李曉文

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣在線監(jiān)測(cè)和接地定位技術(shù)的應(yīng)用

李曉文

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

分析了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)不能進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)、不能準(zhǔn)確接地定位的問(wèn)題；提出了轉(zhuǎn)子絕緣監(jiān)測(cè)和接地定位方法；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)證明絕緣監(jiān)測(cè)和接地定位正確，滿足運(yùn)行要求。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)；絕緣在線監(jiān)測(cè)；接地定位

1 問(wèn)題的提出

現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)都配有轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)裝置，其整定值一般小于1 kΩ～10 kΩ左右停機(jī)或報(bào)警；查找接地故障點(diǎn)采用逐級(jí)分段法，以縮小查找范圍，存在以下問(wèn)題：

（1）在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中，常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子繞組或磁極連接板受熱膨脹或在離心力作用下發(fā)生接地，而停機(jī)進(jìn)行處理時(shí)，因溫度下降或轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，故障點(diǎn)又消失了，重新開(kāi)機(jī)運(yùn)行，接地故障又發(fā)生了，由于不能記憶這種動(dòng)態(tài)接地故障點(diǎn)的位置，因無(wú)法找到故障點(diǎn)的位置而不能處理，影響發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。

（2）即使停機(jī)后接地點(diǎn)仍然存在，采用逐級(jí)分段法，即將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極或線圈連線處分段解開(kāi)，用電阻表判斷是在哪一段接地，以縮小范圍，再把該段磁極或線圈連線處解開(kāi)，這樣依次分段下去，直到判斷是哪一個(gè)磁極或哪一個(gè)線圈接地，由于斷開(kāi)點(diǎn)多，恢復(fù)難度也大，這個(gè)過(guò)程一般需要10 h以上，直接影響電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）由于接地電阻整定值較低，不能預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)子繞組接地故障，導(dǎo)致接地故障已經(jīng)發(fā)生了才故障停機(jī)或報(bào)警，影響發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。

（4）現(xiàn)有接地保護(hù)及其方法不能動(dòng)態(tài)診斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的絕緣情況，現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)其絕緣狀態(tài)心中無(wú)數(shù)，只有等到保護(hù)裝置發(fā)出轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地信號(hào)后，方才知道絕緣降低了，但降低到何種程度，無(wú)法判斷，使生產(chǎn)指揮人員很難決策是否停機(jī)處理，不能做到狀態(tài)檢修。

根據(jù)國(guó)家能源局關(guān)于印發(fā)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》的通知（國(guó)能安全【2014】161號(hào)）第10.11.1條款：當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路發(fā)生接地故障時(shí)，應(yīng)立即查明故障點(diǎn)與性質(zhì)。張河灣電站安裝了一套貴陽(yáng)新光電氣有限公司研制的WL2CA-S2型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣在線監(jiān)測(cè)及其接地定位裝置，用于對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的對(duì)地絕緣監(jiān)測(cè)、報(bào)警，以防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組接地故障，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)接地故障點(diǎn)、靜態(tài)接地故障點(diǎn)快速準(zhǔn)確定位，指明是哪一個(gè)磁極或哪一塊連接板接地，既落實(shí)了“反措”，保護(hù)發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行，又縮短檢修工期，增加經(jīng)濟(jì)效益。

2 轉(zhuǎn)子絕緣在線監(jiān)測(cè)和接地定位技術(shù)

圖1 轉(zhuǎn)子絕緣監(jiān)測(cè)和接地定位示意圖

如圖1所示，將轉(zhuǎn)子正極、負(fù)極和大軸三根線接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣在線監(jiān)測(cè)和接地定位裝置。裝置內(nèi)部，在電腦控制下，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)阻抗的變換，得到兩個(gè)方程組，再根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極數(shù)和轉(zhuǎn)子電壓，就得到轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣Rf阻值和某一個(gè)接地磁極號(hào)或磁極之間的連接板號(hào)；并將其顯示在屏幕上，可通過(guò)RS485接口送到上位機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控；當(dāng)絕緣降低到絕緣降低整定值時(shí)，發(fā)出絕緣降低報(bào)警信號(hào)，當(dāng)絕緣再降低到絕緣接地整定值時(shí)，發(fā)出轉(zhuǎn)子接地保護(hù)報(bào)警信號(hào)，同時(shí)記憶接地前后轉(zhuǎn)子絕緣變化數(shù)據(jù)。圖2 a）顯示3號(hào)磁極通過(guò)21 kΩ電阻接地畫面，圖2 b）顯示5號(hào)磁極與6號(hào)磁極之間的連接板通過(guò)45號(hào)磁極接地畫面，圖2 c）是8號(hào)磁極絕緣劣化趨勢(shì)畫面。

