乒乓式转子接地保护误发信分析及处理

李 波，陈 强，曹 钢，张 伟

(雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051)

乒乓式转子接地保护误发信分析及处理

李 波，陈 强，曹 钢，张 伟

(雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051)

介绍了乒乓式转子接地保护原理，分析其误发信的可能原因，通过排除法找出大轴接地碳刷接地缺失、大轴接地碳刷刷握与大轴之间距离过大、乒乓式转子接地保护采样电阻损坏等问题，采取了针对性的处理措施，并提出日常维护重点及运行方式建议。

转子接地保护；误发信；接地碳刷；采样电阻

0 引言

目前，国内大中型水电站广泛采用了注入式转子接地保护和乒乓式转子接地保护。由于这2种保护的原理不同且不允许2套装置同时运行，乒乓式转子接地只能保护加励磁运行状态，注入式转子接地可保护任何运行状态，因此大多数电厂为了避免开停机的频繁切换，运行时一般投入注入式转子接地保护装置，而使乒乓式转子接地保护装置处于备用状态。此时，若注入式转子接地出现故障，乒乓式转子接地保护装置的可靠性将是未知状态。以下通过对乒乓式转子接地误发信的原因分析、故障查找及处理，提出转子接地保护在设计、安装调试、运行维护期间需要重点关注的问题。

1 乒乓式转子一点接地保护装置简介

1.1 装置原理

设在转子绕组的K点处发生经对地电阻Rg的一点接地故障。K点到转子正电压端的绕组匝数占转子总绕组匝数的百分比，即短路点位置为α；S1和S2为2个电子开关，由时钟脉冲控制其轮流导通(约1次/s)。转子绕组上的电压U和S1，S2两端的电压U1，U2为保护装置的测量值。由于短路点位置α和对地绝缘电阻Rg是2个未知数，2种状态下列出2个方程进行联列求解,可得出转子接地位置α以及转子接地电阻Rg。当满足Rg小于Rzd(接地保护定值)时，保护装置发信。其原理如图1所示，原理表达式见式(1)，(2)。

1.2 装置性能

保护范围包括转子绕组及其与励磁装置可控硅之间的电缆、转子绕组至保护之间的电缆、碳刷、集电环等励磁回路。

当发生转子回路一点接地故障时，发电机转子回路正对地电压和负对地电压不平衡。当接地电阻降低至整定值时，转子接地保护告警，装置显示转子接地电阻Rg以及接地位置α。

图1 乒乓式转子一点接地保护原理

2 乒乓式转子接地误发信现象

某水电站6台机组，单机容量均为600 MW，总装机容量3 600 MW。转子接地保护装置为国电南瑞科技股份有限公司的RCS-985RS/RE型产品，配置有注入式转子接地和乒乓式转子接地保护装置，均投一点接地信号。

4号机转子接地保护运行方式为乒乓式转子接地，2013-12-05T08:09监控上报“4号机故障录波启动告警”、“4号机组发电机乒乓式转子一点接地动作”、“4号机组发电机乒乓式转子一点接地保护装置报警”，并瞬间复归。现场检查4号机组乒乓式转子接地保护装置接地电阻无规律波动，乒乓式保护装置励磁电压显示异常。实际测量励磁电压正常，大轴对地电压24 V，将其运行方式把手分别切至转子绝缘监测和注入式转子接地保护，装置均运行正常，无异常告警。

3 误发信原因查找及分析

3.1 误发信的可能原因

通过对保护原理的分析可知，导致转子接地报警的可能原因有：发电机励磁回路发生瞬间接地、励磁电压异常、测量回路异常、一点接地保护装置异常、大轴接地回路(大轴接地碳刷及所连接的电缆)异常、转子接地保护二次回路绝缘降低等。

3.2 排查分析

(1) 通过对故障录波数据的分析，未发现励磁变低压侧接地现象。由于在转子接地电阻波动时，测量励磁电压正对地、负对地均正常；将运行方式切换至注入式转子接地，装置运行正常、无波动现象。因此，可排除励磁回路发生瞬间接地、励磁电压异常的可能。

