劉建平

（大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315722）

近幾年，發(fā)電廠應(yīng)用的ABB勵(lì)磁系統(tǒng)UNS3020a-Z型轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置運(yùn)行狀況不良，已發(fā)生多起誤動(dòng)作事件。為防止此類故障導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組非停事件的發(fā)生，大多將該保護(hù)裝置改投信號(hào)，但是該裝置未提供轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)功能，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生一點(diǎn)接地后，若再發(fā)生第二點(diǎn)接地故障，將會(huì)嚴(yán)重?zé)龎陌l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，后果不堪設(shè)想。

目前國(guó)內(nèi)已研制出技術(shù)領(lǐng)先、運(yùn)行穩(wěn)定、成熟可靠的單體式國(guó)產(chǎn)微機(jī)型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置，因此將ABB勵(lì)磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)更換為國(guó)產(chǎn)微機(jī)型保護(hù)已成為可能。

1 ABB轉(zhuǎn)子接地保護(hù)存在的問(wèn)題

烏沙山發(fā)電廠一期工程機(jī)組的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，采用瑞士ABB公司生產(chǎn)的勵(lì)磁系統(tǒng)自帶UNS 3020a-Z型轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置，安裝在勵(lì)磁系統(tǒng)直流出線柜內(nèi)，保護(hù)裝置應(yīng)用電橋平衡原理見(jiàn)圖1，依據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)地電阻的變化動(dòng)作于發(fā)信或跳閘，不能區(qū)分轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地和兩點(diǎn)接地。保護(hù)設(shè)有一段高定值2 kΩ，延時(shí)5 s發(fā)信；一段低定值0.5 kΩ，延時(shí)2 s發(fā)信或跳閘。

圖1 ABB UNS3020型轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理圖

轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置S1與S2之間的電容為轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地電容（即電橋電容C04，C05，C10，C11），機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)其值較為穩(wěn)定，CX為保護(hù)裝置內(nèi)部可調(diào)電容，電阻2K1與2K2大小相等，接地保護(hù)調(diào)試完成后F75內(nèi)部電橋達(dá)到平衡，T1兩端電壓很微弱（一般調(diào)整到50 mV以內(nèi)）。一旦轉(zhuǎn)子繞組接地或發(fā)電機(jī)大軸接地點(diǎn)接觸不良，S1和S2之間電容將發(fā)生改變，F(xiàn)75內(nèi)部電橋平衡被破壞，T1感應(yīng)出電壓，保護(hù)裝置根據(jù)電壓大小比較判斷轉(zhuǎn)子接地電阻狀況。一般發(fā)生轉(zhuǎn)子接地故障時(shí)，T1兩端電壓為2 V以上，保護(hù)裝置發(fā)出跳閘信號(hào)。當(dāng)發(fā)電機(jī)大軸接地點(diǎn)（接地炭刷）與地接觸不良時(shí)，T1兩端電壓一般在0.7～2 V之間，保護(hù)裝置會(huì)發(fā)出接地報(bào)警。

由于轉(zhuǎn)子接地保護(hù)采用惠氏通電橋原理，容易受汽機(jī)側(cè)大軸接地狀況變化，引起對(duì)地電容值擺動(dòng)影響而出現(xiàn)誤動(dòng)作。裝置為集成電路型無(wú)自檢功能，無(wú)法有效在線監(jiān)視發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣狀況及轉(zhuǎn)子正負(fù)極對(duì)地電壓大小，不能區(qū)分發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地和兩點(diǎn)接地故障。保護(hù)裝置還存在安全可靠性差、人機(jī)界面不友好（未配置液晶顯示屏、通信接口）、定值無(wú)法修改等缺陷，不利于運(yùn)行和維護(hù)人員對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的監(jiān)測(cè)和分析。為了確保機(jī)組的安全可靠運(yùn)行，應(yīng)予更換。

2 保護(hù)選型

經(jīng)過(guò)深入調(diào)研，充分證明目前國(guó)產(chǎn)微機(jī)型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理上已經(jīng)成熟，制造工藝也達(dá)到了較高的水平。國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置人機(jī)界面友好，可在線監(jiān)視轉(zhuǎn)子正負(fù)母線對(duì)地電壓及轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣，并能有效區(qū)分一點(diǎn)接地和兩點(diǎn)接地情況，保護(hù)出口方式可選擇，便于檢測(cè)和分析，軟硬件質(zhì)量好，能保證長(zhǎng)期良好的售后服務(wù)，選用國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品更可靠便捷。

應(yīng)用的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理主要有切換采樣式、注入直流電壓式和注入低頻方波電壓式。切換采樣式需利用勵(lì)磁電壓，不能滿足無(wú)勵(lì)磁狀態(tài)下的測(cè)量要求；注入直流電壓式由于轉(zhuǎn)子電壓的作用，在轉(zhuǎn)子繞組不同位置發(fā)生接地故障時(shí)，靈敏度差異很大；注入低頻方波電壓式采用新型保護(hù)原理，可滿足無(wú)勵(lì)磁狀態(tài)下的測(cè)量要求，不受轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地電容的影響，靈敏度高且一致，能在100%范圍內(nèi)測(cè)量轉(zhuǎn)子接地故障，同時(shí)也能反映轉(zhuǎn)子繞組絕緣狀況，起到監(jiān)視絕緣老化的作用。

綜合比較后認(rèn)為，注入低頻方波電壓式原理具有突出的優(yōu)勢(shì)。注入方式又可分為雙端注入式和單端注入式，單端注入式只能檢測(cè)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地，雙端注入式能夠?qū)崿F(xiàn)完整的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)、兩點(diǎn)接地保護(hù)和一點(diǎn)接地故障位置定位等功能。4號(hào)機(jī)組具有安裝雙端注入原理的條件，故最終選定具有雙端注入原理的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置。

