超超臨界機組發電機定子和轉子接地保護方案

第３２卷第２０期２００８年１０月２５日

電力系統自動化

陳俊，陳佳勝，張琦雪，嚴偉，沈全榮

（南京南瑞繼保電氣****，江蘇省南京市２１１１０２）

摘要：分析了傳統發電機定子和轉子接地保護應用在超超臨界機組上的不足，在此基礎上提出了更加完善的定子和轉子接地保護方案，建議採用注入式定子接地保護和注入式轉子接地保護原理，實現不受發電機執行工況影響的定轉子絕緣檢測。

關鍵詞：超超臨界機組；注入式定予接地保護；注入式轉子接地保護．

中圖分類號：ｔｍ７７１

０引言隨著電網容量的擴大、節能和提高機組效率的要求以及製造技術和材料質量的提高，發展超超臨界機組，發揮其在節能環保等方面的優勢，已成為火電今後發展的方向。近年來國內開始大量裝備超超臨界６００ｍｗ和１０００ｍｗ級火電機組。超超臨界機組電氣系統與超臨界機組相比，其優勢主要體現在有關裝置容量和電氣引數的增大等方面［１］，如機組容量增大、定子額定電壓公升高、定子電流增大、勵磁電壓公升高等。

發電機定子單相接地和勵磁迴路一點接地是發電機較為常見的電氣故障。超超臨界機組的單機造價昂貴，非正常停機損失大，定子額定電壓和轉子額定電壓高，其定子和轉子繞組的對地絕緣檢測應更加引起重視。

本文分析了傳統定子和轉子接地保護方案應用到超超臨界機組上的不足，提出了更加完善的發電機定子和轉子接地保護方案。

１超超臨界機組定子接地保護

１．１常規機組定子接地保護方案

目前，在常規機組上得到廣泛應用的１００％定子接地保護方案是由基波零序電壓和３次諧波電壓定子接地保護組合而成。基波電壓型定子接地保護簡單可靠，但在發電機中性點附近存在死區，並且隨著定子繞組對地電容的不對稱度增大，保護的死區也擴大。３次諧波電壓型定子接地保護與機組的執行工況有關，且隨著定子繞組對地電容的增大，靈敏度下降∞｛］。

此外，據了解，少量超超臨界汽輪發電機氣隙磁場正弦度較好，定子繞組本體３次諧波極

收稿日期修回日期小，如河北某電廠６００ｍｗ火電機組，正常執行時其機端電壓互感器開口三角的３次諧波電壓甚至小於０．０５ｖ，嚴重影響３次諧波電壓型定子接地保護的靈敏度和可靠性。

１．２超超臨界機組定子接地保護方案

超超臨界機組單機容量增大，為了減小定子電流，提高了定子額定電壓，一般可達如國內已投運的華能玉環電廠１０００ｍｗ超超臨界機組，其定子額定電壓高達２７ｋｖ。根據前面的分析，３次諧波電壓型定子接地保護應用在超超臨界機組上存在一定的不足，為了更好地保障機組安全執行，要求配置更加完善的１００％定子接地保護方案。

１．２．１注入式定子接地保護原理

超超臨界機組大多採用發電機中性點經變壓器電阻接地方式，為應用注入式定子接地保護原理創造了條件。

注入式定子接地保護通過輔助電源裝置將２０ｈｚ低頻電壓加在負載電阻上，並通過接地變壓器將低頻電壓訊號注入到發電機定子繞組對地的零序迴路中，如圖１所示。

在發電機定子繞組絕緣正常的情況下，注入的電流主要表現為電容電流；當發生接地故障後，注入電流出現電阻性電流。檢測注入的電壓、電流訊號，經過濾波和測量環節的補償，通過導納法可計算出接地故障的過渡電阻，從而判定接地故障。

此外，注入式定子接地保護還採用了獨立於電阻判據且與輔助電源無關的零序電流判據，直接反映流過中性點接地裝置的零序電流，採用與頻率無關的演算法，保護８０％左右範圍內的定子接地故障。

與傳統定子接地保護相比，注入式定子接地保護具有以下優點：保護範圍為１００％的定子繞組單相接地，包括發電機中性點，無保護死區；整個定子

一１０ｌ一

萬方資料

電力系統勻動仕

繞組各處具有相同的保護靈敏度，不受接地位置影響；可監視定子繞組絕緣的緩慢老化；保護不受發電機執行工況的影響，在發電機靜止、啟停過程、空載執行、併網執行、甩負荷等各種工況下均能可靠工作。

圖ｌ注入式定子接地保護原理

１．２．２超超臨界機組１００％定子接地保護雙重化配置方案

超超臨界機組保護應按雙重化配置，如果直接採用雙套注入式定子接地保護，只能使用同乙個注入低頻電源，一旦電源失效，２套定子接地保護的保護範圍均不再是１００％，為了構成可靠的雙重化１００％定子接地保護，宜一套採用傳統基波零序電壓型＋３次諧波電壓型１００％定子接地保護方案，另一套採用注入式定子接地保護原理。

採用該方案後，即使定子繞組對地電容較大或定子繞組本體３次諧波電壓極小，使３次諧波型保護靈敏度受到影響時，另一套注入式定子接地保護原理不受影響，仍能夠可靠保障機組安全執行，消除了傳統方案可能存在的隱患。此外，本方案另乙個突出的優點是定子繞組有８０％左右的範圍實現了三重化接地保護，即使在輔助電源出現異常退出執行時，定子繞組仍然有８０％左右的範圍有雙重接地保護。

