摘要：本论文介绍了某电厂RCS-985RE转子接地保护装置的原理，分析了一起某电厂发电机转子接地保护运行中误报警事件的原因，提出了解决该保护装置误报警事件的处理方案。
关键词：发电机；RCS-985RE保护；转子接地。
0 引言
发电机正常运行时，励磁回路对地之间有一定的绝缘阻抗，其阻抗的大小与发电机转子的冷却方式和结构等因素有关。但由于发电机转子在运输或保存、运行过程中，都有可能使发电机转子回路绝缘电阻严重下降。当励磁回路绝缘损坏时，就可能引起接地故障，常见的是一点接地故障。虽然励磁回路一点接地对发电机不会构成严重的危害，但一点接地后励磁回路对地电压将有所升高，有可能再发生励磁回路两点接地故障。发电机转子两点接地后，转子绕组的一部分被短路，转子绕组另一部分的电流将增加，可能造成转子因为过热而烧伤，有时还造成转子和汽轮机叶片等部件被磁化。同时破坏了发电机气隙磁场的对称性，引起发电机的剧烈振动，发电机无功出力降低。因此，励磁回路两点接地故障的后果是非常严重的。某电厂#2机为自并励励磁系统，电机是东方电机股份有限公司QFSN-660-2-22，转子接地保护装置型号为南瑞继保的RCS-985RE。本文介绍了某电厂转子接地保护装置RCS-985RE的原理，通过试验和分析，在运行中保护装置误报警的原因、处理过程和解决方法。
1 保护装置RCS-985RE转子接地保护原理说明
南瑞RCS-985RE转子接地保护可采用双端或单端注入转子接地保护原理，双端注入转子接地保护是在转子绕组的正负两端与大轴之间注入一个方波电压，通过装置内部开关定时切换，使得外加输出一个偏移的方波电压，实时求解转子接地电阻，反应发电机转子对大轴绝缘电阻的下降。双端注入式转子接地保护的工作电路如图（1），图中Ry为测量回路电阻4.7KΩ，Rx为注入大功率电阻，Us 为注入电源模块，Rg 为转子绕组对大轴的绝缘电阻。
直流电压Us经耦合电阻Ry加在发电机转子绕组两端，测量电阻Rx产生测量电压Ux=iRx，Ux送至测量元件。由于Us加于励磁绕组的正、负两端，发电机绕组磁势互相抵消，所以电感可以忽略不计，则得到图（2）所示的等效电路图。（Rg为转子对地电阻，Cg为转子对地电容）
图1 图2
设方波的电压的幅值为U，周期为τ。当时间t=0时，方波的正半波前沿加到电路的输入端，在暂态过程中， 根据回路电压定律，可得到如下方程：
t=0时，电源电压由0跃变到电压U，因为电容Cg电压不能突变，
=0，所以转子对地电阻Rg相当于被短路，此时可得到t=0时电阻Rx上的电流为：
这里得到的
是电流
的前沿值。
电流
包括有直流分量和按指数规律以时间常数T衰减的自由分量两个部分。由于自由分量的存在，
是随时间t而衰减。当
时，到达方波的后沿，此时有：
若Rx、Ry、U、、Cg等参数都保持不变，只改变对地电阻Rg，则当Rg下降时，直流分量将随之上升，而自由分量随之下降，但自由分量的下降程度不如直流分量上升的显著。因此，随Rg下降，电流
将随之上升。但是
的前沿
的大小与Rg无关，因而Rg下降时，其前沿电流值不变。
图3注入方波电压
图4 Rg=∞时，电流波形 图5 Rg=0时，电流波形
2 保护装置接地报警查找及数据分析
2009年06月份以来，#2机转子接地保护RCS-985RE就间断的报转子接地，进入12月份，报警的次数增加。经过一段时间的统计，得到表（1）中的数据。从表（1）可以看出，机组在满负荷的时候，转子接地报警的机率高于在低负荷时的机率。
表（1）