圖2 顯示截圖

3 主要功能及技術(shù)指標(biāo)

（1）勵(lì)磁電壓：0～500 V，分辯率0.1 V（≥0.5 V時(shí)）。精度0.5級(jí)。

（2）勵(lì)磁絕緣電阻顯示：0～5 MΩ，誤差：＜10%（＞10 kΩ時(shí)），±1 kΩ（≤10 kΩ時(shí)）。特殊要求可制作0～10 MΩ。

（3）接地定位顯示：0%～100%。誤差：±1%。對(duì)水輪發(fā)電機(jī)顯示某號(hào)磁極接地或某磁極之間的連線接地。

（4）用液晶屏幕顯示：可顯示絕緣變化曲線和磁極回路。

（5）接地保護(hù)整定范圍：5～50 kΩ。接地保護(hù)繼電器輸出兩對(duì)空接點(diǎn)，容量可直接驅(qū)動(dòng)220 V及以下電壓型中間繼電器。返回系數(shù)：1.1。

（6）絕緣降低整定范圍：5～990 kΩ。接地保護(hù)繼電器輸出空接點(diǎn)，容量可直接驅(qū)動(dòng)220 V及以下電壓型中間繼電器。返回系數(shù)：1.1。

（7）接地保護(hù)輸出延時(shí)整定：5～100 s。

（8）能記憶15次接地前后各25組絕緣電阻及定位數(shù)據(jù)。

（9）機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，不需要外加電壓，當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)，勵(lì)磁電壓為0 V，裝置自動(dòng)在負(fù)極對(duì)大軸外加24 V，作為停機(jī)時(shí)的絕緣測(cè)量和接地保護(hù)。

（10）能實(shí)時(shí)查看勵(lì)磁絕緣分布情況。

（11）裝置具有帶隔離的RS485通訊接口，能與上位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)測(cè)。

（12）裝置具有4～20 mA信號(hào)輸出。

（13）裝置具有自恢復(fù)功能、自檢功能以及多種濾波方法，抗干擾能力強(qiáng)。

（14）能短時(shí)承受5 000 V勵(lì)磁電壓，以防止勵(lì)磁強(qiáng)勵(lì)、滅磁時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓而損壞設(shè)備。

（15）裝置能夠獨(dú)立工作，也可以與原有轉(zhuǎn)子接地保護(hù)配合工作。

4 現(xiàn)場(chǎng)安裝和運(yùn)行方式

WL2CA-S2型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣監(jiān)測(cè)及接地定位裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝的運(yùn)行方式結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 WL2CA-S絕緣監(jiān)測(cè)裝置安裝結(jié)構(gòu)示意圖

72 WK是裝置電源直流空氣開(kāi)關(guān)（220 V，6 A），安裝在屏內(nèi)。

73 n為切換開(kāi)關(guān)，“X”表示接點(diǎn)接通，安裝在屏面上。

當(dāng)73 n切換開(kāi)關(guān)把手指向左邊時(shí)，WL2CA-S絕緣監(jiān)測(cè)和接地定位裝置與機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)是配合運(yùn)行方式，前者的整定值要大于后者。即：WL2CA-S2實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子絕緣，當(dāng)轉(zhuǎn)子絕緣低于絕緣降低整定值（如100 kΩ）時(shí)，及時(shí)發(fā)出絕緣降低信號(hào)；當(dāng)絕緣值繼續(xù)低于轉(zhuǎn)子接地整定值（如50 kΩ）時(shí)，發(fā)出接地報(bào)警信號(hào)，同時(shí)指出接地點(diǎn)的具體位置，記憶接地前后的絕緣變化過(guò)程，保持當(dāng)前狀態(tài)，不再監(jiān)測(cè)；然后由機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)根據(jù)其整定值判斷是否發(fā)出接地報(bào)警信號(hào)。也就是說(shuō)，在配合運(yùn)行方式下，如果轉(zhuǎn)子絕緣監(jiān)測(cè)裝置、機(jī)組轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)測(cè)得轉(zhuǎn)子絕緣值各自都低于接地整定值時(shí)，它們都發(fā)出接地報(bào)警信號(hào)。在該方式下，當(dāng)WL2CA-S2裝置檢測(cè)轉(zhuǎn)子絕緣值大于其接地整定值時(shí)，裝置內(nèi)部機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的大軸線是斷開(kāi)的；當(dāng)?shù)扔诨蛐∮谄浣拥仉娮柚禃r(shí)，裝置自動(dòng)將機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的大軸線接通。

