論文：水電機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)方案

1、<p>　　構(gòu)皮灘600MW水電機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)方案</p><p>　　摘要：本文分析了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)應(yīng)用在大型水電機(jī)組上的不足之處，在此基礎(chǔ)上介紹了構(gòu)皮灘600MW水電機(jī)組注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的配置方案，闡述了其保護(hù)原理及特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際模擬轉(zhuǎn)子一、兩點(diǎn)接地保護(hù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，證明了該保護(hù)的靈敏度與可靠性，實(shí)現(xiàn)了不受發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況影響的轉(zhuǎn)子絕緣檢測(cè)。</p><p>　　關(guān)鍵

2、詞：構(gòu)皮灘發(fā)電廠；大型水電機(jī)組；注入式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)；轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地；轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　構(gòu)皮灘發(fā)電廠是烏江干流梯級(jí)第五級(jí)電站，總裝機(jī)容量3000MW（5臺(tái)600MW水輪發(fā)電機(jī)組），設(shè)計(jì)年發(fā)電量96.67億千瓦時(shí)。</p><p>　　隨著我國(guó)電力工業(yè)的不斷發(fā)展，水電機(jī)組正朝著大型和超大

3、型方向發(fā)展，600MW及以上的水電機(jī)組不斷涌現(xiàn)。大型水電機(jī)組具有發(fā)電成本低的優(yōu)點(diǎn)，但機(jī)組本身造價(jià)較高，非正常停機(jī)損失大，對(duì)機(jī)組保護(hù)的靈敏度和可靠性提出了更全面的要求，要求其能在靜止、啟停、正常運(yùn)行等各種工況下均能準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)出故障。</p><p>　　轉(zhuǎn)子接地故障【1】是發(fā)電機(jī)常見(jiàn)的故障之一：轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地不會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)造成很大危害，但如相繼發(fā)生第二點(diǎn)接地故障，則將嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的安全。大型水電機(jī)組的轉(zhuǎn)子回路復(fù)雜

4、發(fā)生接地故障的概率極高，加之轉(zhuǎn)子額定電壓較高，如構(gòu)皮灘發(fā)電廠600MW水電機(jī)組的轉(zhuǎn)子額定電壓最高達(dá)475V（4、5號(hào)機(jī)），其轉(zhuǎn)子繞組的對(duì)地絕緣檢測(cè)應(yīng)更加引起重視。因此從安全的角度出發(fā)，必須在發(fā)電機(jī)中配置轉(zhuǎn)子接地保護(hù)。</p><p>　　構(gòu)皮灘發(fā)電廠采用RCS-985發(fā)電機(jī)注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)【2】，在RCS-985大型發(fā)電機(jī)變壓器成套保護(hù)裝置中，嵌入專用注入電源模塊，在機(jī)組未加勵(lì)磁電壓的情況下也能監(jiān)視轉(zhuǎn)子絕緣，并

5、采取自適應(yīng)有源切換技術(shù)，消除轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地電容的影響，在轉(zhuǎn)子繞組上任一點(diǎn)接地時(shí)，保護(hù)的靈敏度高且一致。</p><p>　　傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的不足之處</p><p>　　常規(guī)機(jī)組的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)一般集成在機(jī)組保護(hù)裝置內(nèi)，需通過(guò)長(zhǎng)高壓電纜將轉(zhuǎn)子電壓引入機(jī)組保護(hù)屏，增加了勵(lì)磁回路的復(fù)雜程度和故障幾率。</p><p>　　乒乓式（切換采樣式）轉(zhuǎn)子接地保護(hù)【1】原理，

6、由于其具有保護(hù)靈敏度高且一致、可測(cè)量轉(zhuǎn)子接地位置的優(yōu)點(diǎn)，而得到了廣泛應(yīng)用。但乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)功能，必須在發(fā)電機(jī)加上勵(lì)磁之后才能投入，缺乏無(wú)勵(lì)磁狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子絕緣監(jiān)測(cè)功能。此外，對(duì)于只引出轉(zhuǎn)子繞組一端的機(jī)組，由于轉(zhuǎn)子電壓無(wú)法引出，無(wú)法采用乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理。</p><p>　　因此，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)存在明顯弊端，不能滿足大型水電機(jī)組對(duì)保護(hù)的配置要求。</p><p>　　注入式發(fā)

