浅析RCS-985中的发电机乒乓式转子接地保护
摘要：针对我厂使用的RCS-985发电机-变压器组保护中的乒乓式转子接地保护，从转子接地的故障危害、乒乓式转子接地保护优缺点、基本原理、调试和转子一点接地和两点接地的现象和处理方法各个方面对乒乓式转子接地保护进行浅析。
关键词：乒乓式转子接地保护；转子一点接地；转子两点接地
1、前言
发电机在长期运行过程中，由于转子内部受潮、冷却介质泄漏、绝缘老化以及机械振动等诸多方面的原因，容易造成转子对地绝缘水平的降低进而引发转子接地故障。当转子发生一点接地故障时，虽然不会对发电机本身造成直接的危害，但若再相继发生两点接地，则将严重威胁发电机的安全。针对发电机转子接地故障，我厂装设的保护为发电机乒乓式转子接地保护（RCS-985发电机-变压器组保护），正常运行情况下一点接地保护投入，而两点接地保护退出。
2、发电机转子接地故障的危害
2.1 转子一点接地的危害
发电机转子一点接地故障是常见的故障形式之一，发生一点接地故障时励磁绕组与地之间尚未形成电气回路，转子的励磁电压和流过转子的转子电流受到的影响很小，所以并不对发电机造成危害，此时可通过转移负荷，平稳停机后再检查故障。
2．2 转子两点接地的危害
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（1）破坏发电机气隙磁场的对称性，使气隙磁场发生畸变，气隙磁通失去平衡，引起发电机剧烈振动，使电机损坏、无功出力降低。汽轮发电机励磁回路两点接地还可引起轴系和汽机磁化，后果严重。若装有横差保护，还会引起其误动，因此，转子一点接地保护动作后要将横差保护加上一个短的延时，防止误动。
（2）两点接地造成非短路的绕组电流增大，如果流过转子本体的短路电流大(通常以l 500 A为界限)，热效应烧损转子的同时还会使转子发生缓慢变形，造成偏心，加剧振动。另外，还可能损坏其他励磁装置，导致失磁故障，危及发电机和系统的安全。为确保发电机的安全运行，当发电机转子绕组发生一点接地时，应发出信号，运行人员立刻进行处理；若发生两点接地应立即停止发电机的运行。因此，发电机装设转子一点和两点接地保护是非常必要的。
3、乒乓式转子接地保护的优缺点
3．1 乒乓式转子接地保护的优点
目前的励磁回路一点接地保护主要有：电桥式、叠加直流电压式、叠加交流电压式和乒乓式等不同原理的保护。其中，乒乓式保护是一种简单有效的保护原理。乒乓式一点接地保护能测出一点接地位置和过渡电阻大小，相对其它保护灵敏度较高，且其灵敏度不随接地点的位置而变化。由于保护反映的是直流分量，且有一定时间延时躲开关切换的暂态过程，因此与励磁回路对地分布电容无关。
3．2 乒乓式转子接地保护的缺点
乒乓式两点接地保护是基于故障位置偏差判据的，一点接地故障后启动该判据，当测得的接地点位置变化值超过整定阈值时，则确认为已发生两点接地故障。但是开关切换过程中过渡电阻的变化会使接地点位置的计算产生误差，造成一定的接地点位置变化，从而对两点接地的判断产
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生影响，将会影响保护动作性能，有可能导致两点接地保护误动。此外，该保护还存在两个重要的缺陷：无法判别同时两点接地和一点接地紧接第二点接地；当第一接地点位于绕组端侧时保护无输出，此时两点接地保护具有100%的死区。
4、乒乓式转子接地保护原理简单分析
4．1 转子一点接地保护原理
检测检测
乒乓式转子一点接地保护原理分析图
S1、S2是两个电子开关，由时钟脉冲控制它们的状态为：S1闭合时S2打开，S2闭合时S1打开，两者像打乒乓球一样循环交替地闭合又打开，因此称之为乒乓式转子一点接地保护。
图中E为发电机励磁电压，正实数a反应转子绕组接地的位置，0≤a≤1，而当励磁绕组经电阻Rg1发生一点接地短路时，励磁电势等效为aE和（1-a）E，电阻R为高阻，R1为低阻；装置在乒乓切换过程中所对应的两中工作状态下，取样电阻R1上的电压分别为U1和U1’，考虑
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此过程中励磁电压的变化，假设该电压分别为E和E’。
在转子绕组没有接地故障时，图1中的Rg1不存在，取样电阻R1上电压为零，装置检测转子回路绝缘良好。假设转子回路绝缘发生损坏，假如在A点发生一点接地，保护装置通过控制电子开关的导通和关断改变电路结构参数，然后测量转子励磁电压和取样电阻R1上的电压的大小，通过网孔方程，求解Rg1和a。
当S1导通，S2关断时，假设此时转子励磁电压为E，取样电阻R1上的电压为U1，则：
aE=（R+R1+Rg1）I1-（R1+Rg1）I2 (1)
(1-a)E=（2R+R1+Rg1）I2-（R1+Rg1）I1 (2)
U1=R1（I1-I2） (3)
当S2导通，S1关断时,
aE’=（2R+R1+Rg1）I1’-（R1+Rg1）I2’ (4)
(1-a)E’=（R+R1+Rg1）I2’-（R1+Rg1）I1’ (5)
U1’=R1(I1’-I2’) (6)
联合以上方程可解得，
Rg1＝ER1/(3△U)–R1-2R/3 （7）
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a=1/3+U1/(3△U) （8）
△U=U1-EU1’/E' （9）
通过上述计算可以确定发生励磁绕组一点接地故障时，接地过渡电阻的大小Rg1和故障位置a。
