发电机转子接地影响及保护措施论文

浅析发电机转子接地的影响及保护措施【摘要】由于发电机长期运行产生的转子绝缘损坏老化以及工作人员在工作中造成的异物掉落等原因，将造成发电机转子产生一点甚至两点接地。使得发电机的正常运行受到了严重的影响，在分析了产生原因及危害后，阐述了相应的保护措施，避免因转子接地引发的事故。

【关键词】发电机;绝缘老化;转子接地;保护措施

0．引言

当前，发电机励磁回路一点接地故障是常见的故障形式之一，励磁回路一点接地故障对发电机并未造成危害，但相继发生第二点接地，即转子两点接地时，由于故障点流过相当大的故障电流而烧伤转子本体，并使励磁绕组电流增加，可能因过热而烧伤。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使轴系和汽机磁化，两点接地故障的后果是严重的，故必须装设转子接地保护。

1．发电机发生转子接地的原因

工作人员在励磁回路上工作时，因不慎误碰或其他原因造成转子接地；转子滑环，槽及槽口、端部、引线等部位绝缘损坏；长期运行绝缘老化，因杂物或振动使转子部分匝间绝缘垫片位移，将转子通风孔局部堵塞，使转子绕组绝缘局部过热老化引起转子接地；鼠类等小动物窜入励磁回路，定子进出水支路绝缘引水管破裂漏水，励磁回路脏污等引起转子接地。

2．发电机转子接地的危害

2.1发电机发生转子一点接地的危害

发电机发生转子一点接地的时候，因为对地尚未形成回路，所以其接地点并无接地电流通过，励磁回路仍可维持在正常状态，发电机可继续运行。但若未能及时处理，一旦再发生另一点接地即形成发电机转子两点接地故障，这便是十分危险的短路故障。

2.2发电机发生转子两点接地的危害

a．破坏发电机气隙磁场的对称性，使气隙磁场发生畸变，气隙失去平衡，引起发电机剧烈振动，使发电机损坏、无功出力降低、励磁电压及发电机机端电压降低，而定子电流却可能增大。汽轮发电机转子两点接地还可能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，转子一点接地保护后要将横差保护加上一个短的延时，防止其误动。

b．两点接地造成非短路电流增大，如果流过转子本体的短路电流过大（通常以1500a为界限），由于过热烧损转子的同时还会使转子发生缓慢变形，形成偏心，加剧振动/另外，还可能损坏励磁装置，导致失磁故障，危机发电机和系统的安全。

3.发电机转子接地的保护措施

3.1发电机转子一点接地的保护措施

转子一点接地保护的种类较多，主要有迭加直流式、乒乓式及迭加交流式。由于国内发电机转子一点接地保护广泛采用迭加直流式和乒乓式。其他保护方式在此就不多做介绍。

3.1.1跌加直流式的转子一点接地保护

在发电机转子绕组的一极对大轴之间加一个直流电压，通过采集直流电压的输出电流，来测量转子转子绕组的对地电阻正常情况下，发电机转子绕组不接地，外加直流电压不会产生电流。当转子绕组中接地电阻为rx时，外加直流电压通过部分转子绕组、rx、大轴之间构成回路，产生电流if。接地电阻越小if 越大，接地电阻越大，if越小。

保护装置通过改变测量回路内阻得到两个测量回路的内阻得到两个测量值if1、if2，根据两个电流的大小通过解方程组消去不确定的励磁回路电压值vf后，便可计算出接地电阻值rx。

当该转子一点接地保护投入运行时会影响转子回路的绝缘系统，若有此两种装置时，只能投入其中一套，否则会相互影响。双重化的保护也只能投入一套，另一套作为冷备用。

3.1.2切换采样式一点接地保护（乒乓式）

在发电机运行时轮流测量转子绕组正极、负极的对地电流，并根据测的的结果计算出转子绕组回路的对地电阻值和接地故障的

位置。

设在转子绕组k点经电阻rg接地。s1、s2为可控的电子开关，轮流闭合及断开。由于转子绕组的直流电阻很小，可以忽略。

当电子开关s1闭合、s2断开时，测量电阻r1上的电压为：

当电子开关s2闭合、s1断开时，测量电阻r1上的电压为：

在式（1）、式（2）中r1、r已知，u1、u1‘和转子电压ud为保护的测量电压，解方程可求出rg和α。保护范围为整个发电机转子绕组。

此外，对于无刷励磁机组，可能只引出转子绕组的一端，由于转子电压无法引出，无法采用乒乓式转子接地保护原理。

3.2发电机转子两点接地的保护措施

3.2.1二次谐波电压式两点接地保护

当发电机正常运行时，定子电压中只有很小的奇次谐波分量。由于气隙磁通的空间分布完全对称于横轴，将其按傅立叶级数展开，其中没有偶次谐波。因此，不会在定子绕组中产生偶次谐波电势。当发电机转子绕组发生两点接地或匝间短路时，气隙磁通分布被破坏，其气隙磁通将发生畸变，在定子绕组中产生二次谐波电压，定子二次谐波电压式两点接地保护就是用该电压作为判据其保护

范围为整个转子。

正常运行时该保护退出，当转子绕组发生一点接地故障后自动投入运行。其优点是不受外部故障或其他机组转子两点接地在定子绕组中出现二次谐波电压的影响。整定值可以很小，保证其灵敏度。

3.2.2反映接地位置的两点接地保护

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α值，若发生转子两点接地，测的α的值有变化，转子两点接地保护的动作方程为：

δα>αop

式中δα—转子绕组两点接地之间的电气距离百分数，δα=|α1-α2|

αop—转子两点接地位置变化的整定值

αop可整定为5%～10%。为防止瞬间转子两点接地故障时保护动作，动作延时可取0.3s。

4.结论

总结来看，转子绕组发生接地故障的根本原因是其绝缘遭到了损坏造成的。所以要预防发电机转子绕组接地故障的发生，在运行管理方面必须随时掌握转子绝缘状况，并根据其绝缘状况进行针对性的维护、保养及检修处理。

同时发电机转子绕组发生两点接地故障，绝大部分情况都是发生在一点接地后，未能得到及时处理而扩大成两点甚至多点接地的故障的。若发生了转子一点接地故障，必须在发展成两点接地之前尽快妥善处理，以免发展成为严重的两点接地故障。

【参考文献】

［１］张保全，尹相根.电力系统继电保护.北京中国电力出版社，2005.

［２］赵厚滨,薛一琴.发电机转子两点接地保护的研究.东北电力技术，2006,(5)：12-14．