發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣在線監(jiān)測和接地定位技術(shù)的應用

李曉文

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣在線監(jiān)測和接地定位技術(shù)的應用

李曉文

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

分析了發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護不能進行絕緣監(jiān)測、不能準確接地定位的問題；提出了轉(zhuǎn)子絕緣監(jiān)測和接地定位方法；通過現(xiàn)場模擬試驗證明絕緣監(jiān)測和接地定位正確，滿足運行要求。

發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護；絕緣在線監(jiān)測；接地定位

1 問題的提出

現(xiàn)有的發(fā)電機都配有轉(zhuǎn)子一點接地保護裝置，其整定值一般小于1 kΩ～10 kΩ左右停機或報警；查找接地故障點采用逐級分段法，以縮小查找范圍，存在以下問題：

（1）在發(fā)電機運行中，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，而停機進行處理時，因溫度下降或轉(zhuǎn)子處于靜止狀態(tài)，故障點又消失了，重新開機運行，接地故障又發(fā)生了，由于不能記憶這種動態(tài)接地故障點的位置，因無法找到故障點的位置而不能處理，影響發(fā)電機的安全運行。

（2）即使停機后接地點仍然存在，采用逐級分段法，即將發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極或線圈連線處分段解開，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，這樣依次分段下去，直到判斷是哪一個磁極或哪一個線圈接地，由于斷開點多，恢復難度也大，這個過程一般需要10 h以上，直接影響電廠的經(jīng)濟效益。

（3）由于接地電阻整定值較低，不能預測轉(zhuǎn)子繞組接地故障，導致接地故障已經(jīng)發(fā)生了才故障停機或報警，影響發(fā)電機的安全運行。

（4）現(xiàn)有接地保護及其方法不能動態(tài)診斷發(fā)電機轉(zhuǎn)子的絕緣情況，現(xiàn)場人員對其絕緣狀態(tài)心中無數(shù)，只有等到保護裝置發(fā)出轉(zhuǎn)子一點接地信號后，方才知道絕緣降低了，但降低到何種程度，無法判斷，使生產(chǎn)指揮人員很難決策是否停機處理，不能做到狀態(tài)檢修。

根據(jù)國家能源局關(guān)于印發(fā)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》的通知（國能安全【2014】161號）第10.11.1條款：當發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路發(fā)生接地故障時，應立即查明故障點與性質(zhì)。張河灣電站安裝了一套貴陽新光電氣有限公司研制的WL2CA-S2型發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣在線監(jiān)測及其接地定位裝置，用于對發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的對地絕緣監(jiān)測、報警，以防止發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組接地故障，并進行動態(tài)接地故障點、靜態(tài)接地故障點快速準確定位，指明是哪一個磁極或哪一塊連接板接地，既落實了“反措”，保護發(fā)電機的安全運行，又縮短檢修工期，增加經(jīng)濟效益。

2 轉(zhuǎn)子絕緣在線監(jiān)測和接地定位技術(shù)

圖1 轉(zhuǎn)子絕緣監(jiān)測和接地定位示意圖

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

圖2 顯示截圖

3 主要功能及技術(shù)指標

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

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

（3）接地定位顯示：0%～100%。誤差：±1%。對水輪發(fā)電機顯示某號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）接地保護整定范圍：5～50 kΩ。接地保護繼電器輸出兩對空接點，容量可直接驅(qū)動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。接地保護繼電器輸出空接點，容量可直接驅(qū)動220 V及以下電壓型中間繼電器。返回系數(shù)：1.1。

（7）接地保護輸出延時整定：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）機組正常運行時，不需要外加電壓，當機組停機時，勵磁電壓為0 V，裝置自動在負極對大軸外加24 V，作為停機時的絕緣測量和接地保護。

（10）能實時查看勵磁絕緣分布情況。

（11）裝置具有帶隔離的RS485通訊接口，能與上位機通訊，實現(xiàn)遠方監(jiān)測。

（12）裝置具有4～20 mA信號輸出。

（13）裝置具有自恢復功能、自檢功能以及多種濾波方法，抗干擾能力強。

（14）能短時承受5 000 V勵磁電壓，以防止勵磁強勵、滅磁時產(chǎn)生的過電壓而損壞設(shè)備。

（15）裝置能夠獨立工作，也可以與原有轉(zhuǎn)子接地保護配合工作。

4 現(xiàn)場安裝和運行方式

WL2CA-S2型發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣監(jiān)測及接地定位裝置現(xiàn)場安裝的運行方式結(jié)構(gòu)如圖3所示。

