論文：水電機組轉(zhuǎn)子接地保護方案

1、<p>　　構(gòu)皮灘600MW水電機組轉(zhuǎn)子接地保護方案</p><p>　　摘要：本文分析了傳統(tǒng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護應用在大型水電機組上的不足之處，在此基礎上介紹了構(gòu)皮灘600MW水電機組注入式轉(zhuǎn)子接地保護的配置方案，闡述了其保護原理及特點，并結(jié)合實際模擬轉(zhuǎn)子一、兩點接地保護試驗數(shù)據(jù)，證明了該保護的靈敏度與可靠性，實現(xiàn)了不受發(fā)電機運行工況影響的轉(zhuǎn)子絕緣檢測。</p><p>　　關鍵

2、詞：構(gòu)皮灘發(fā)電廠；大型水電機組；注入式發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護；轉(zhuǎn)子一點接地；轉(zhuǎn)子兩點接地</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　構(gòu)皮灘發(fā)電廠是烏江干流梯級第五級電站，總裝機容量3000MW（5臺600MW水輪發(fā)電機組），設計年發(fā)電量96.67億千瓦時。</p><p>　　隨著我國電力工業(yè)的不斷發(fā)展，水電機組正朝著大型和超大

3、型方向發(fā)展，600MW及以上的水電機組不斷涌現(xiàn)。大型水電機組具有發(fā)電成本低的優(yōu)點，但機組本身造價較高，非正常停機損失大，對機組保護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、正常運行等各種工況下均能準確可靠的檢測出故障。</p><p>　　轉(zhuǎn)子接地故障【1】是發(fā)電機常見的故障之一：轉(zhuǎn)子一點接地不會對發(fā)電機造成很大危害，但如相繼發(fā)生第二點接地故障，則將嚴重威脅發(fā)電機的安全。大型水電機組的轉(zhuǎn)子回路復雜

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水電機組的轉(zhuǎn)子額定電壓最高達475V（4、5號機），其轉(zhuǎn)子繞組的對地絕緣檢測應更加引起重視。因此從安全的角度出發(fā)，必須在發(fā)電機中配置轉(zhuǎn)子接地保護。</p><p>　　構(gòu)皮灘發(fā)電廠采用RCS-985發(fā)電機注入式轉(zhuǎn)子接地保護【2】，在RCS-985大型發(fā)電機變壓器成套保護裝置中，嵌入專用注入電源模塊，在機組未加勵磁電壓的情況下也能監(jiān)視轉(zhuǎn)子絕緣，并

5、采取自適應有源切換技術，消除轉(zhuǎn)子繞組對地電容的影響，在轉(zhuǎn)子繞組上任一點接地時，保護的靈敏度高且一致。</p><p>　　傳統(tǒng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護的不足之處</p><p>　　常規(guī)機組的轉(zhuǎn)子接地保護一般集成在機組保護裝置內(nèi)，需通過長高壓電纜將轉(zhuǎn)子電壓引入機組保護屏，增加了勵磁回路的復雜程度和故障幾率。</p><p>　　乒乓式（切換采樣式）轉(zhuǎn)子接地保護【1】原理，

6、由于其具有保護靈敏度高且一致、可測量轉(zhuǎn)子接地位置的優(yōu)點，而得到了廣泛應用。但乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護功能，必須在發(fā)電機加上勵磁之后才能投入，缺乏無勵磁狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子絕緣監(jiān)測功能。此外，對于只引出轉(zhuǎn)子繞組一端的機組，由于轉(zhuǎn)子電壓無法引出，無法采用乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護原理。</p><p>　　因此，傳統(tǒng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護存在明顯弊端，不能滿足大型水電機組對保護的配置要求。</p><p>　　注入式發(fā)

7、電機轉(zhuǎn)子接地保護原理</p><p><b>　　保護新原理及原理圖</b></p><p>　　構(gòu)皮灘發(fā)電廠600MW水電機組采用雙端注入式轉(zhuǎn)子接地保護【2】，在轉(zhuǎn)子繞組的正負兩端注入一個偏移方波電源，通過測量方波電壓兩種狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子泄漏電流，實時求解轉(zhuǎn)子對地絕緣電阻值，注入電壓由保護裝置自產(chǎn)，保護反映發(fā)電機轉(zhuǎn)子對大軸絕緣電阻的下降。圖1為雙端注入式轉(zhuǎn)子接地保護原理

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

9、</p><p>　　在圖1中為測量回路電阻，為注入大功率電阻，Us為注入電源模塊，Rg為轉(zhuǎn)子繞組對大軸的絕緣電阻。一點接地設有兩段動作值，靈敏段動作于報警，普通段可動作于信號也可動作于跳閘。</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)子一點接地保護邏輯出口如圖2所示：</p><p>　　圖2轉(zhuǎn)子兩點接地保護邏輯框圖</p><p>　　構(gòu)皮灘轉(zhuǎn)子一點接地保護定值整定為：=10kΩ，=1 kΩ，報警延時t=5s，跳閘延時t=1s。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)子兩點

