原標題：發電機轉子一點接地保護的研究

介紹發電機轉子一點接地保護的種類、原理；對多種實現方案進行詳細地分析、討論和比較；同時對現場使用中應充分注意的問題進行了闡述，提出了處理轉子接地問題的發展趨勢。

正常運行時，發電機轉子繞組和勵磁系統對地是絕緣的。所以當轉子繞組或勵磁回路發生一點接地時，并不構成電流通路，對發電機不會有直接的危害。如果不及時處理，轉子回路對地電壓有所增大就有可能導致轉子兩點接地，危及發電機和系統的安全。

轉子一點接地保護的種類較多，主要有迭加直流式、乒乓式及測量轉子繞組對地導納式(實質是迭加交流式)。國內的發電機轉子一點接地保護廣泛采用迭加直流式和乒乓式。發電機正常運行時，轉子回路對地有一定的絕緣電阻和分布電容，它們的大小與發電機轉子的結構、冷卻方式等因素有關。轉子回路的對地電容對轉子一點接地有不良影響。

一點接地故障定期檢測裝置

原理：小機組一般裝設檢測轉子對地直流電壓的電壓表，由轉換開關測量“轉子正對地”、“轉子負對地”、“轉子正負之間”的三種電壓。原理見圖1。在轉子繞組中間部分有死區,轉子兩端接地最靈敏。

圖1 一點接地故障定期檢測裝置原理圖

特點：簡單、可靠、經濟，多臺機組可公用一套裝置。但需人為定期檢測、判斷。

運行注意事項：該保護一般作為其它原理的轉子一點接地保護動作后的輔助判斷工具，它和其它迭加電壓原理的轉子一點接地保護有沖突，導致電壓表測量不準確，所以不能同時投入?？稍诒Ｗo柜內的轉子電壓引入電纜上加裝開關切換來解決這個問題。

迭加交流式轉子一點接地保護(整流型ZBZ-2A)

原理：轉子回路迭加50Hz，65V的交流電源，通過靈敏的接地繼電器檢測轉子回路對地電流，原理見圖2。

圖2 ZBZ-2A型發電機轉子一點接地保護原理圖

其中65V作為交流測量電源，電容器C起到隔離直流作用，若無電容器C，則轉子回路就一直接地。DLG繼電器是接地保護繼電器，為防止保護在勵磁回路瞬時性接地和轉子繞組暫態過程中的誤動作，應增設延時回路。保護范圍是轉子繞組的全部。

特點：接線簡單、無死區、轉子繞組上任一點接地的靈敏度相近。但大機組轉子回路對地電容較大(1～2μF)，對地容抗較小，對該原理的轉子一點接地保護有不良影響，靈敏度較低。

運行注意事項：迭加的電源取不停電交流為好，以保證機組停運時保護還起作用。

導納原理疊加交流式一點接地保護(ZJ-2型)

原理：眾所周知，當發電機轉子回路對地電導和對地電納變化時發電機轉子回路對地測量導納的軌跡分別是一組等電導圓和等電納圓。要使繼電器只反應轉子回路對地絕緣電阻，只要絕緣電阻下降到一定值就動作，就是要繼電器的整定特性與某一指定的等電導圓相重合即可。這樣無論沿著哪一個等電納圓進入整定圓，其動作電導(或電阻)必相同。在迭加相同的電壓情況下，電導的變化可通過判斷電流來實現。還有一種方法就是判斷相位法，如ZJ-2型轉子一點接地保護。原理圖3中：Gm、Gn為整定電導，Y為勵磁回路對地測量導納。

圖3 導納原理疊加交流式ZJ-2型轉子一點接地保護原理圖

繼電器中帶通的作用是消除轉子回路中的高次諧波對繼電器動作值的影響。繼電器采用電感和隔直電容組成了50Hz串聯諧振電路，只允許50Hz的電壓通過，保證轉子對地導納Y的準確性。保護范圍是整個發電機轉子繞組。

特點：動作值不受轉子對地電容、故障地點和轉子電壓及其諧波成分的影響。靈敏度一致、靈敏度較高。但是需向轉子回路迭加交流電壓，回路復雜，對調試的要求較高。該保護從原理上不能將動作電阻整定的太大，整定的電阻太大如20K時，將出現動作電阻值不穩定現象。

運行注意事項：這種保護裝置必須做到電刷和大軸之間的接觸電阻要小，即要加大電刷壓力，有利于定值的穩定。特別注意軸電刷與軸滑環之間的接觸電阻對導納繼電器的影響。為使繼電器正確動作,必須保證接地碳刷與轉子大軸間的接觸電阻ΔＲ≤50Ω,為此應增加電刷與大軸間的壓力而更換碳刷,或改為均壓刷架，或增設一對碳刷(為防止刷架發生共振應與原碳刷位置相差90°)。

