论文：水电机组转子接地保护方案

构皮滩600MW水电机组转子接地保护方案摘要：本文分析了传统发电机转子接地保护应用在大型水电机组上的不足之处，在此基础上介绍了构皮滩600MW水电机组注入式转子接地保护的配置方案，阐述了其保护原理及特点，并结合实际模拟转子一、两点接地保护试验数据，证明了该保护的灵敏度与可靠性，实现了不受发电机运行工况影响的转子绝缘检测。关键词：构皮滩发电厂；大型水电机组；注入式发电机转子接地保护；转子一点接地；转子两点接地1 引言构皮滩发电厂是乌江干流梯级第五级电站，总装机容量3000MW（5台600MW水轮发电机组），设计年发电量96.67亿千瓦时。随着我国电力工业的不断发展，水电机组正朝着大型和超大型方向发展，600MW及以上的水电机组不断涌现。大型水电机组具有发电成本低的优点，但机组本身造价较高，非正常停机损失大，对机组保护的灵敏度和可靠性提出了更全面的要求，要求其能在静止、启停、正常运行等各种工况下均能准确可靠的检测出故障。转子接地故障【1】是发电机常见的故障之一：转子一点接地不会对发电机造成很大危害，但如相继发生第二点接地故障，则将严重威胁发电机的安全。大型水电机组的转子回路复杂发生接地故障的概率极高，加之转子额定电压较高，如构皮滩发电厂600MW水电机组的转子额定电压最高达475V（4、5号机），其转子绕组的对地绝缘检测应更加引起重视。因此从安全的角度出发，必须在发电机中配置转子接地保护。构皮滩发电厂采用RCS-985发电机注入式转子接地保护【2】，在RCS-985大型发电机变压器成套保护装置中，嵌入专用注入电源模块，在机组未加励磁电压的情况下也能监视转子绝缘，并采取自适应有源切换技术，消除转子绕组对地电容的影响，在转子绕组上任一点接地时，保护的灵敏度高且一致。2 传统发电机转子接地保护的不足之处常规机组的转子接地保护一般集成在机组保护装置内，需通过长高压电缆将转子电压引入机组保护屏，增加了励磁回路的复杂程度和故障几率。乒乓式（切换采样式）转子接地保护【1】原理，由于其具有保护灵敏度高且一致、可测量转子接地位置的优点，而得到了广泛应用。但乒乓式转子接地保护功能，必须在发电机加上励磁之后才能投入，缺乏无励磁状态下的转子绝缘监测功能。此外，对于只引出转子绕组一端的机组，由于转子电压无法引出，无法采用乒乓式转子接地保护原理。因此，传统发电机转子接地保护存在明显弊端，不能满足大型水电机组对保护的配置要求。3 注入式发电机转子接地保护原理3.1 保护新原理及原理图构皮滩发电厂600MW水电机组采用双端注入式转子接地保护【2】，在转子绕组的正负两端注入一个偏移方波电源，通过测量方波电压两种状态下的转子泄漏电流，实时求解转子对地绝缘电阻值，注入电压由保护装置自产，保护反映发电机转子对大轴绝缘电阻的下降。图1为双端注入式转子接地保护原理图：图1双端注入式转子接地保护原理双端注入式转子接地保护具有灵敏度高且一致，不受机组工况的影响，并可测量转子一点接地的位置，为故障排查提供参考。与传统转子接地保护原理相比，注入式转子接地保护原理最突出的优点是在机组静止或未加励磁状态下仍可正常工作。3.2 转子一点接地保护在图1中为测量回路电阻，为注入大功率电阻，Us为注入电源模块，Rg为转子绕组对大轴的绝缘电阻。一点接地设有两段动作值，灵敏段动作于报警，普通段可动作于信号也可动作于跳闸。普通段判据为： （1）灵敏段判据为： （2）上式中和分别为灵敏段电阻定值和普通段电阻定值。转子一点接地保护逻辑出口如图2所示：图2转子两点接地保护逻辑框图构皮滩转子一点接地保护定值整定为：=10k，=1 k，报警延时t=5s，跳闸延时t=1s。3.3 转子两点接地保护对于双端注入方式，可测量转子一点接地位置，进而实现转子两点接地保护。若转子一点接地保护动作于报警方式，当转子接地电阻Rg小于普通段整定值，转子一点接地保护动作后，经延时自动投入转子两点接地保护，当接地位置改变达一定值时判为转子两点接地，动作于跳闸。两点接地判据如下： （3）式（3）中的变量符号与图1中的符号相对应。转子两点接地保护逻辑出口如图3所示：图3转子两点接地保护逻辑框图构皮滩转子两点接地保护定值整定为：当一点接地保护报警延时t=15s两点接地保护自动投入，发生两点接地则瞬时跳闸，即跳闸延时t=0s。该保护在转子一点接地保护报警后，运行人员转移负荷的过程中遇转子回路发生两点接地时，对水电机组的保护起着极其重要的作用。3.4 保护装置的特殊功能3.4.1 注入电源监视功能当注入电源电压小于80%的正常电压时，瞬时闭锁转子一点接地保护，并延时10秒报注入电源异常。此外，在注入电源电压发生波动时，闭锁转子一点接地保护。3.4.2 智能举刷功能装置具有定时举刷和手动举刷功能。可通过整定举刷周期和举刷时间，定时输出一副举刷接点；也可通过手动投入举刷压板输出一副举刷接点。当手动举刷开入时间超过5分钟时，判为手动举刷开入异常，装置发出报警信号并瞬时收回举刷输出，报警信号延时10S返回。3.4.3 装置闭锁与报警（1）当CPU检测到装置本身硬件故障时，发出装置闭锁信号，闭锁整套保护。硬件故障包括：内存出错、程序区出错、定值区出错、读区定值无效、光耦失电、DSP出错和跳闸出口报警等。（2）当CPU检测到下列故障时（外加电源异常、转子电压回路异常、手动举刷开入异常、保护报警），发出装置报警信号。4 转子接地保护的双重化配置构皮滩发电厂5台发电机注入式转子接地保护均采用双重化配置，分别配置两套独立的保护装置，为了避免两弹转子保护之间相互影响，正常运行时只投入其中一套，另一套作为冷备用，当投入运行的转子接地保护动作报警时，可切换到另一套保护，验证第一套保护的动作行为，提高绝缘检测的可信度。5 结束语RCS-985注入式转子接地保护装置已在构皮滩发电厂5台600MW水电机组上成功投入运行，满足了当前大型水电机组对发电机转子接地保护的要求。它具有以下特点：（1）相比进口注入式转子接地保护，本方案的注入电源模块更加简单可靠。（2）采用自适应有源切换技术，注入电源的频率可自适应调整，适应现场转子绕组不同对地电容的大小，接地电阻和接地位置的测量不受转子绕组对地电容的影响。（3）接地电阻的计算精度高，电阻测量误差小于5%，保护的灵敏度高达100k。（4）不受转子电压影响，转子绕组不同位置接地时的灵敏度高且一致，能够在未加励磁电压状态下，检测转子绝缘情况。（5）采取双端注入方式，可准确追踪接地故障位置，为故障检查提供参考，并可根据一点接地位置的变化实现转子两点接地保护功能。（6）具有智能举刷功能，用于控制举刷装置，实现无刷励磁机组转子绝缘的定期检测。随着构皮滩发电厂水电机组相继投如运行，RCS