一起发电机转子接地保护的动作行为分析

2012-11-15许宏伟

浙江电力 2012年2期

许宏伟

（浙江浙能嘉兴发电有限公司，浙江平湖 314201）

随着发电机组单机容量的增大，灵敏度偏差较大的注入直流电压型保护和受转子对地电容影响的注入正弦波交流电压型保护逐步被淘汰，转而采用了相对稳定成熟的切换采样（乒乓）式和注入低频方波电压型保护。为避免大机组转子2点接地所造成的巨大损伤，许多机组已将转子1点接地保护投入跳闸。

1 保护动作及处理过程

某发电厂的机端自并励型300 MW发电机配置了国产微机型发变组保护，转子1点接地保护选用双端注入方波式原理，方波周期设定为1 s，采样值经CPU板和MON（监测）板双A/D转换，跳闸出口判据为2取2，保护报警定值为10 kΩ延时2 s，跳闸定值为1 kΩ延时2 s。

2010年12月12 日，机组升负荷过程中发电机转子1点接地保护动作跳闸。故障前机组负荷216 MW，励磁电压200.1 V。保护装置的故障信息记录如下：

11:06:48.078，转子1点接地保护启动；11:07:14.601，转子1点接地 TJ3跳闸出口3；11:07:28.880，转子1点接地保护启动；11:07:33.980，转子1点接地 TJ3跳闸出口3；11:07:48.260，转子1点接地 TJ3跳闸出口3；11:07:56.420，转子1点接地保护启动；11:08:01.521，转子1点接地TJ3跳闸出口3（与MON板同时动作致保护出口）。

上述记录中，前2次因MON板没有同时动作，保护未出口，最后1次CPU板、MON板同时动作，出口跳闸。记录显示动作时的泄漏电流IX为4.95 mA（正常运行时应小于0.2 mA），查故障录波器中转子1点接地保护开关量、转子绕组正负极电压、定子电流、定子电压、转子电流等波形均正常，但转子绕组正极对地、负极对地波形电压仅约2 V，为无效值，因此判断故障录波器采样板有故障。

检查一次设备外观正常，测得绝缘数据为：发电机转子180 MΩ，直流进线铜排及励磁调节器0.5 MΩ，励磁变压器低压侧三相对地1 000 MΩ，均为合格；二次回路正常，3次模拟试验保护均正确动作。发电机空载升压后，保护装置采样显示接地电阻285 kΩ，α（1点接地位置）28%，测量转子绕组电压为107 V，正极对地92 V，负极对地15 V，但正、负极对地电阻不平衡。经排查系因故障录波器分压电阻板正极对地有电阻脚虚焊（该机组故障录波器直接采集转子绕组对地电压）。处理后，α为51%，转子绕组电压正极对地58 V，负极对地49 V。

鉴于原因不能完全确认，最终电厂将保护动作由跳闸改为信号，同时解除故障录波器中转子绕组电压采集回路，保护运行正常。

2 原因分析

双端注入方波电压的转子接地保护原理见图1，其中 RK1，D1，RK2，D2部分为故障录波采集回路，RK1及RK2的阻值为800 kΩ。原理是通过测量方波电压分别为正、负时的回路电流i和i′，计算接地电阻Rg：

图1 双端注入方波电压转子接地保护原理

式（1）是假定方波电压在正、负变化1个周期内转子电压不变，接地位置α不变。同时为消除接地电容cg的影响，在Us通过Rc和Rg对cg的充放电过程中，要对测量数据作滤波处理，即保护要在i和i′达到稳态情况下才按式（1）计算接地电阻。一般大机组转子对地电容约为1～2 μF，回路充放电时间常数不到0.1 s，远小于方波电压Us的周期。因此，正常情况下保护能够较好地消除转子对地电容及直流干扰电压的影响。

在保护动作后再次启动机组时，发现故障录波器RK1电阻脚虚焊，引起了正、负极对地电压的偏移，即α为28%，而正常时约为50%，因此可以判断保护动作时RK1电阻脚正在由导通转为断开，而式（1）成立的前提是i和i′平稳，正、负半波α不变；当RK1电阻脚虚焊引起采集回路在导通与断开间变化时，α在28%和50%间变化，Rg和cg两端电压也在变化，cg不断被充放电，当其变化频率与回路充放电时间及方波电压周期接近时，i和i′就无法达到稳定状态，由此测量计算出的接地电阻实际上是Rg和cg的并联阻抗，其数值必将小于真实的Rg。当变化频率“合适”时，计算出的电阻值甚至可能接近零。针对一阶线性电路的动态过程，近似计算式如下：

当RK1接通时：

当RK1断开时：

式中：i为测量电流；us为方波电压；u0为cg两端初始电压；r为电路电阻，可近似等于Rm+Rc/2；α′ur为因α偏移而加在cg两端的转子电压。

显然，此时i完全不同于式（1）中的衰减指数函数，估算其最大瞬时值可达5.87 mA。

结合图1，可以看出电阻RK1断开与接通引起α的变化（即cg两端电压的变化量）与电阻RK1和Rg的相对大小有关，当RK1≪Rg时，α变化接近于50%，对保护的电流测量影响较大；当RK1≫Rg时，α变化接近于0，对保护的电流测量几乎没有影响。而该厂转子绕组连同励磁回路（断开故障录波器）的绝缘电阻为0.5 MΩ，接近于RK1即800 kΩ。此时电阻RK1断开与接通的过程类似于转子绕组间隙性对地放电的现象。

保护装置制造厂技术人员现场协助检查分析后，认为保护动作的原因是一次回路某处有间歇性击穿放电，或是整流柜交流侧（励磁变压器低压侧）有短时对地绝缘击穿的情况，如果是暂时的绝缘击穿，在保护动作、恢复绝缘后就不会再表现为接地。笔者认为，故障录波器中的电阻RK1在接通和断开过程中使转子对地电容不断充放电，造成保护装置测量电流变化的情况值得探讨。