转子一点接地保护

一、发电机励磁回路接地故障的危害

发电机正常运行时，励磁回路对地之间有一定的绝缘电阻和分布电容，它们的大小与发电机转子的结构、冷却方式等因素有关。当转子绝缘损坏时，就可能引起励磁回路接地故障，常见的是一点接地故障，如不及时处理，还可能接着发生两点接地故障。

励磁回路的一点接地故障，由于构不成电流通路，对发电机不会构成直接的危害。那么对于励磁回路一点接地故障的危害，主要是担心再发生第二点接地故障，因为在一点接地故障后，励磁回路对地电压将有所增高，就有可能再发生第二个接地故障点。发电机励磁回路发生两点接地故障的危害表现为： (1)转子绕组的一部分被短路，另一部分绕组的电流增加，这就破坏了发电机气隙磁场的对称性，引起发电机的剧烈振动，同时无功出力降低。

(2)转子电流通过转子本体，如果转子电流比较大(通常以1500A为界限)，就可能烧损转子，有时还造成转子和汽轮机叶片等部件被磁化。

(3)由于转子本体局部通过转子电流，引起局部发热，使转子发生缓慢变形而形成偏心，进一步加剧振动。

二、直流电桥原理构成的励磁绕组两点接地保护的工作原理

1、原理

按直流电桥原理构成的励磁绕组两点接地保护如图7-10所示。可调电阻只接于励磁绕组的两端。当发现励磁绕组一点(例如K1点)接地后，励磁绕组的直流电阻被分成r1和r2两部分，这时运行人员接通按钮SB，并调节电阻R，以改变r3和r4，使电桥平衡(r1/r2=r3/r4)，此时毫伏表mV的指示最小(理论上为零)。然后，断开SB而将连接片XB接通，投入励磁绕组两点接地保护。这时由于电桥平衡，故继电器K内因无电流或流有很小的不平衡电流而不动作。当励磁绕组再有一点(例如K2点)接地时，已调整好的电桥平衡关系被破坏，继电器K内将有电流流过，其大小与K2点离K1点的距离有关。K2与K1间的距离愈大，电桥愈不平衡，继电器K中的电流愈大，只要这个电流大于K的整定电流，它就动作，跳开发电机。

在继电器K的线圈回路中串接电感L的目的，是阻止交流电流分量对保护

动作的影响。

2、特点

(1)若第二点接地距第一点接地点较近，两点接地保护不会动作，即有死区。 (2)若第一接地点发生在转子滑环附近，则不论第二个接地点在何处，保护都不会动作(因无法投保护)。

(3)对于具有直流励磁机的发电机，如第一个接地点发生在励磁机励磁回路时，保护也不能使用。因为当调节磁场变阻器时，会破坏电桥的平衡，使保护误动作。

(4)本保护装置只能转子一点接地后投入，如果第二点接地发生得很快，保护来不及投入。

三、乒乓式发电机转子一点接地保护动作原理

乒乓式转子一点接地保护动作原理分析图，如图7-14所示，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，S1打开时S2闭合，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。

设发电机转子绕组的K点经Rjd电阻一点接地，UL为励磁电压，U1为转子正极与K点之间的电压，S1闭合S2打开时，U2为K点与转子负极之间的电压。直流稳态电流为

I1U1 (7-25)

R0ReS2闭合S1打开时，直流稳态电流为

I2U2 (7-26)

R0ReU1IULK1电导 G11 (7-27) ULR0ReR0ReU2IULK2 (7-28) G22ULR0ReR0Re系数K1U1,ULK2U2 (7-29) UL上面各式中，I1、U1、UL、G1、K1为第一个采样时刻(Sl闭合S2打开)的值，I2、系数K1 (或U2、UL、G2、K2为第二个采样时刻(S2闭合S1打开)的值。而不管UL是否变K2)之值正比于接地点K与转子正极(或负极)之间的绕组匝数，