7、電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理</p><p><b>　　保護(hù)新原理及原理圖</b></p><p>　　構(gòu)皮灘發(fā)電廠600MW水電機(jī)組采用雙端注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)【2】，在轉(zhuǎn)子繞組的正負(fù)兩端注入一個(gè)偏移方波電源，通過(guò)測(cè)量方波電壓兩種狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子泄漏電流，實(shí)時(shí)求解轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣電阻值，注入電壓由保護(hù)裝置自產(chǎn)，保護(hù)反映發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)大軸絕緣電阻的下降。圖1為雙端注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理

8、圖：</p><p>　　圖1雙端注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理</p><p>　　雙端注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)具有靈敏度高且一致，不受機(jī)組工況的影響，并可測(cè)量轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的位置，為故障排查提供參考。與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理相比，注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理最突出的優(yōu)點(diǎn)是在機(jī)組靜止或未加勵(lì)磁狀態(tài)下仍可正常工作。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)</b>

9、</p><p>　　在圖1中為測(cè)量回路電阻，為注入大功率電阻，Us為注入電源模塊，Rg為轉(zhuǎn)子繞組對(duì)大軸的絕緣電阻。一點(diǎn)接地設(shè)有兩段動(dòng)作值，靈敏段動(dòng)作于報(bào)警，普通段可動(dòng)作于信號(hào)也可動(dòng)作于跳閘。</p><p>　　普通段判據(jù)為： （1）</p><p>　　靈敏段判據(jù)為： （2）</p>

10、<p>　　上式中和分別為靈敏段電阻定值和普通段電阻定值。</p><p>　　轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)邏輯出口如圖2所示：</p><p>　　圖2轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)邏輯框圖</p><p>　　構(gòu)皮灘轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)定值整定為：=10kΩ，=1 kΩ，報(bào)警延時(shí)t=5s，跳閘延時(shí)t=1s。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)

11、接地保護(hù)</b></p><p>　　對(duì)于雙端注入方式，可測(cè)量轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)。若轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作于報(bào)警方式，當(dāng)轉(zhuǎn)子接地電阻Rg小于普通段整定值，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作后，經(jīng)延時(shí)自動(dòng)投入轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)，當(dāng)接地位置α改變達(dá)一定值時(shí)判為轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地，動(dòng)作于跳閘。兩點(diǎn)接地判據(jù)如下：</p><p><b>　?。?）</b><

12、/p><p>　　式（3）中的變量符號(hào)與圖1中的符號(hào)相對(duì)應(yīng)。</p><p>　　轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)邏輯出口如圖3所示：</p><p>　　圖3轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)邏輯框圖</p><p>　　構(gòu)皮灘轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)定值整定為：當(dāng)一點(diǎn)接地保護(hù)報(bào)警延時(shí)t=15s兩點(diǎn)接地保護(hù)自動(dòng)投入，發(fā)生兩點(diǎn)接地則瞬時(shí)跳閘，即跳閘延時(shí)t=0s。該保護(hù)在轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)報(bào)

13、警后，運(yùn)行人員轉(zhuǎn)移負(fù)荷的過(guò)程中遇轉(zhuǎn)子回路發(fā)生兩點(diǎn)接地時(shí)，對(duì)水電機(jī)組的保護(hù)起著極其重要的作用。</p><p><b>　　保護(hù)裝置的特殊功能</b></p><p><b>　　注入電源監(jiān)視功能</b></p><p>　　當(dāng)注入電源電壓小于80%的正常電壓時(shí)，瞬時(shí)閉鎖轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)，并延時(shí)10秒報(bào)注入電源異常。此外，在

