,当发现 励磁绕组一点(例如k点)接地后,励磁绕组的直流电阻被分成r和1"2两部分,这时运行人员接通按钮SB, 并调节电阻R,以改变r3和r4,使得电桥重新平衡(r/r2=r4r4),此时毫伏表 mV的指示最小,理论上讲为零,然后,断开sB而将连接片XB接通,投入 励磁绕组两点接地保护,这时由于电桥平衡,故继电器k内因无电流或仅 有很小电流而不动作.当励磁绕组再有一点接地时(例如k2点),已调整好 的电桥平衡关系被破坏,继电器k内将有电流流过,其大小与k点离开k 点的距离有关,其间距离越大,电桥越不平衡,继电器k中的电流越大,只 要这个电流大于k的整定电流,它就动作,跳开发电机.在继电器k的线圈 回路中串接电感L的目的,是阻止交流电流分量对保护动作的影响. 4发电机发生转子一点接地后的处理 从上面的分析可以看出,按电桥原理构成的发电机励磁回路两点接地 保护存在以下缺点:(1)若第二点接地距离第一点接地点较近,两点接地保 『:,一一j一一,1一v一一, 髂L———L——--—J 图5两点接地保护图 护不会动作,即存在死区;(2)若第一接地点发生在转子滑环附近,则不论第二个接地点在何处,保护因无法 投入而不会动作;(3)该保护装置只能在转子一点接地后投入,如果第二点接地发生得很快,保护则来不及投 入. 因此,当运行值班人员发现转子一点接地后,应做如下处理:(1)应该立即投入转子两点接地保护运行; (2)去现场查看转子及励磁回路是否有明显的接地点,并密切注意发电机的励磁电压电流和振动;(3)用压缩 空气吹扫集电环,检查碳刷是否接触得松紧合适,同时注意转子一点接地信号是否消失;(4)当检查为一点金 属性接地时,应立即申请停运发电机组;(5)注意转子接地保护的导纳继电器线圈是否正常,同时联系继保人 员核对整定的定值是否恰当;(6)当判断为转子两点接地时,若保护未动作,立即停机检查. 参考文献: [1]李发海,朱乐起.电机学[M].北京:科学出版社,2004:320—336. [2]张克让,杨元峰.电力系统继电保护工程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 [M].北京:中国电力出版社,2006:228—236. [3]何仰赞.电力系统继电保护[M].武汉:华中科技大学出版社,2000:186—208. [4]陈健同,赵大建.大型发电机组的保护].北京:中国水利电力出版社,2001:81—86. Theprincipleoftheprotectionforgenerator'S rotorgroundinganditsapplication NINGXiao—wei (ShaoguanPowerPlant,Shaoguan512132,Guangdong,China) Abstract:Discussedtheactionprincipleoftheonepointgroundingandthetwopointsgrounding,theelectric constitutionoftheactualinstrumentcircuitsandtheactioncharacteristicofarelay,andhavegivenahandle advicesafteroccu~edtheeventofonepointgroundinginthegerator'srotor. Keywords:gnerator;rotor;protectionforgrounding (E.D.:Y,S)