化。由于第一个采样时刻与第二个采样时刻是同一个接地点K，K点的位置未变，所以

K1K21 (7-30) G1G2K1K21 (7-31) R0ReR0Re式中R0——保护装置中的固定电阻，为常数；

Re——接地电阻，是跟随发电机励磁回路对地绝缘水平变化的。

设 GsetGset1 (7-32) R0Rset1 (7-33) R0Rsett式中 Rse——保护第一段的整定电阻； t Gse——保护第一段的整定电导；

——保护第二段的整定电阻； Rset——保护第二段的整定电导。 GsetRset因为Rset>，所以又称第一段为高定值段，第二段为低定值段。根据式(7-31)、

式(7-32)、式(7-33)，设计该保护的动作判据为：

时，保护的高定值段动作。 当Re≤Rset，即当G1G2≥Gset时，保护的低定值段动作。 当Re≤Rset，即当G1G2≥Gset四、注入式转子一点接地保护

可根据现场转子绕组的引出方式，选择双端注入式或单端注入式转子接地保护原理，注入电源从转子绕组的正负两端（或负端）与大轴之间注入，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，保护反应发电机转子对大轴绝缘电阻的下降。双端注入式和单端注入式转子接地保护的工作电路如图6.1 和图6.2 所示，图中Rx为测量回路电阻，Ry 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。

五、转子两点接地保护

保护构成原理：当发电机转子绕组两点接地时，其气隙磁场将发生畸变，在定子绕组中将产生二次谐波负序分量电势。转子两点接地保护即反映定子电压中二次谐波“负序”分量。

转子一点接地后，将两点接地保护投入，且经定子电压二次谐波正序电压闭锁。

六、转子绕组对地导纳的励磁回路一点接地保护

测量转子绕组对地导纳的励磁回路一点接地保护：测量转子绕组对地导纳的励磁回路一点接地保护，可以反应励磁回路任一点接地故障，没有死区，且灵敏系数理论上不受对地电容Cy的影响，但实际由于回路中存在感性电抗或由于整定调试不精确，而受接地电容的影响。

，导纳继电器原理接线如图7-11所示。外加电压U如取TAl、TA2变比为l，

I|＝|II，其边界条件为|II，制动量为II|；对于则动作量为Inwmnwmwmwm同一电压则|Ygwm||gngwm|其中，Y为从GE两端看到的导纳。

gn11， gwm (7-22) RnRwm等式在导纳复平面上为一个圆，即导纳继电器动作特性如图7-12所示，圆心坐标为gwm，圆半径为|gngwm|。

在圆内，|Ygwm|<|gngwm|，则继电器动作。 在圆外，|Ygwm|>|gngwm|，则继电器制动。 转子绕组对地测量导纳Y包括： 转子绕组对地绝缘电阻Ry，gy=

1； Ry转子绕组对地分布电容Cy，byCy；

测量回路附加电阻Rc(忽略电抗Xc)包括可调电阻Rwb、滤波器电阻及TA电阻之和，

gc=

1，则 Rc2gc (7-23) Ygcgcgyjby111,Ygcgyjby式中，gc为常数。若令gy等于定值，by可变，即对地电容Cy变化，则所对应的测量导纳Y在导纳复平面上的轨迹是圆，其圆心和半径分别为

gc2,gc2(gcgy)0,gc2 (7-24)

2(gcgy)对应一系列gy可得一组圆族，如图7-13所示的实线圆称为等电导圆。这些圆代表发电机转子回路对，地不同电阻。图7-13中gy5作为整定圆。正常运行时转子回路绝缘电阻很大，gy很小，Y在整定圆外；当绝缘降低时，Y进入整定圆，使继电器动作。

同样，令by等于常数，gy可变，则所对应的测量导纳Y的轨迹是圆，其圆

gc2心为gc,，

2bygc2半径为。对应一系列by可得另一组圆族，如图7-13中的虚线圆，称为

2by等电纳圆。对应转子回路不同的Cy，Y的轨迹将落在不同的等电纳圆上。此时，如转子对地绝缘Ry降低，则Y将沿着某一个等电纳圆如图7-13中by2圆进入整定圆。

继电器采用电感L与隔直电容C组成50Hz串联谐振，只允许外加50Hz电压通过，保证测量转子绕组对地导纳的准确性。继电器可调整Rwb值，以满足Rc等于Rn的要求。调整Rwm值，使之改变动作特性圆的半径，以满足整定值。

动作电阻整定范围为0.5～10kΩ。从图7-13可知，该保护从原理上就不可能整定动作电阻太大，因为从1～2kΩ的间距与从20kΩ～∞的间距差不多，若整定动作电阻超过10kΩ，将出现动作电阻定值不稳定现象。

这种保护原理必须做到电刷与大轴之间的接触电阻较小，即加大电刷压力，有利于定值稳定。

资料来源：微信公众号 励磁继保技术交流