11、接地保護</b></p><p>　　對于雙端注入方式，可測量轉(zhuǎn)子一點接地位置，進而實現(xiàn)轉(zhuǎn)子兩點接地保護。若轉(zhuǎn)子一點接地保護動作于報警方式，當轉(zhuǎn)子接地電阻Rg小于普通段整定值，轉(zhuǎn)子一點接地保護動作后，經(jīng)延時自動投入轉(zhuǎn)子兩點接地保護，當接地位置α改變達一定值時判為轉(zhuǎn)子兩點接地，動作于跳閘。兩點接地判據(jù)如下：</p><p><b>　　（3）</b><

12、/p><p>　　式（3）中的變量符號與圖1中的符號相對應。</p><p>　　轉(zhuǎn)子兩點接地保護邏輯出口如圖3所示：</p><p>　　圖3轉(zhuǎn)子兩點接地保護邏輯框圖</p><p>　　構(gòu)皮灘轉(zhuǎn)子兩點接地保護定值整定為：當一點接地保護報警延時t=15s兩點接地保護自動投入，發(fā)生兩點接地則瞬時跳閘，即跳閘延時t=0s。該保護在轉(zhuǎn)子一點接地保護報

13、警后，運行人員轉(zhuǎn)移負荷的過程中遇轉(zhuǎn)子回路發(fā)生兩點接地時，對水電機組的保護起著極其重要的作用。</p><p><b>　　保護裝置的特殊功能</b></p><p><b>　　注入電源監(jiān)視功能</b></p><p>　　當注入電源電壓小于80%的正常電壓時，瞬時閉鎖轉(zhuǎn)子一點接地保護，并延時10秒報注入電源異常。此外，在

14、注入電源電壓發(fā)生波動時，閉鎖轉(zhuǎn)子一點接地保護。</p><p><b>　　智能舉刷功能</b></p><p>　　裝置具有定時舉刷和手動舉刷功能?？赏ㄟ^整定舉刷周期和舉刷時間，定時輸出一副舉刷接點；也可通過手動投入舉刷壓板輸出一副舉刷接點。</p><p>　　當手動舉刷開入時間超過5分鐘時，判為手動舉刷開入異常，裝置發(fā)出報警信號并瞬時收回

15、舉刷輸出，報警信號延時10S返回。</p><p><b>　　裝置閉鎖與報警</b></p><p>　?。?）當CPU檢測到裝置本身硬件故障時，發(fā)出裝置閉鎖信號，閉鎖整套保護。硬件故障包括：內(nèi)存出錯、程序區(qū)出錯、定值區(qū)出錯、讀區(qū)定值無效、光耦失電、DSP出錯和跳閘出口報警等。</p><p>　　（2）當CPU檢測到下列故障時（外加電源異常

16、、轉(zhuǎn)子電壓回路異常、手動舉刷開入異常、保護報警），發(fā)出裝置報警信號。</p><p>　　轉(zhuǎn)子接地保護的雙重化配置</p><p>　　構(gòu)皮灘發(fā)電廠5臺發(fā)電機注入式轉(zhuǎn)子接地保護均采用雙重化配置，分別配置兩套獨立的保護裝置，為了避免兩彈轉(zhuǎn)子保護之間相互影響，正常運行時只投入其中一套，另一套作為冷備用，當投入運行的轉(zhuǎn)子接地保護動作報警時，可切換到另一套保護，驗證第一套保護的動作行為，提高絕緣檢

17、測的可信度。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　RCS-985注入式轉(zhuǎn)子接地保護裝置已在構(gòu)皮灘發(fā)電廠5臺600MW水電機組上成功投入運行，滿足了當前大型水電機組對發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護的要求。它具有以下特點：</p><p>　?。?）相比進口注入式轉(zhuǎn)子接地保護，本方案的注入電源模塊更加簡單可靠。</p>

18、<p>　?。?）采用自適應有源切換技術，注入電源的頻率可自適應調(diào)整，適應現(xiàn)場轉(zhuǎn)子繞組不同對地電容的大小，接地電阻和接地位置的測量不受轉(zhuǎn)子繞組對地電容的影響。</p><p>　?。?）接地電阻的計算精度高，電阻測量誤差小于±5%，保護的靈敏度高達100kΩ。</p><p>　?。?）不受轉(zhuǎn)子電壓影響，轉(zhuǎn)子繞組不同位置接地時的靈敏度高且一致，能夠在未加勵磁電壓狀態(tài)下

19、，檢測轉(zhuǎn)子絕緣情況。</p><p>　?。?）采取雙端注入方式，可準確追蹤接地故障位置，為故障檢查提供參考，并可根據(jù)一點接地位置的變化實現(xiàn)轉(zhuǎn)子兩點接地保護功能。</p><p>　　（6）具有智能舉刷功能，用于控制舉刷裝置，實現(xiàn)無刷勵磁機組轉(zhuǎn)子絕緣的定期檢測。</p><p>　　隨著構(gòu)皮灘發(fā)電廠水電機組相繼投如運行，RCS-985注入式轉(zhuǎn)子接地保護裝置的準確性及

20、可靠性將通過現(xiàn)場實際應用進一步得到論證。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1]王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用 [M]. 第二版.北京：中國電力出版社，2002. </p><p>　　[2]南京南瑞繼電保護電氣有限公司.RCS-985發(fā)電機注入式定子轉(zhuǎn)子接地保護技術說明書 Ver 1.00，2007.