當(dāng)73 n切換開(kāi)關(guān)把手指向中間時(shí)，WL2CA-S2絕緣監(jiān)測(cè)裝置獨(dú)立運(yùn)行，具有絕緣監(jiān)測(cè)、接地定位、接地保護(hù)功能。機(jī)組轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)的大軸線被斷開(kāi)而自動(dòng)退出。

當(dāng)73 n切換開(kāi)關(guān)把手指向右邊時(shí)，WL2CA-S2絕緣監(jiān)測(cè)裝置的大軸線被斷開(kāi)而退出運(yùn)行，機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)獨(dú)立運(yùn)行。

WL2BS型轉(zhuǎn)子電壓變送器和72 WK空氣開(kāi)關(guān)安裝在導(dǎo)軌上。安裝時(shí)當(dāng)轉(zhuǎn)子電壓變送器（WL2BS）與絕緣監(jiān)測(cè)裝置不在同一屏柜時(shí)，應(yīng)通過(guò)8芯屏蔽控制電纜連接（2.5 mm2）。

5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

使用新光公司提供的模擬調(diào)試儀，在轉(zhuǎn)子負(fù)極端子模擬其中一個(gè)磁極或相連兩個(gè)磁極的連接板接地，裝置能正確發(fā)出絕緣降低、接地保護(hù)信號(hào)，能正確顯示接地故障位置及其接地電阻值。

（1）絕緣試驗(yàn)

表1

（2）接地定位試驗(yàn)（模擬10個(gè)磁極，接地電阻47 kΩ）

表2

6 運(yùn)行方式切換和絕緣報(bào)警、接地試驗(yàn)

裝置獨(dú)立運(yùn)行試驗(yàn)：運(yùn)行方式開(kāi)關(guān)置于中間位置，在轉(zhuǎn)子負(fù)極分別通過(guò)100 kΩ、47 kΩ電阻接地，裝置顯示、絕緣降低報(bào)警、接地報(bào)警正常。

裝置與原有機(jī)組保護(hù)配合運(yùn)行試驗(yàn)：運(yùn)行方式開(kāi)關(guān)置于左邊位置，轉(zhuǎn)子分別通過(guò)100 kΩ、47 kΩ電阻接地，裝置顯示、絕緣降低報(bào)警、接地報(bào)警正常；同時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)投入運(yùn)行（當(dāng)小于其整定值時(shí)，接地保護(hù)動(dòng)作正常）。

裝置退出運(yùn)行試驗(yàn)：運(yùn)行方式開(kāi)關(guān)置于右邊位置，絕緣監(jiān)測(cè)裝置退出運(yùn)行，只顯示轉(zhuǎn)子電壓。機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)投入運(yùn)行（當(dāng)小于其整定值時(shí)，接地保護(hù)動(dòng)作正常）。

7 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，在轉(zhuǎn)子負(fù)極端子或任意一個(gè)磁極或相連兩個(gè)磁極的連接板接地，裝置均能正確發(fā)出絕緣降低、接地保護(hù)信號(hào)，能正確顯示接地故障位置及其接地電阻值。

[1]賀家李，宋從距.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[2]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

[3]梅祖彥.抽水蓄能發(fā)電技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[4]李玉海，劉 昕，李 鵬.電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)試驗(yàn)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[5]NB/T 35010-2013水利發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)計(jì)導(dǎo)則 [S].北京：中國(guó)電力出版社，2013.

TM312

B

1672-5387（2016）12-0026-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.010

2016-08-29

李曉文（1982-），男，工程師，從事機(jī)電保護(hù)維護(hù)工作。