3 改造方案論證

國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求能夠提供多種實(shí)現(xiàn)方案，可集成在發(fā)變組保護(hù)裝置內(nèi)，也可采用小型單裝置就地安裝在勵(lì)磁系統(tǒng)AVR柜內(nèi)。

方案一：在發(fā)變組保護(hù)柜內(nèi)裝設(shè)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置。優(yōu)點(diǎn)：環(huán)境溫度穩(wěn)定，干擾源少。缺點(diǎn)：需通過(guò)電纜將轉(zhuǎn)子電壓引入機(jī)組保護(hù)屏，且鋪設(shè)距離較長(zhǎng)，大大增加了勵(lì)磁回路復(fù)雜性和接地故障概率，具有安全隱患。另外，勵(lì)磁系統(tǒng)額定電壓較高，引入保護(hù)柜也會(huì)對(duì)保護(hù)裝置的安全運(yùn)行帶來(lái)不利影響。

方案二：轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置就地安裝在勵(lì)磁AVR控制柜內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需把發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路引到勵(lì)磁系統(tǒng)外部，安全性高，接線簡(jiǎn)單，節(jié)約電纜投資。缺點(diǎn)：AVR控制柜內(nèi)運(yùn)行環(huán)境較差。

綜合以上分析決定采用第2個(gè)方案，選用南瑞繼保公司RCS-985RE型發(fā)電機(jī)注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置，如圖2所示。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子繞組回路對(duì)地（大軸）絕緣，發(fā)生轉(zhuǎn)子繞組接地故障后，對(duì)地絕緣被破壞。通過(guò)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組兩端注入方波信號(hào)，可區(qū)分正常運(yùn)行和接地故障。正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)由注入方波電源引起的對(duì)地泄漏電流幾乎為零；轉(zhuǎn)子繞組接地故障時(shí)，此電流明顯地發(fā)生改變，通過(guò)檢測(cè)該電流的變化，可實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障過(guò)渡電阻及一點(diǎn)接地故障位置，并可由接地位置的變化量實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)功能。

圖2 雙端注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理

保護(hù)裝置采用全封閉鋁合金機(jī)箱，軟硬件冗余配置，可區(qū)分轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地和兩點(diǎn)接地故障，出口方式可選擇性強(qiáng)，改造設(shè)計(jì)時(shí)考慮了跳閘出口冗余配置，在跳閘中間繼電器損壞情況下，還可通過(guò)AVR內(nèi)部發(fā)出跳閘指令，可靠停機(jī)。裝置采用液晶屏顯示，可在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子正負(fù)母線對(duì)地電壓和轉(zhuǎn)子絕緣電阻，及時(shí)反映轉(zhuǎn)子繞組絕緣狀況，有助于運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、診斷、分析和跟蹤發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子健康狀況。保護(hù)具有抗干擾能力強(qiáng)，動(dòng)作快速、靈敏，可靠，人機(jī)界面友好，自動(dòng)錄波等優(yōu)勢(shì)。

4 保護(hù)更換的實(shí)施

在改造中本著最小的變動(dòng)、最安全可靠的原則，盡可能保留原有回路。具體方案如下：

（1）按照不留寄生回路的原則，從回路兩側(cè)拆除原ABB UNS 3020a-Z型轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置的所有輸入、輸出回路。

（2）保留原轉(zhuǎn)子接地保護(hù)惠氏通電橋回路中用于防止轉(zhuǎn)子回路過(guò)電壓的阻容回路。

（3）在勵(lì)磁AVR柜門(mén)操作面板旁開(kāi)孔安裝新的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置RCS985RE。

（4）在勵(lì)磁AVR柜內(nèi)左側(cè)空缺位置安裝3個(gè)空開(kāi)及2個(gè)分壓電阻。

（5）在勵(lì)磁AVR柜門(mén)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置下方安裝1個(gè)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作信號(hào)復(fù)歸按鈕；轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地、兩點(diǎn)接地、保護(hù)功能壓板；轉(zhuǎn)子接地保護(hù)連跳AVR壓板；保護(hù)連跳發(fā)變組及滅磁開(kāi)關(guān)壓板。

（6）保護(hù)裝置輸出至ECS的裝置異常報(bào)警信號(hào)；轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地動(dòng)作信號(hào)和轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地動(dòng)作信號(hào)；輸出至故障錄波器的信號(hào)；輸出至AVR連鎖信號(hào)。

（7）原大軸接地電纜接入保護(hù)裝置RGND端子，轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)空開(kāi)接至保護(hù)裝置Ur+、Ur-端子，引接GPS信號(hào)至RCS985RE保護(hù)裝置207與208端子。

（8）用通信方式將重要的模擬量，如轉(zhuǎn)子正負(fù)母線對(duì)地電壓及轉(zhuǎn)子對(duì)地電阻等參數(shù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程顯示。

5 結(jié)語(yǔ)

更換的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置運(yùn)行情況良好，實(shí)時(shí)監(jiān)視發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子正負(fù)母線對(duì)地電壓和轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地絕緣電阻，給運(yùn)行和維護(hù)人員對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣的監(jiān)視、跟蹤和分析提供了依據(jù)，滿足機(jī)組運(yùn)行要求。另外，大唐彭水發(fā)電廠采用的RCS985RE型轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置曾準(zhǔn)確檢測(cè)到了轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地，避免了設(shè)備事故，間接證明了所選保護(hù)裝置的可靠性。

[1]陳俊，王光，嚴(yán)偉，等.關(guān)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)幾個(gè)問(wèn)題的探討[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（1）:90-92.

[2]南瑞繼保電氣有限公司.RCS-985RE注入式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置技術(shù)和使用說(shuō)明書(shū)[G].2008.