14、注入電源電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，閉鎖轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)。</p><p><b>　　智能舉刷功能</b></p><p>　　裝置具有定時(shí)舉刷和手動(dòng)舉刷功能。可通過(guò)整定舉刷周期和舉刷時(shí)間，定時(shí)輸出一副舉刷接點(diǎn)；也可通過(guò)手動(dòng)投入舉刷壓板輸出一副舉刷接點(diǎn)。</p><p>　　當(dāng)手動(dòng)舉刷開(kāi)入時(shí)間超過(guò)5分鐘時(shí)，判為手動(dòng)舉刷開(kāi)入異常，裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)并瞬時(shí)收回

15、舉刷輸出，報(bào)警信號(hào)延時(shí)10S返回。</p><p><b>　　裝置閉鎖與報(bào)警</b></p><p>　?。?）當(dāng)CPU檢測(cè)到裝置本身硬件故障時(shí)，發(fā)出裝置閉鎖信號(hào)，閉鎖整套保護(hù)。硬件故障包括：內(nèi)存出錯(cuò)、程序區(qū)出錯(cuò)、定值區(qū)出錯(cuò)、讀區(qū)定值無(wú)效、光耦失電、DSP出錯(cuò)和跳閘出口報(bào)警等。</p><p>　?。?）當(dāng)CPU檢測(cè)到下列故障時(shí)（外加電源異常

16、、轉(zhuǎn)子電壓回路異常、手動(dòng)舉刷開(kāi)入異常、保護(hù)報(bào)警），發(fā)出裝置報(bào)警信號(hào)。</p><p>　　轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的雙重化配置</p><p>　　構(gòu)皮灘發(fā)電廠5臺(tái)發(fā)電機(jī)注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)均采用雙重化配置，分別配置兩套獨(dú)立的保護(hù)裝置，為了避免兩彈轉(zhuǎn)子保護(hù)之間相互影響，正常運(yùn)行時(shí)只投入其中一套，另一套作為冷備用，當(dāng)投入運(yùn)行的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作報(bào)警時(shí)，可切換到另一套保護(hù)，驗(yàn)證第一套保護(hù)的動(dòng)作行為，提高絕緣檢

17、測(cè)的可信度。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　RCS-985注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置已在構(gòu)皮灘發(fā)電廠5臺(tái)600MW水電機(jī)組上成功投入運(yùn)行，滿足了當(dāng)前大型水電機(jī)組對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的要求。它具有以下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）相比進(jìn)口注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，本方案的注入電源模塊更加簡(jiǎn)單可靠。</p>

18、<p>　?。?）采用自適應(yīng)有源切換技術(shù)，注入電源的頻率可自適應(yīng)調(diào)整，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)子繞組不同對(duì)地電容的大小，接地電阻和接地位置的測(cè)量不受轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地電容的影響。</p><p>　　（3）接地電阻的計(jì)算精度高，電阻測(cè)量誤差小于±5%，保護(hù)的靈敏度高達(dá)100kΩ。</p><p>　　（4）不受轉(zhuǎn)子電壓影響，轉(zhuǎn)子繞組不同位置接地時(shí)的靈敏度高且一致，能夠在未加勵(lì)磁電壓狀態(tài)下

19、，檢測(cè)轉(zhuǎn)子絕緣情況。</p><p>　　（5）采取雙端注入方式，可準(zhǔn)確追蹤接地故障位置，為故障檢查提供參考，并可根據(jù)一點(diǎn)接地位置的變化實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)功能。</p><p>　?。?）具有智能舉刷功能，用于控制舉刷裝置，實(shí)現(xiàn)無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)組轉(zhuǎn)子絕緣的定期檢測(cè)。</p><p>　　隨著構(gòu)皮灘發(fā)電廠水電機(jī)組相繼投如運(yùn)行，RCS-985注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置的準(zhǔn)確性及

20、可靠性將通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)一步得到論證。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用 [M]. 第二版.北京：中國(guó)電力出版社，2002. </p><p>　　[2]南京南瑞繼電保護(hù)電氣有限公司.RCS-985發(fā)電機(jī)注入式定子轉(zhuǎn)子接地保護(hù)技術(shù)說(shuō)明書(shū) Ver 1.00，2007.