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

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

73 n為切換開關(guān)，“X”表示接點接通，安裝在屏面上。

當73 n切換開關(guān)把手指向左邊時，WL2CA-S絕緣監(jiān)測和接地定位裝置與機組轉(zhuǎn)子接地保護是配合運行方式，前者的整定值要大于后者。即：WL2CA-S2實時監(jiān)測轉(zhuǎn)子絕緣，當轉(zhuǎn)子絕緣低于絕緣降低整定值（如100 kΩ）時，及時發(fā)出絕緣降低信號；當絕緣值繼續(xù)低于轉(zhuǎn)子接地整定值（如50 kΩ）時，發(fā)出接地報警信號，同時指出接地點的具體位置，記憶接地前后的絕緣變化過程，保持當前狀態(tài)，不再監(jiān)測；然后由機組轉(zhuǎn)子接地保護根據(jù)其整定值判斷是否發(fā)出接地報警信號。也就是說，在配合運行方式下，如果轉(zhuǎn)子絕緣監(jiān)測裝置、機組轉(zhuǎn)子一點接地保護測得轉(zhuǎn)子絕緣值各自都低于接地整定值時，它們都發(fā)出接地報警信號。在該方式下，當WL2CA-S2裝置檢測轉(zhuǎn)子絕緣值大于其接地整定值時，裝置內(nèi)部機組轉(zhuǎn)子接地保護的大軸線是斷開的；當?shù)扔诨蛐∮谄浣拥仉娮柚禃r，裝置自動將機組轉(zhuǎn)子接地保護的大軸線接通。

當73 n切換開關(guān)把手指向中間時，WL2CA-S2絕緣監(jiān)測裝置獨立運行，具有絕緣監(jiān)測、接地定位、接地保護功能。機組轉(zhuǎn)子一點接地保護的大軸線被斷開而自動退出。

當73 n切換開關(guān)把手指向右邊時，WL2CA-S2絕緣監(jiān)測裝置的大軸線被斷開而退出運行，機組轉(zhuǎn)子接地保護獨立運行。

WL2BS型轉(zhuǎn)子電壓變送器和72 WK空氣開關(guān)安裝在導軌上。安裝時當轉(zhuǎn)子電壓變送器（WL2BS）與絕緣監(jiān)測裝置不在同一屏柜時，應通過8芯屏蔽控制電纜連接（2.5 mm2）。

5 現(xiàn)場試驗

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

（1）絕緣試驗

表1

（2）接地定位試驗（模擬10個磁極，接地電阻47 kΩ）

表2

6 運行方式切換和絕緣報警、接地試驗

裝置獨立運行試驗：運行方式開關(guān)置于中間位置，在轉(zhuǎn)子負極分別通過100 kΩ、47 kΩ電阻接地，裝置顯示、絕緣降低報警、接地報警正常。

裝置與原有機組保護配合運行試驗：運行方式開關(guān)置于左邊位置，轉(zhuǎn)子分別通過100 kΩ、47 kΩ電阻接地，裝置顯示、絕緣降低報警、接地報警正常；同時機組轉(zhuǎn)子接地保護投入運行（當小于其整定值時，接地保護動作正常）。

裝置退出運行試驗：運行方式開關(guān)置于右邊位置，絕緣監(jiān)測裝置退出運行，只顯示轉(zhuǎn)子電壓。機組轉(zhuǎn)子接地保護投入運行（當小于其整定值時，接地保護動作正常）。

7 結(jié)束語

經(jīng)實踐驗證，在轉(zhuǎn)子負極端子或任意一個磁極或相連兩個磁極的連接板接地，裝置均能正確發(fā)出絕緣降低、接地保護信號，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)繼電保護原理[M].北京：中國電力出版社，2004.

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

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

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

[5]NB/T 35010-2013水利發(fā)電廠繼電保護設(shè)計導則 [S].北京：中國電力出版社，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，從事機電保護維護工作。