转子接地保护原理

发电机转子接地保护原理

发电机正常运行时，转子的转速很高，离心力极大，承受的电负荷又重，一次励磁绕组绝缘容易破坏。绕组导线碰接铁芯，就会造成转子一点接地故障。发电机励磁回路的一点接地是比较常见的故障，由于不会形成电流通路，所以对发电机无直接危害，因此发电机可继续运行。但发生一点接地以后，励磁回路对地电压会有所升高，例如当负极接地，励磁绕组正极对地电压即增加到工作励磁电压值；正极接地，励磁绕组负极对地电压也增加到工作励磁电压值。因此当转子发生一点接地后，如发电机仍然继续运行，遇上励磁绕组其他点绝缘水平降低时，就有可能发生转子回路的第二点接地。

励磁回路两点接地后构成短路电流通路，可能烧坏转子绕组和铁芯。由于部分励磁绕组被短接，破坏了气隙磁场的对称性，引起机组振动，特别是多机组振动更严重。此外，转子两点接地还可能使汽轮发电机组的轴系统和汽缸磁化。

因此，转子一点接地以后,应该对励磁回路进行认真检查.同时是否会有保护误动作:根据某些保护构成原理,检查是不是因为炭刷接触不良所引起.此外,还可以倒换备用励磁以找出接地范围.如果一旦确认转子一点接地,应该投入转子2点接地保护,这时候,严禁在励磁回路上工作,以防保护误动作。

需要指出的是,在转子一点接地的同时,若发电机出现振动,则应该立即解列停机。一．转子一点接地保护

1.绝缘检测装置

用一个电压表定期测量励磁回路正负极对地电压，其接线如下图所示。

图中元件1为励磁绕组，元件2为接地炭刷。励磁绕组对地存在着绝缘电阻，设这些绝缘电阻对地均匀分布，如图中的r1,r2,…，r n－1，r n。当励磁绕组绝缘良好时，所测得的正极对地电压和于负极对地电压。如果正极接地，则负极对地电压为工作励磁电压；如果负极接地，则正极对地电压为工作励磁电压。如果励磁绕组其他点接地，一般情况下，正极对地电压不等于负极电压，而且所测得的电压低于工作励磁电压。但是如果励磁绕组中部接地，则所测得的正极对地电压将等于负极对地电压，且为工作励磁电压的一半。利用图中的切换开关S 和电压表PV可以进行上述各种测量。

2.叠加交流电压式一点接地保护

叠加交流电压式转子一点接地保护装置的原理图如下图所示。

图中C mE 为励磁绕组对地电容，R mE 为励磁绕组对地电阻。U ∽为励磁绕组整定交流分量。C i 为隔直电容，其作用是使励磁电压产生的直流电流不会流经交流电源回路。K 为继电器，其阻抗为R K 。UV 为电压变换器，主要起到隔离作用，将交流电源和转子回路隔开，并将交流电压降低到保护装置所需要的电压。

正常运行时，流过继电器的电流为

I -=X R X R X R U U mE

mE mE mE

ci K m j j j ---+.~.

21 式中 －j X R X R mE mE mE mE

j -——C mE 的容抗和R mE 并联后的阻抗。

当励磁绕组对地绝缘降低时，流过继电器的电流将增大，达到保护整定值时保护动作。 这种保护的优点是消耗功率小，没有死区。缺点是流过继电器的电流受励磁绕组对地电容和励磁电压中交流分量的影响。

3.叠加直流电压式一点接地保护

叠加直流电压式转子一点接地保护装置的原理接线图如下图所示。

图中电压变换器UV 将交流电源电压变换成适当的电压，再经过全波整流变换成直流电压叠加在励磁绕组上。回路中还串有继电器K ，其电阻为R K ；RmE 为发电机正常运行时励磁绕组对地绝缘电阻，假设集中于励磁绕组的中部。

正常运行时，继电器中流过的电流为

I r =R R U U mE K r ++=21

当励磁绕组对地绝缘降低时，继电器中流过的电流为

I r /=R R U U mE K r /

21++= 由于励磁绕组绝缘电阻R mE /比R mE 小，故电流I r /大于I r ，因此继电器将在励磁绕组对

地绝缘电阻降低到保护整定值时动作。

这类保护的优点是不受励磁绕组对地电容和励磁电压中交流分量的影响，保护无死区；但是对于励磁绕组对地绝缘电阻RmE 本身就很低的发电机，如双水内冷发电机，由于RmE 太小，将使正常运行时流过继电器的电流Ir 大于保护的整定值，以致保护正常运行时就处于动作状态，因此对于这类发电机，不能应用这种保护。

4.乒乓采样式一点接地保护

乒乓式原理转子一点接地保护装置的原理接线图如下图所示。

乒乓式原理转子一点接地保护装置内部的电子开关，在时序电路控制下周期性地导通、截止，即转子的正负极人为地周期性接地来监测转子的对地绝缘状况。保护的动作判据是通过乒乓式工作原理来实现的。

在下图中，设发电机转子绕组的d 点经接地电阻R jd 一点接地。U L 为励磁电压，U 1为转子正极与d 点之间的电压，U 2为d 点与转子负极之间的电压，R 0为保护装置内设电阻，S 1与S 2为两个电子开关，由时钟脉冲控制其状态为S 1闭合时，S 2打开；S 1打开时, S 2闭合（S 1 、S 2同时打开），二者循环交替运行。类似推来挡去的乒乓球。

S 1闭合S 2打开时，直流稳态电流、电导分别为

I 1＝U 1/(R 0＋R jd ) G 1＝I 1/U 1＝1/(R 0＋R jd )

S 2闭合S 1打开时，直流稳态电流、电导分别为

I 2＝U 2/(R 0＋R jd ) G 2＝I 2/U 2＝1/(R 0＋R jd )

由于第一个采样点时刻与第二个采样点时刻是同一个接点地d 。

上式表明，当接地电阻越小，则测定电导G 越大, 所以将上式作为转子一点接地保护的动作判据,当R jd ＜R zd (整定电阻)，即当G ＞Gzd(整定电导)时保护动作。

实质是电子开关在时序电路控制下周期性地导通、截止,即转子的正负极人为地周期性接地。通过这种方法可检测发电机转子绕组的接地故障。