浅析RCS-985发电机乒乓式转子接地保护

浅析RCS-985中的发电机乒乓式转子接地保护

摘要：针对我厂使用的RCS-985发电机-变压器组保护中的乒乓式转子接地保护，从转子接地的

故障危害、乒乓式转子接地保护优缺点、基本原理、调试和转子一点接地和两点接地的现象和处理方法各个方面对乒乓式转子接地保护进行浅析。

关键词：乒乓式转子接地保护；转子一点接地；转子两点接地

1、前言

发电机在长期运行过程中，由于转子内部受潮、冷却介质泄漏、绝缘老化以及机械振动等诸多方面的原因，容易造成转子对地绝缘水平的降低进而引发转子接地故障。当转子发生一点接地故障时，虽然不会对发电机本身造成直接的危害，但若再相继发生两点接地，则将严重威胁发电机的安全。针对发电机转子接地故障，我厂装设的保护为发电机乒乓式转子接地保护（RCS-985发电机-变压器组保护），正常运行情况下一点接地保护投入，而两点接地保护退出。

2、发电机转子接地故障的危害

2.1 转子一点接地的危害

发电机转子一点接地故障是常见的故障形式之一，发生一点接地故障时励磁绕组与地之间尚未形成电气回路，转子的励磁电压和流过转子的转子电流受到的影响很小，所以并不对发电

机造成危害，此时可通过转移负荷，平稳停机后再检查故障。

2．2 转子两点接地的危害

（1）破坏发电机气隙磁场的对称性，使气隙磁场发生畸变，气隙磁通失去平衡，引起发电机剧烈振动，使电机损坏、无功出力降低。汽轮发电机励磁回路两点接地还可引起轴系和汽机磁化，后果严重。若装有横差保护，还会引起其误动，因此，转子一点接地保护动作后要将横差保护加上一个短的延时，防止误动。

（2）两点接地造成非短路的绕组电流增大，如果流过转子本体的短路电流大(通常以l 500 A为界限)，热效应烧损转子的同时还会使转子发生缓慢变形，造成偏心，加剧振动。另外，还可能损坏其他励磁装臵，导致失磁故障，危及发电机和系统的安全。为确保发电机的安全运行，当发电机转子绕组发生一点接地时，应发出信号，运行人员立刻进行处理；若发生两点接地应立即停止发电机的运行。因此，发电机装设转子一点和两点接地保护是非常必要的。

3、乒乓式转子接地保护的优缺点

3．1 乒乓式转子接地保护的优点

目前的励磁回路一点接地保护主要有：电桥式、叠加直流电压式、叠加交流电压式和乒乓式等不同原理的保护。其中，乒乓式保护是一种简单有效的保护原理。乒乓式一点接地保护能测出一点接地位臵和过渡电阻大小，相对其它保护灵敏度较高，且其灵敏度不随接地点的位臵

而变化。由于保护反映的是直流分量，且有一定时间延时躲开关切换的暂态过程，因此与励磁回路对地分布电容无关。

3．2 乒乓式转子接地保护的缺点

乒乓式两点接地保护是基于故障位臵偏差判据的，一点接地故障后启动该判据，当测得的接地点位臵变化值超过整定阈值时，则确认为已发生两点接地故障。但是开关切换过程中过渡电阻的变化会使接地点位臵的计算产生误差，造成一定的接地点位臵变化，从而对两点接地的判断产生影响，将会影响保护动作性能，有可能导致两点接地保护误动。此外，该保护还存在两个重要的缺陷：无法判别同时两点接地和一点接地紧接第二点接地；当第一接地点位于绕组端侧时保护无输出，此时两点接地保护具有100%的死区。

4、乒乓式转子接地保护原理简单分析

4．1 转子一点接地保护原理

检

测

检

测

乒乓式转子一点接地保护原理分析图

S1、S2是两个电子开关，由时钟脉冲控制它们的状态为：S1闭合时S2打开，S2闭合时S1打开，两者像打乒乓球一样循环交替地闭合又打开，因此称之为乒乓式转子一点接地保护。

图中E 为发电机励磁电压，正实数a 反应转子绕组接地的位臵，0≤a ≤1，而当励磁绕组经电阻Rg1发生一点接地短路时，励磁电势等效为aE 和（1-a ）E ，电阻R 为高阻，R1为低阻；装臵在乒乓切换过程中所对应的两中工作状态下，取样电阻R1上的电压分别为U1和U1’，考虑此过程中励磁电压的变化，假设该电压分别为E 和E ’。

在转子绕组没有接地故障时，图1中的Rg1不存在，取样电阻R1上电压为零，装臵检测转子回路绝缘良好。假设转子回路绝缘发生损坏，假如在A 点发生一点接地，保护装臵通过控

制电子开关的导通和关断改变电路结构参数，然后测量转子励磁电压和取样电阻R1上的电压的大小，通过网孔方程，求解Rg1和a 。

当S1导通，S2关断时，假设此时转子励磁电压为E ，取样电阻R1上的电压为U1，则： aE=（R+R1+Rg1）I1-（R1+Rg1）I2 (1)

(1-a)E=（2R+R1+Rg1）I2-（R1+Rg1）I1 (2)

U1=R1（I1-I2） (3)

当S2导通，S1关断时,

aE ’=（2R+R1+Rg1）I1’-（R1+Rg1）I2’ (4)

(1-a)E ’=（R+R1+Rg1）I2’-（R1+Rg1）I1’ (5)

U1’=R1(I1’-I2’) (6)

联合以上方程可解得，

Rg1＝ER1/(3△U)–R1-2R/3 （7）

a=1/3+U1/(3△U) （8）

△U=U1-EU1’/E' （9）

通过上述计算可以确定发生励磁绕组一点接地故障时，接地过渡电阻的大小Rg1和故障位臵a 。

4．2 转子两点接地保护原理 △

检测

检

测

转子一点接地时，根据切换采样式一点接地保护计算出接地点的a 值，若发生转子两点接地，测得的a 值有变化，转子两点接地保护的动作方程为：△a=a op

式中△a ——转子绕组2个接地点之间的电气距离百分数，

△a=|a1-a2|；

a op ——转子两点接地位臵变化的整定值。

a op 可整定为5％～10％。为防止瞬间转子两点接地故障时保护误动，动作延时可取0．3s 。

5、RCS-985转子接地保护调试

5．1 RCS-985转子接地保护调试原理接线 调试仪电源＋

Ω

试验端子大轴地线

负极正极

负极对地电压

测量元件

正极对地电压

测量元件

转子电压负端

转子电压正端

转子一点接地实验

转子大轴

转子电压负端

转子电压正

端

RCS-985转子接地保护调试原理接线图

5．2 RCS-985转子接地保护调试内容

5．2．1 转子一点接地试验内容

合上转子电压输入开关，从相应屏端子外加直流电压220V ，将试验端子（２０k Ω）与电压正端短接，测得试验值＿k Ω，将试验端子与电压负端短接，试验值＿k Ω。