２轉子接地保護方案

２．１常規機組轉子接地保護方案

常規機組的轉子接地保護一般整合在機組保護裝置內，需通過高壓長電纜將轉子電壓引入機組保護屏，增加了勵磁迴路的複雜性和故障概率。

桌球式（切換採樣式）轉子接地保護原理，由於

其具有保護靈敏度高且一致、可測量轉子接地位置的優點，而得到了廣泛應用。但桌球式轉子接地保護原理必須在發電機加入勵磁之後才能投人，缺乏無勵磁狀態下的轉子絕緣監測功能。

此外，對於無刷勵磁機組，可能只引出轉子繞組的一端，由於轉子電壓無法引出，無法採用桌球式轉子接地保護原理。

２．２超超臨界機組轉子接地保護方案

一２．２．１保護的安裝位置

超超臨界機組額定轉子電壓較高，可達５００ｖ，強勵時更高且有明顯的交流分量，直接取出比較危險，且電纜也不好選擇。

繼電保護和安全自動裝置技術規程》第６．１－２條要求「二次迴路的工作電壓不宜超過２５０ｖ，最高不應超過５００ｖ」。建議超超臨界機組轉子接地保護就地安裝在勵磁系統室內，失磁保護所需的轉子電壓宜採用分壓器降壓或經變送器傳變後接入發電機保護裝置，避免高壓電纜長距離引線，簡化了勵磁迴路，也節省了長距離高壓控制電纜的費用。

２．２．２保護原理的選擇

超超臨界機組可能採用靜態勵磁系統或旋轉勵磁系統。對於旋轉勵磁系統，可能無法同時引出轉子繞組兩端，無法應用桌球式轉子接地保護原理，而注入式轉子接地保護原理與機組的勵磁方式無關，轉子繞組只引出一端時也能提供絕緣檢測，適用性更強，值得在超超臨界機組上推廣。

圖２和圖３分別為雙端和單端注入式轉子接地保護原理圖。在轉子繞組的一端（或兩端）與大軸之間注人偏移方波電源，通過測量方波電壓２種狀態下的轉子洩漏電流，計算轉子接地電阻的阻值。上述雙端和單端注入式轉子接地保護原理具有靈敏度高且一致，並可在無勵磁狀態下正常工作的特點。

對於雙端注入方式，還可測量轉子一點接地位置，為故障排查提供參考。轉子

繞**２雙端注入式轉子接地保護原理

萬方資料

工程應用陳俊，等超超臨界機組發電機定子和轉子接地保護方案轉子

繞**３單端注入式轉子接地保護原理

與桌球式轉子接地保護原理相比，注入式轉子接地保護原理突出的優點是可在靜止或未加勵磁狀態下正常工作。江蘇某電廠６００ｍｗ超超臨界機組，在２００７年７月２日停機期間，由於室內空調溫度設定太低，導致勵磁系統可控矽整流櫃內有結露，引起轉子繞組迴路接地，就地安裝在勵磁系統室的ｒｃ孓９８５注入式轉子接地保護裝置正確動作發信，在勵磁調節器一次裝置經乾燥處理絕緣恢復正常後，機組正常投入執行，避免了整流櫃短路故障事故的發生和經濟損失。

２．２．３轉子接地保護雙重化配置方案

就地安裝的轉子接地保護應採用雙重化配置，採用２個獨立的保護裝置。為了避免２套轉子接地保護之間相互影響，正常執行時只投一套，另一套作為冷備用ｌ４ｊ。

對於可同時引出轉子繞組兩端的機組，雙套配置的轉子接地保護宜採用不同原理，一套採用注入式轉子接地保護原理，另一套採用桌球式轉子接地保護原理，２種不同原理之間可以相互驗證，正常執行時只投入其中１套。當投入執行的轉子接地保護動作報警時，可切換到另一套保護，驗證第一套保護的動作行為，提高絕緣檢測的可信度。

對轉子繞組只能引出一端的機組，由於無法應用桌球式原理，雙套配置的轉子接地保護均採用如圖３所示的單端注入式轉子接地保護原理，正常執行時投入其中一套，需要時切換到另一套。

３結語超超臨界機組對定子和轉子對地絕緣檢測的要求更加苛刻，宜採用注入式定子、轉子接地保護原理，實現不受機組執行工況影響的定轉子絕緣檢測，轉子接地保護宜就地安裝在勵磁系統室。本文提出的發電機定子、轉子接地保護方案已應用於多台超超臨界１０００ｍｗ級機組。

參考文獻

ｅｌｉ趙劍雄．對華能玉環電廠１０００ｍｗ超超臨界機組電氣問題的考慮．電力裝置

ｅ２］張琦雪，陳佳勝，陳俊，等．大型發電機注入式定子接地保護判據的改進．電力系統自動化

［３］邰能靈故障分量發電機定予單相接地保護應用研究．電力系統自動化

沈全榮，何雪峰，沈儉，等．大型髮變組微機保護雙重化配置**．電力系統自動化

陳俊（１９７８一），男，通訊作者，碩士，工程師，主要研究方向：電氣主裝置微機保護

陳佳勝（１９７５一），男，碩士，工程師，主要研究方向：電氣主裝置微機保護。

張琦雪（１９７４一），男，博士，高階工程師，主要研究方向：電氣主裝置微機保護。

一１０３一萬方資料

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