发电机转子绝缘在线监测和接地定位技术的应用

李晓文

（河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300）

发电机转子绝缘在线监测和接地定位技术的应用

李晓文

（河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300）

分析了发电机转子接地保护不能进行绝缘监测、不能准确接地定位的问题；提出了转子绝缘监测和接地定位方法；通过现场模拟试验证明绝缘监测和接地定位正确，满足运行要求。

发电机转子接地保护；绝缘在线监测；接地定位

1 问题的提出

现有的发电机都配有转子一点接地保护装置，其整定值一般小于1 kΩ～10 kΩ左右停机或报警；查找接地故障点采用逐级分段法，以缩小查找范围，存在以下问题：

（1）在发电机运行中，常出现在转子绕组或磁极连接板受热膨胀或在离心力作用下发生接地，而停机进行处理时，因温度下降或转子处于静止状态，故障点又消失了，重新开机运行，接地故障又发生了，由于不能记忆这种动态接地故障点的位置，因无法找到故障点的位置而不能处理，影响发电机的安全运行。

（2）即使停机后接地点仍然存在，采用逐级分段法，即将发电机转子磁极或线圈连线处分段解开，用电阻表判断是在哪一段接地，以缩小范围，再把该段磁极或线圈连线处解开，这样依次分段下去，直到判断是哪一个磁极或哪一个线圈接地，由于断开点多，恢复难度也大，这个过程一般需要10 h以上，直接影响电厂的经济效益。

（3）由于接地电阻整定值较低，不能预测转子绕组接地故障，导致接地故障已经发生了才故障停机或报警，影响发电机的安全运行。

（4）现有接地保护及其方法不能动态诊断发电机转子的绝缘情况，现场人员对其绝缘状态心中无数，只有等到保护装置发出转子一点接地信号后，方才知道绝缘降低了，但降低到何种程度，无法判断，使生产指挥人员很难决策是否停机处理，不能做到状态检修。

根据国家能源局关于印发《防止电力生产事故的二十五项重点要求》的通知（国能安全【2014】161号）第10.11.1条款：当发电机转子回路发生接地故障时，应立即查明故障点与性质。张河湾电站安装了一套贵阳新光电气有限公司研制的WL2CA-S2型发电机转子绝缘在线监测及其接地定位装置，用于对发电机转子绕组的对地绝缘监测、报警，以防止发电机转子绕组接地故障，并进行动态接地故障点、静态接地故障点快速准确定位，指明是哪一个磁极或哪一块连接板接地，既落实了“反措”，保护发电机的安全运行，又缩短检修工期，增加经济效益。

2 转子绝缘在线监测和接地定位技术

图1 转子绝缘监测和接地定位示意图

如图1所示，将转子正极、负极和大轴三根线接入发电机转子绝缘在线监测和接地定位装置。装置内部，在电脑控制下，通过网络阻抗的变换，得到两个方程组，再根据转子磁极数和转子电压，就得到转子对地绝缘Rf阻值和某一个接地磁极号或磁极之间的连接板号；并将其显示在屏幕上，可通过RS485接口送到上位机实现远方监控；当绝缘降低到绝缘降低整定值时，发出绝缘降低报警信号，当绝缘再降低到绝缘接地整定值时，发出转子接地保护报警信号，同时记忆接地前后转子绝缘变化数据。图2 a）显示3号磁极通过21 kΩ电阻接地画面，图2 b）显示5号磁极与6号磁极之间的连接板通过45号磁极接地画面，图2 c）是8号磁极绝缘劣化趋势画面。