電橋式轉子一點接地保護

原理：在正常情況下調節電阻使流過電橋繼電器的不平衡電流最小。當轉子繞組某一點經過R接地后，電橋失去平衡流過繼電器的電流大于動作電流時，保護動作，見圖4。

圖4 電橋式轉子一點接地保護的構成原理

特點：在轉子繞組正端或者負端接地時，保護裝置的靈敏度最高，在正常運行時可達500KΩ左右。但該保護在轉子中間有死區、停機時不能檢測、靈敏度不一致、靈敏度受平衡調節的影響大。

運行注意事項：發電機實際存在轉子偏心和磁路不完全對稱而造成勵磁回路中具有少量的交流成分，可在繼電器前加一個整流濾波回路，利用電橋內固有交流分量消除死區。繼電器的動作整定電流要考慮空載和強勵時的平衡情況。

切換采樣式一點接地保護(乒乓式)

原理：在發電機運行時輪流測量轉子繞組正極、負極的對地電流，并根據測得的結果計算出轉子繞組回路的對地電阻值和接地故障的位置。

設在轉子繞組K點經電阻Rg接地。則轉子一點接地保護的構成原理見圖5。S1、S2為可控的電子開關，輪流閉合及斷開。由于轉子繞組的直流電阻很小，可以忽略。

圖5 切換采樣式一點接地保護(乒乓式)

特點：保護只反映轉子回路對地的電阻，動作值不受轉子對地電容、故障地點和轉子電壓的影響。不需向轉子回路迭加電壓，在微機保護實現采樣時，對S1、S2可用光耦(耐壓值不小于7500V)實現電氣隔離和控制，轉子電壓Ud和R1上的直流電壓值可由霍爾變換器實現隔離和變換。

該方案可實現繼電器中低壓器件和轉子回路間的電氣隔離有利于安全。保護的優點是可近似估算出接地點的電氣位置。這種切換式具有繼承性，即通過一些電路的計算能轉入轉子兩點接地判斷。不同位置接地故障時保護的靈敏度均勻。但可控硅勵磁的諧波會使測量誤差增大，停機后不能正常檢測。

運行注意事項：轉子回路的分布電容和對地電容以及保護裝置內部的電容會使得在S1、S2合上的瞬間相應的電流有較大的暫態值，為保證測量準確必須在S1、S2合上延時Δt后采樣。

外加直流電源方式的轉子一點接地保護

原理：在發電機轉子繞組的一極對大軸之間加一個直流電壓，通過采樣直流電壓的輸出電流，來測量轉子繞組的對地電阻。其構成原理如圖6所示。

圖6 迭加直流式轉子一點保護原理圖

正常工況下，發電機轉子繞組不接地，外加直流電壓不會產生電流。當轉子繞組中接地電阻為Rx時，外加直流電壓通過部分轉子繞組、Rx、大軸構成回路，產生電流If。接地電阻越小If越大，反之亦反。

保護裝置通過改變測量回路內阻得到兩個測量值If1、If2，根據兩個電流的大小，通過解方程組消去不確定的勵磁回路電壓值Vf后，便可計算出接地電阻值Rx。

迭加的直流可由輔助電壓互感器提供的交流經整流得到或采用外加電源，也可以采用由保護裝置自產的直流電壓。外加直流電源通常是將發電機機端TV二次某一相間電壓通過單相橋式整流后取得。也可將保護裝置所用的直流電源經過隔離變換后供轉子一點接地保護用。保護范圍為轉子的整個繞組，無死區。

特點：轉子一點接地保護的注入直流電源系裝置自產。機組停運時也能檢測轉子繞組的對地絕緣，具有較高的經濟意義；該保護無死區、靈敏度高、不同位置接地故障時保護的動作靈敏度一致；受轉子電壓中高次諧波的影響相對較小；不受轉子過電壓的影響。

運行注意事項：動作電阻的整定：R1為高定值，當轉子對地絕緣電阻大幅度降低時發出信號，R1取(8～10)KW是適宜的。R2為低定值，動作后作用于切機，考慮轉子兩點接地的危害，R2取(0.5～1)KW較為合理；動作延時可取6～9秒；

當該轉子一點接地保護投入運行時會影響轉子回路的絕緣測量系統，反之亦然。故若有此兩種裝置時，只能投入其中一套，否則會相互影響。雙重化的保護也只能投入一套，另一套作為冷備用。

小結

微機保護的發展日新月異,微機保護運行安全、可靠、工作量少、操作簡單、調試方便和免維護等優勢為發電機變壓器組保護的設計、運行、管理提供了極大的方便,同時也大大提高了保護的正確動作率。因轉子是處于強電場和強磁場中、高速旋轉又有很大的對地電容，所以在實現保護功能時要在硬件上采用帶通、帶阻、電容等回路消除轉子電壓中的高次諧波對動作值的影響，微機保護還可在軟件中加入成熟算法，從而加強微機測量接地電阻值時的準確度，使測量電阻值的誤差在5%以下，使之更好地滿足現場的要求。

(摘編自《電氣技術》，原文標題為“發電機轉子一點接地保護的研究”，作者為趙厚濱、薛伊琴。)返回搜狐，查看更多

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總結

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