摘要：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。
关键词：发电机;绝缘老化;转子接地;保护措施
1.转子接地保护基本工作原理
1.1直流电桥原理构成的转子接地保护
直流电桥原理构成的转子接地保护。可调电阻R接于励磁绕组的两端，当发现励磁绕组一点接地后，励磁绕组的直流电阻被分成r1和r2两部分，这时运行人员接通按钮SB，并调节电阻R，以改变r3和r4，使电桥平衡（r1/r2=r3/r4），此时毫伏表mv的指示最小（理论上为零）。然后断开SB而将连片XB接通，投入励磁绕组两点接地保护。这时由于电桥平衡，继电器K内因无电流或流有很小的不平衡电流而不动作。当励磁绕组再有一点（如K2点）接地时，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K2点距K1点的距离有关。K2与K1间的距离越大，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的线圈回路中接电感L的目的，是阻止交流电流分量对保护动作的影响。
按电桥原理构成的转子接地保护结构简单，但存在以下缺点：
（1）若第二点接地距第一点接地较近，两点接地保护不会动作，即有死区。
（2）若第一点接地发生在转子滑环附近，则不论第二个接地点在何处，保护都不会动作（因无法投保护）。
（3）对于具有直流励磁机的发电机，如第一个接地点发生在励磁机励磁回路时，保护也不能使用。因为当调节磁场变阻器时，会破坏电桥的平衡，使保护误动作。
（4）本保护装置只能转子一点接地后投入，如果第二点接地发生的很快，保护来不及投入。
1.2乒乓式原理构成的发电机转子接地保护
乒乓式发电机转子一点接地保护动作原理分析，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，S1打开时S2闭合，两者像打乒乓球一样循环交替的闭合又打开，因此称之为乒乓式转子一点接地保护。
设发电机转子绕组的K点经Rjd电阻一点接地，UL为励磁电压，U1为转子正极与K点之间的电压，U2为K点与转子负极之间的电压。S1闭合S2打开时，直流稳态电流为
I1=U1/R0+RE （1-1）
S2闭合S1打开时，直流稳态电流为：
I2=U2/R0+RE （1-2）
电导
G1=I1/UL=K1/ R0+RE （1-3）
G2=I2/UL=K2/ R0+RE （1-4）
系数 K1=U1/UL；K2=U2/UL
上面各式中，I1、U1、UL、G1、K1为第一个采样时刻（S1闭合S2打开）的值，I2、U2、UL、G2、K2为第二个采样时刻（S2闭合S1打开）的值。系数K1或K2之值正比于接地点K与转子正极或负极之间的绕组匝数，而不管UL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点的位置未变，所以
K1+K2=1 （1-5）
G1+G2=1/ R0+RE （1-6）
式中R0—保护装置中的固定电阻（降压电阻），为常数。
Re—接地电阻，是跟随发电机励磁回路对地绝缘水平变化的。
设
Gset=1/RO+RSET （1-7）
Gset=1/RO+RSET （1-8）
式中Rset’——保护第一段的整定电阻。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
Gset’——保护第一段的整定电导。
Rset”——保护第二段的整定电阻。
G set”——保护第二段的整定电导。
因为Rset’>Rset”，所以又称第一段为高定值段，第二段为低定值段。根据式（1-6）、式（1-7）、式（1-8），设计该保护的动作判据为：
当Re≤Rset’，即当G1+G2≥Gset’时，保护的高定值段动作。
当Re≤Rset”，即当G1+G2≥G set”时，保护的低定值段动作。
2.转子接地保护的应用
2.1乒乓式原理构成的转子接地保护在许继WFB—800微机型发变组保护中的应用
2.1.1一点接地保护
保护原理：采用乒乓式切换原理，通过求解两个不同的接地回路方程，实时计算转子接地电阻和接地位置，并记忆，为判断转子两点接地作准备。为防止保护误动及溢出，特设启动判据：机端电压E>30V。当Re小于或等于接地电阻整定值时，经延时发转子一点接地信号或作用于跳闸。
定值整定：接地电阻整定值取决于正常运行时转子回路的绝缘水平。接地电阻高定值可整定为10kΩ及以上，延时4—10s动作于发信；低定值可整定为10kΩ以下，延时1s—4s动作于跳闸。
2.1.2两点接地保护
保护原理：一点接地保护原理同前所述，但在这里的一点接地电阻定值只有一段，通过延时发信。在一点接地故障后，保护装置继续测量接地电阻和接地位置，此后若再发生转子另一点接地故障，则已测得K值变化，当其变化值△K超过整定值时，保护装置就确认为已发生转子两点接地故障，发电机被立即跳闸。保护判据为：
△K﹥Kset Kset为转子两点接地位置变化整定值
定值整定：接地位置变化动作值一般可整定为5—10%；动作时限按躲过瞬时出现的两点接地故障整定，一般为0.5—1s。
2.2新型原理构成的转子接地保护在南自DGT—801微机型发变组保护中的应用
2.2.1一点接地保护
保护原理：采用新型的叠加直流方法，叠加源电压为50V，内阻大于50kΩ。利用微机智能化测量克服了传统保护中绕组正负极灵敏度不均匀的缺点，能准确计算出转子对地的绝缘电阻值，范围可达200 kΩ。转子分布电容对测量无影响，电机启动过程中转子无电压时保护并不失去作用。保护引入转子负极与大轴接地线。
定值整定：Rg为接地故障发信定值（整定范围1Ω—100kΩ）；Tyd为保护动作延时（整定范围1s—10s）。
2.2.2两点接地保护
保护原理：反映定子电压中二次谐波“负序”分量，此分量是由转子绕组不对称匝间短路时含二次谐波的磁场以同步转速正向旋转而在定子绕组中生成。保护受一点接地保护闭锁，发生一点接地时保护自动投入。保护引入机端三相电压。
定值整定：Uld为二次谐波电压动作值（整定范围0—10V）：Uld=Kk×Ubpn，Ubpn为额定负荷下二次谐波电压实测值，Kk为可靠系数，可取2.5—3；Tld为保护动作延时（整定范围0.1s—2s），为增加可靠性而设。
3.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，2015.
[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，2016,(5)：12-14．
论文作者:丁志红
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/18
标签：转子论文; 绕组论文; 电阻论文; 发电机论文; 故障论文; 两点论文; 定值论文; 《电力设备》2018年第19期论文;