图2 显示截图

3 主要功能及技术指标

（1）励磁电压：0～500 V，分辩率0.1 V（≥0.5 V时）。精度0.5级。

（2）励磁绝缘电阻显示：0～5 MΩ，误差：＜10%（＞10 kΩ时），±1 kΩ（≤10 kΩ时）。特殊要求可制作0～10 MΩ。

（3）接地定位显示：0%～100%。误差：±1%。对水轮发电机显示某号磁极接地或某磁极之间的连线接地。

（4）用液晶屏幕显示：可显示绝缘变化曲线和磁极回路。

（5）接地保护整定范围：5～50 kΩ。接地保护继电器输出两对空接点，容量可直接驱动220 V及以下电压型中间继电器。返回系数：1.1。

（6）绝缘降低整定范围：5～990 kΩ。接地保护继电器输出空接点，容量可直接驱动220 V及以下电压型中间继电器。返回系数：1.1。

（7）接地保护输出延时整定：5～100 s。

（8）能记忆15次接地前后各25组绝缘电阻及定位数据。

（9）机组正常运行时，不需要外加电压，当机组停机时，励磁电压为0 V，装置自动在负极对大轴外加24 V，作为停机时的绝缘测量和接地保护。

（10）能实时查看励磁绝缘分布情况。

（11）装置具有带隔离的RS485通讯接口，能与上位机通讯，实现远方监测。

（12）装置具有4～20 mA信号输出。

（13）装置具有自恢复功能、自检功能以及多种滤波方法，抗干扰能力强。

（14）能短时承受5 000 V励磁电压，以防止励磁强励、灭磁时产生的过电压而损坏设备。

（15）装置能够独立工作，也可以与原有转子接地保护配合工作。

4 现场安装和运行方式

WL2CA-S2型发电机转子绝缘监测及接地定位装置现场安装的运行方式结构如图3所示。

图3 WL2CA-S绝缘监测装置安装结构示意图

72 WK是装置电源直流空气开关（220 V，6 A），安装在屏内。

73 n为切换开关，“X”表示接点接通，安装在屏面上。

当73 n切换开关把手指向左边时，WL2CA-S绝缘监测和接地定位装置与机组转子接地保护是配合运行方式，前者的整定值要大于后者。即：WL2CA-S2实时监测转子绝缘，当转子绝缘低于绝缘降低整定值（如100 kΩ）时，及时发出绝缘降低信号；当绝缘值继续低于转子接地整定值（如50 kΩ）时，发出接地报警信号，同时指出接地点的具体位置，记忆接地前后的绝缘变化过程，保持当前状态，不再监测；然后由机组转子接地保护根据其整定值判断是否发出接地报警信号。也就是说，在配合运行方式下，如果转子绝缘监测装置、机组转子一点接地保护测得转子绝缘值各自都低于接地整定值时，它们都发出接地报警信号。在该方式下，当WL2CA-S2装置检测转子绝缘值大于其接地整定值时，装置内部机组转子接地保护的大轴线是断开的；当等于或小于其接地电阻值时，装置自动将机组转子接地保护的大轴线接通。

当73 n切换开关把手指向中间时，WL2CA-S2绝缘监测装置独立运行，具有绝缘监测、接地定位、接地保护功能。机组转子一点接地保护的大轴线被断开而自动退出。

当73 n切换开关把手指向右边时，WL2CA-S2绝缘监测装置的大轴线被断开而退出运行，机组转子接地保护独立运行。

WL2BS型转子电压变送器和72 WK空气开关安装在导轨上。安装时当转子电压变送器（WL2BS）与绝缘监测装置不在同一屏柜时，应通过8芯屏蔽控制电缆连接（2.5 mm2）。

5 现场试验

使用新光公司提供的模拟调试仪，在转子负极端子模拟其中一个磁极或相连两个磁极的连接板接地，装置能正确发出绝缘降低、接地保护信号，能正确显示接地故障位置及其接地电阻值。

（1）绝缘试验

表1

（2）接地定位试验（模拟10个磁极，接地电阻47 kΩ）

表2

6 运行方式切换和绝缘报警、接地试验

装置独立运行试验：运行方式开关置于中间位置，在转子负极分别通过100 kΩ、47 kΩ电阻接地，装置显示、绝缘降低报警、接地报警正常。

装置与原有机组保护配合运行试验：运行方式开关置于左边位置，转子分别通过100 kΩ、47 kΩ电阻接地，装置显示、绝缘降低报警、接地报警正常；同时机组转子接地保护投入运行（当小于其整定值时，接地保护动作正常）。

装置退出运行试验：运行方式开关置于右边位置，绝缘监测装置退出运行，只显示转子电压。机组转子接地保护投入运行（当小于其整定值时，接地保护动作正常）。

7 结束语

经实践验证，在转子负极端子或任意一个磁极或相连两个磁极的连接板接地，装置均能正确发出绝缘降低、接地保护信号，能正确显示接地故障位置及其接地电阻值。

[1]贺家李，宋从距.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2004.

[2]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2000.

[3]梅祖彦.抽水蓄能发电技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

[4]李玉海，刘 昕，李 鹏.电力系统主设备继电保护试验[M].北京：中国电力出版社，2005.

[5]NB/T 35010-2013水利发电厂继电保护设计导则 [S].北京：中国电力出版社，2013.

TM312

B

1672-5387（2016）12-0026-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.010

2016-08-29

李晓文（1982-），男，工程师，从事机电保护维护工作。