4．2 转子两点接地保护原理
△检测检测
转子一点接地时，根据切换采样式一点接地保护计算出接地点的a值，若发生转子两点接地，测得的a值有变化，转子两点接地保护的动作方程为：△a=aop
式中△a——转子绕组2个接地点之间的电气距离百分数，
△a=|a1-a2|；
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aop——转子两点接地位置变化的整定值。
aop可整定为5％～10％。为防止瞬间转子两点接地故障时保护误动，动作延时可取0．3s。
5、RCS-985转子接地保护调试
5．1 RCS-985转子接地保护调试原理接线
正极正极对地电压测量元件大轴地线＋调试仪电源试验端子Ω负极负极对地电压测量元件
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转子电压正端转子电压负端转子大轴转子一点接地实验转子电压正端转子电压负端
RCS-985转子接地保护调试原理接线图
5．2 RCS-985转子接地保护调试内容
5．2．1 转子一点接地试验内容
合上转子电压输入开关，从相应屏端子外加直流电压220V，将试验端子（２０kΩ）与电压正端短接，测得试验值＿kΩ，将试验端子与电压负端短接，试验值＿kΩ。
5．2．2 转子两点接地试验内容
转子一点接地保护，动作于报警时，不需通过压板控制。而动作于跳闸，需经压板控制。
从屏端子外加直流电压220V，将试验端子与电压正端短接，测得试验值＿kΩ，转子一点接地保护发出报警信号，延时15S左右后，装置发出转子两点接地保护投入信号，在发电机TV1加二次谐波负序电压＿V，将大轴输入端与电压负端短接，保护延时动作于出口。
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转子两点接地保护不采用自动投入方式，建议在一点接地稳定后手动经压板投入；转子接地保护运行只能投入一套，转子电压不能同时进入两套保护。
在装置上电重启时，转子电压输入闸刀需处于断开状态，装置“运行”灯亮后合上一套装置的转子电压输入刀闸。
6、发电机转子接地的现象及处理
6．1 转子一点接地的现象及处理
发电机发生转子一点接地时，中央信号警铃响，“发电机转子一点接地”光字牌亮，表计指示无异常。转子回路一点接地时，因一点接地不形成电流回路，故障点无电流通过，励磁系统仍保持正常状态，故不影响机组的正常运行。此时，应检查“转子一点接地”保护信号是否能够复归。若能复归，则为瞬时接地；若不能复归，应检查转子一点接地保护是否正常，若正常，则可利用转子电压表通过切换开关测量正、负极对地电压，鉴定是否发生了接地。若发现某极对地电压降到零，另一极对地电压升至全电压(正、负极之间的电压值)，说明确实发生r一点接地。运行人员应按下列步骤处理：
a)检查励磁回路是否有人工作，如系工作人员引起，应予以纠正；
b)检查励磁回路各部位有无明显损伤或因脏污接地，若因脏污接地应进行吹扫；
C)对有关回路进行详细外观检查，必要时轮流停用整流柜，以判明是否由于整流柜直流回路接地引起；
d)检查区分接地是在励磁回路还是在测量保护回路；
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e)若转子接地为一点稳定金属性接地，且无法查明故障点，除加强监视机组运行外，在取得调度同意后，将转子两点接地作用于跳闸，并
申请尽快停机处理；
f)转子带一点接地运行时，若机组又发生欠励磁或失步，一般可认为转子已发展为两点接地，这时转子两点接地保护动作跳闸，否则应立即人为停机。
6．2 转子两点接地的现象及处理
当转子发生两点接地时，转子电流表指示剧增，转子和定子电压表指示降低，无功功率表指示明显降低，功率因数提高甚至进相，“转子一点接地”光字牌亮，警铃响，机组振动较大。严重时，可能发生发电机失步或失磁保护动作跳闸。两点接地时，转子电流增加很多，造成励磁回路设备过热甚至损坏。如果其中一点接地发生在转子绕组内部，部分转子绕组也要出现过热。另外，转子两点接地使磁场的对称性遭到破坏，故机组产生强烈振动，特别是两点接地时除发生刺耳的尖叫声外，发电机两端轴承间隙还可能向外喷带火苗的黑烟。为此，发电机发生转子两点接地时，应立即紧急停机。如果“转子一点按地”未发信号，由于转子层间短路引起机组振动超过允许值或转子电流明显增大时，应立即减小负荷，使振动和转子电流减少至允许范围。经处理无效时，根据具体情况申请停机。
七、结束语
发电机转子一点接地故障是常见的故障形式之一，为了保证电厂的安全生产正常运行，作为电厂继保人员必须掌握转子接地保护的基本原理，熟悉发生转子接地故障的现象和处理方法，全力避免发生转子两点接地故障。
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参考文献：
[1]张保会，尹项根．电力系统继电保护[M]．北京：中国电力出版社，2005·
[2]王维检.电气主设备继电保护原理与运用.2版.北京：中国电力出版社，2002.
[3]电力系统继电保护实用技术问答/国家电力调度通信中心编.-2版.北京：中国电力出版社，1999.11
[4]南京南瑞继保电气有限公司RCS-985系列大型水轮发电机变压器成套保护装置技术使用说明书
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