(2) 由于大轴对地电压的存在，所以怀疑接地碳刷接地不良。停机后对转子大轴接地内外回路检查时发现接地碳刷磨损严重，积累大量碳粉；进一步检查发现接地碳刷没有接地点。

当机组静止状态时，推力头和镜板间未形成油膜，大轴通过轴瓦与油箱形成接地，所以此时测量大轴对地电阻很小；当启机后，推力头和镜板之间形成油膜，此时转轮与水流介质形成接地，接地电阻很大。由此可见，大轴未直接接地问题较为隐蔽，若不将接地碳刷和大轴分离后仔细测量对地电阻，则不易发现。

(3) 由于不能排除乒乓式转子接地保护装置异常、测量回路存在问题等原因，因此对其回路及装置采样进行检查，结果发现采样电阻R损坏。

3.3 原因分析

(1) 大轴接地碳刷刷握与大轴之间距离过大，碳刷松动造成磨损过大，有较多碳粉堆积，与大轴接触不良，造成转子接地保护装置计算存在误差。

(2) 大轴接地碳刷未接地，存在轴电压，产生泄漏电流，影响采样，造成保护装置计算误差。

(3) 乒乓式转子接地保护装置采样电阻损坏。根据式(1)可以看出由于电阻损坏，U1，U2变化，将影响保护装置采样和计算。

4 处理及效果

(1) 调整刷握与大轴距离。将大轴接地碳刷刷握与大轴之间的距离调整至13 mm，并固定牢靠。

(2) 加装接地线。大轴接地碳刷安装在水车室内下导油箱下面的支撑柱上，在水车室内墙壁上就近敷设一根接地铜排，从接地碳刷引出一根接地线至接地铜排，接入接地网，使大轴可靠接地。

(3) 更换电阻R。更换乒乓式转子接地保护装置中已损坏的采样电阻R。

通过以上3项改进措施，大轴接地碳刷磨损减小，大轴接地良好，轴电压消失，乒乓式转子接地保护装置运行稳定，再也没有出现误发信情况。

5 结束语

此次乒乓式转子接地保护误发信原因，既包括大轴接地碳刷接地点的漏设计问题、大轴接地碳刷刷握与大轴之间距离过大的安装问题、保护采样电阻质量不可靠的设备问题，也包括日常维护质量方面的问题，因而必须从以下几方面加以改进。

(1) 完善检修项目。通过乒乓式保护装置的采样、接地试验，端子紧固，全面检查回路的完整性和装置的可靠性，并新增大轴接地电阻测量、乒乓式转子接地保护采样电阻值测量、大轴接地碳刷磨损情况统计等工作项目。

(2) 调整运行方式。由于转子接地保护原理的限制，对同时配置注入式转子接地保护、乒乓式转子接地保护的机组，正常运行时只能投入1套，因此应定期轮换，保证设备的可靠运行。

(3) 把好设备设计、安装验收关。大轴接地碳刷无接地事故警示电厂技术人员，必须在机组设计、安装及验收各个阶段，把好质量关，防止新设备“带病”投产的情况发生。

1 陈  俊，王  光，严  伟，等．关于发电机转子接地保护的几个问题的探讨[J]．电力系统自动化，2008(1)．

2 李义民．135 MW和330 MW空冷发电机转子接地故障的检查及处理[J]．电力安全技术，2013(3)．

陈  强(1985-)，男，助理工程师，主要从事发电厂继电保护工作。

曹  钢(1985-)，男，助理工程师，主要从事发电厂继电保护工作。

张  伟(1986-)，男，助理工程师，主要从事发电厂继电保护工作。

2014-12-22；

2015-02-29。

李  波(1986-)，男，助理工程师，主要从事发电厂继电保护工作，email：116201306@qq.com。