宁海电厂转子接地保护改造及应用

金金铭

神华浙江国华浙能发电有限公司 浙江 宁海 315612

前言

机组转子绝缘损坏时引起的励磁回路接地故障是发电机常见的故障,转子一点接地对发电机并不会造成直接危害,但发现后如果不及时处理而发展成为转子两点接地故障,会使发电机转子电流增大,烧损转子;气隙磁场的对称性遭到破坏,使无功出力降低,同时还会导致发电机剧烈震动。所以,准确地检测转子一点接地是避免发生两点接地而造成严重故障的前提。

微机转子接地保护装置具有长记忆特性和强大的数据处理能力,为机组励磁回路一点和两点接地新的保护方案提供了有力的保障,其优点是功能完善、使用及维护方便、智能化程度高、体积小、适应一次系统灵活性大,目前已成为转子接地保护的主要保护方式。

1 原转子接地保护描述

1.1 原理描述 原转子一点接地保护装置采用ABB励磁自带的UNS3020电磁式保护装置,保护装置采用惠斯通电桥原理,出口方式为一段动作经延时报警,二段动作经延时跳闸。

该保护装置具有两级保护,一级用来对轻微的转子接地发出警报,另一级则对严重的转子接地发出跳闸指令。UNS 3020型转子接地保护装置具有自检功能,用来检测该装置所有电子线路工作是否正常。

该装置采用惠斯通电桥原理,四条桥臂分别为:

＜1＞第一桥臂为转子绕组与大轴接地之间的分布电容CR加上隔离电容Ck1和Ck2(正常情况下Ck1和Ck2远大于CR)。

＜2＞第二桥臂为匹配电容CX支路。

＜3＞第三、第四桥臂为2路高值电阻R支路。

说明:测量桥由一个外部的辅助交流电源供电,当电桥平衡时,则电桥输出电势非常小,即当此电桥满足式(1)时平衡。

当发电机转子绕组发生接地故障时,电桥平衡被打破,其输出电势上升,根据U+值的大小决定发出报警(Stagel alarm)或跳闸(Stage 2 trip)。

1.2 UNS 3 0 2 0保护装置存在的缺点及相关原因描述 UNS 3020电磁式保护装置的缺点:

(1)保护的定值由元器件焊接确定,定值修改和校验比较困难。

(2)保护装置不具有事件记录功能,不利于对故障的事后分析。

(3)当接近转子绕组中点位置发生接地故障时灵敏度较低,对机组的稳定运行会产生危害。

(4)只具有转子一点接地保护功能。

(5)在发电机转子静止时该装置将被闭锁,不能起到保护的作用。

(6)转子一点接地保护容易误发信和误动,使用该保护装置的机组曾多次出现误发信和误动情况(已经有许多电厂出现此类情况)。

其中,出现转子接地保护误发信和误动的主要原因是:接地碳刷与大轴由于油污或灰尘聚集造成接触不良,导致惠斯通电桥的被测桥臂断开,使电桥严重不平衡,出现转子绕组对大轴的绝缘下降(即Rg下降)、电桥两端电压升高的现象,导致达到报警值和跳闸值。

2 RCS-985RE保护装置转子接地保护描述

2.1 原理描述 南瑞继保RCS-985RE型保护装置采用的是直流双端注入式转子接地保护原理,从转子绕组的正负两端与大轴之间注入一个低频方波电源,注入电源的切换周期可根据转子绕组对地电容的大小进行调整,实时求解转子一点接地电阻。保护能反映发电机转子对大轴绝缘电阻的变化,当测得转子接地电阻Rg小于整定值,转子一点接地保护动作,经延时后自动(也可以手动)投入转子两点接地保护,当接地位置α改变达到一定值时判为转子两点接地,动作于跳闸。

其中Rx为测量回路电阻,Ry为注入大功率电阻(通常其阻值为47kΩ),US为注入电源模块,Rg为转子绕组对大轴的绝缘电阻,Ur为转子电压。

2.2 优点描述

(1)保护装置既具有转子一点接地保护又具有转子两点接地保护功能,保护功能比较齐全。

(2)具有智能化人机对话操作界面,能够从液晶显示面板上查看时间、转子电压、外加电源电压、转子对大轴绝缘电阻(R g)和转子一点接地位置(α)。保护定值为数字式设定,定值更改和校验比较简单。

(3)具有故障录波功能,可以记录最近8次故障录波报告。

(4)转子接地电阻的计算与接地位置无关,保护没有死区。转子接地电阻的计算精度高,注入电源采用自适应方波频率调整技术,能够根据转子绕组对地电容的大小,大范围自适应调整注入方波电源的频率,可准确测量转子一点接地位置。

(5)转子接地电阻的计算与励磁电压的大小无关。由于采用了自适应有源切换技术,在未加励磁电压的情况下,也能监视转子的绝缘情况,起到对绝缘老化的监视作用。

(6)在外加电源电压小于80%的正常电压时,瞬时闭锁转子一点接地保护,并延时10s报外加电源故障异常。此外,在外加电源电压发生波动时,能够闭锁转子一点接地保护。

(7)接线方式灵活,可以根据机组的不同,实现双端和单端注入的方式转换,满足不同的转子接地保护要求。

3 改造的意义

瑞士 ABB公司生产的UNS 3020型转子接地保护装置,从投入使用以来曾在许多电厂造成了多起误动事故。改造后所使用的南瑞继保的RCS-985RE装置克服了许多原来保护所存在的缺点,对机组长期稳定运行提供了有力的条件。

4 结束语

南瑞继保RCS-985RE型发电机转子接地保护装置具有较高的可靠性,克服了ABB励磁自带的UNS 3020电磁式保护装置的很多缺点。保护定值为数字式设定;定值更改和校验比较简单;具有故障录波功能,可以记录最近8次故障录波报告;转子接地电阻的计算与接地位置无关,保护没有死区;转子接地电阻的计算与励磁电压的大小无关,可准确测量转子一点接地位置;接线方式灵活。新的保护有效保证了机组长期可靠运行。