图（6）为装置报警时的录波图形（UR为转子电压，US为保护装置注入电压，iLX为转子泄露电流，Rg为测量转子接地电阻）。从RCS-985RE保护装置录波可以看出，在转子接地时，泄露电流确实是增加，可以判断，装置计算正确。利用停机的机会，对保护装置做实验，采用变阻箱从0～11千欧变化试验装置测量电阻精度及报警状态。实验数据如表（2），从实验数据看，装置单体正常。
图（6）
表（2）
根据发电机在运行时，电刷粉末容易沉积在滑环下面的绝缘突出部分，如果有油污的情况下，励磁回路的绝缘电阻会严重下降。所以利用停机的机会清理了滑环下面的碳粉，但在满负荷时，励磁转子接地保护仍然报警，所以可以排除由于碳粉沉积而引起RCS-985RE保护装置报警。
根据发电机在满负荷时，转子接地保护装置就会报警，可能是在满负荷时，转子的励磁电压和电流比较的大，可能引起转子发热，引起转子槽中线棒绝缘下降，线棒与转子护环接触，引其转子接地。根据这种可能，在发电机满负荷，转子接地保护装置报警时，降低#2发电机的无功，由70Mvar降到40Mvar，发电机励磁电压和电流都有所下降，但是发电机转子接地保护仍然报警。当有功为579MW时，增加#2发电机的无功，最高到达108Mvar，励磁电流为3664A，励磁电压为318V，与发电机满负荷时励磁电流、励磁电压相差不多时，转子接地保护仍然不报警。从实验可以看出，转子接地保护与励磁电压和励磁电流没有关系，再根据在满负荷时，转子接地保护时间断的报警，如果转子内部绝缘损坏，转子接地报警应该时持续的，所以排除，转子内部接地的可能。
排除#2发电机转子接地的可能，初步怀疑，转子接地保护装置可能受到干扰，误报转子接地信号。由于转子接地保护装置RCS-985RE安装在励磁灭磁柜内，柜内都时强磁场，如果保护装置的接地不好或者抗电磁干扰不好，保护装置就会受到电磁干扰，引起保护装置的误报警。针对这种情况，在发电机满负荷，转子接地报警时，用绝缘棒压紧发电机转子接地铜刷（如图（7）所示），转子接地保护报警消失，当放开时，转子接地报警又出现。从实验可以肯定，转子接地保护报警是由于保护接地铜刷不能可靠接地，接地线受到干扰，造成保护装置误报警。
图（7） 图（8）
根据DCS历史曲线如图（8），在汽轮发电机轴系振动中，7瓦的振动与发电机的负荷正好成反方向，当机组的负荷降低时，7瓦的振动增大；当机组的负荷增大时，7瓦的振动反而减小。机组在高负荷时才报转子接地，是由于7瓦振动减小，发电机转子接地铜刷与大轴反而接触不良，致使转子接地保护在高负荷时才报警。
3 保护装置接地改进建议
（1）将转子接地大轴上的两个铜刷短接起来，一方面大轴经两个铜刷接地，保证了大轴可靠的接地；另一方面，使保护的接地不仅经过大轴，而且经过短接线接地，保证转子接地保护装置可靠的接地。
（2）将转子大轴接地的铜刷改为碳刷，通过碳刷的压力弹簧，使碳刷与大轴可靠的接地。
（3）将现有的铜刷适当的加宽和加重，这样可以保证铜刷通过自身的重量与大轴由线接触变为面接触，增大铜刷与大轴的接触面和可靠接触。
（4）将转子接地保护转子直接与接地铜排连接，并保证大轴接地与保护装置的接地为同一地网，无压差。
（5）由于大轴接地铜刷暴露在外，容易积灰，造成铜刷不能可靠的与大轴短接，须勤清理铜刷积灰。
参考文献：
[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用（第二版） 中国电力出版社
[2]南瑞继保 RCS-985RE发电机转子接地保护装置技术和使用说明书
论文作者:尹宇鹏
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/17
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