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一、发电机转子接地的危害：
发电机励磁绕组包括转子绕组和非旋转励磁设备，是与转子的金属部件绝缘隔离的。若转子采用风冷或氢冷，绝缘阻抗相对较高。但实际上，即使转子的绝缘足够好，励磁绕组绝缘故障也会在绕组和大地之间形成一个电导路径，产生励磁接地故障。通常情况下，同步发电机的励磁绕组是不接地的，加之转子电压（DC500V左右）较低，因此，励磁绕组一点接地故障电流很小，不会对发电机有所损害，也不会影响发电机组的运行，但一点接地的存在增加了励磁绕组其它位置的静电强度，即大大增加了励磁绕组其它点发生第二点接地故障的可能性。而两点接地故障所产生的励磁回路短路电流将会导致严重后果，对发电机转子的损伤也是毁灭性的。主要的危害有以下几方面：
1）转子磁场发生畸变，不仅使发电机电压和电流的波形发生畸变，而且引起机械振动。
2）励磁电流经部分铁芯而形成回路，在接地点处产生直流电弧。如产生电弧，则在高温作用下，会烧坏励磁绕组甚至使转子铁芯局部熔化，造成永久性损伤，使转子报废。
3）巨大的励磁电流杂散流过汽轮机外壳，可使汽缸磁化。
4）由于短路后励磁回路电阻减小，结果励磁电流增大，如短路匝数过多，会使励磁回路过电流。
为确保发电机组的安全运行，当发电机转子绕组或励磁回路发生一点接地后，应立即发出信号，告知运行人员进行处理；若发生两点接地时，应立即切除发电机。因此，对发电机组装设转子一点接地保护和转子两点接地保护是非常必要的。
根据《GB/T 14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程》4.2.11规定：对1MW及以下发电机的转子一点接地故障，可装设定期检测装置。1MW以上的发电机应装设专用的转子一点接地保护装置延时动作于信号，宜减负荷平稳停机，有条件时可动作于程序跳闸。对旋转励磁的发电机宜装设一点接地故障定期检测装置。
对于汽轮发电机，在励磁回路出现一点接地后，可以继续运行一定时间（但必须投入转子两点接地保护）；而对于水轮发电机，在发现转子一点接地后，应立即安排停机。因此，水轮发电机一般不设置转子两点接地保护。
二、我厂#5发电机转子接地保护：
邹县电厂Ⅲ期工程安装有两台600MW燃煤汽轮发电机组，发电机是由日本日立公司（HITACH）和中国东方电气集团公司（DEC）联合设计制造的DH-600-G型，全封闭、自通风、强制润滑、水/氢氢冷却、圆筒形转子、同步交流发电机。
1、#5机组1997年1月17日投产到2010年10月份技改性大修，#5发变组保护采用的是瑞士ABB生产的、当时具有世界先进水平的REG216型微机保护。14年的运行来看，可靠稳定。REG216发电机转子接地保护原理如图1所示：
图1：REG216发电机转子接地保护原理图
其中转子接地保护组成、工作原理： 注入波幅为50V左右、频率为12.5Hz的方波电压，通过测量转子回路对地电阻来判断转子绕组接地故障。Ur=50* REr/（REr+R转子），Rer=1 kΩ，RPc=0.2kΩ，而正常情况下R转子很大，故Ur很小，当转子绕组发生一点接地时，R转子大幅降低，故Ur很大。经微机保护装置内部换算后，即可判断出转子绝缘降低程度。
转子绝缘降到5kΩ时报警，报警延时0.5S；转子绝缘降到500Ω时跳闸，跳闸延时2.5S。
2、2010年10月份#5机组技改性大修期间，#5发变机保护升级改造为ABB生产的REG670保护，其中的转子接地保护由12.5HZ的方波低频信号注入型更换为工频交流注入型转子接地保护装置（装置电源为机组UPS电源）。实践证明，该保护抗干扰能力差，受负荷、谐波等外部因素影响严重，保护频繁误动（信号），不能正常投运，威胁机组安全。2012年3月份，#5机小修中将#5发电机转子接地保护更换为国电南自设计制造的DGT801D型数字式转子保护装置至今（稍后详解），在改造投信号近1年观察，无误发等情况发生，现#5发变组保护中“转子接地保护”已投入跳闸。
三、DGT801D型数字式转子保护装置原理介绍：
1、装置的特点
DGT801D系列发电机注入式转子接地保护，在未加励磁电压的情况下也能监视转子绝缘，无死区，在转子绕组上任一点接地时，保护的灵敏度高且一致。采用自适应有源切换技术，消除转子绕组对地电容的影响。
1）DGT801D型专用发电机转子接地保护单装置
该装置的体积小，便于安装， 适用于转子接地保护无需就地安装的场合。 集成在DGT801系列微机发电机变压器组成套保护装置中，嵌入专用注入电源模块（注入约50V直流电压），直流输入采用高性能的隔离放大器。装置外观如图2所示：
图2：DGT801D型专用发电机转子接地保护单装置
2、保护原理
1）构成原理
①一点接地
注入式转子接地保护的构成原理是：在发电机转子绕组的一极（正极或负极）对大轴之间，注入一个直流电压，通过计算直流电压的输出电流，来测量转子绕组或励磁回路的对地绝缘。其构成原理框图如图3所示。
图3 发电机注入式转子接地保护原理图
在图3中： -外加直流电压；
-计算及测量元件；
R-转子接地电阻。
正常工况下，发电机转子绕组或励磁回路不接地，外加直流电压不会产生电流；当转子绕组或励磁回路中发生一点接地时（设接地电阻为R），则外加直流电压通过部分转子绕组、接地电阻、发电机大轴构成回路，产生电流 。接地电阻越小， 越大；反之亦反。测量计算装置根据电流 的大小，便可计算出接地电阻值。
② 两点接地
发电机正常运行时，定子电压中只有基波很小的奇次谐波分量，这是由于气隙磁通的空间分布完全对称于横轴，将其按福里叶级展开，其中没有偶次谐波。因此，不会在定子绕组中产生偶次谐波电势。 当发电机转子绕组发生两点接地短路或匝间短路时，气隙磁通分布均匀性被破坏，在定子绕组中将产生二次谐波电压。分析表明，在三相定子绕组中产生反相序的二次谐波电压，定子二次谐波电压式转子两点接地保护，就是根据上述原理构成的。
图4发电机注入式转子接地保护接入原理图
2）注入电源的采集
在转子接地保护中采用的注入电源采用由保护装置自产直流电压。在DGT801D系列发电机变压器保护装置中，将保护装置的外加直流电源，通过逆变变压器变成高频交流，再将该高频交流通过整流及滤波产生约50V左右的直流，供转子一点接地保护用。
3）动作逻辑
①在DGT801D系列装置中，转子一点接地保护的逻辑框图如图5所示。
图5转子一点接地保护逻辑框图
在图5中： -测量电阻； -动作电阻高定值； -动作电阻低定值。
②在DGT801D系列装置中，转子两点接地保护的逻辑框图如图6所示。
图6 转子二点接地保护逻辑框图
在图6中： 、 -分别为反相序的二次谐波电压和正相序的二次谐波电压； -二次谐波电压元件动作电压整定值。
正常运行时，该保护退出运行。当转子绕组或励磁系统发生一点接地故障时自动投入运行。其优点是：不受外部故障或其他机组转子两点接地时在定子绕组中出现二次谐波电压的影响。
3）装置建议的定值整定
目前，发电机转子电压最高只有500V～600V。若按避免转子两点接地时损坏发电机方面考虑，转子一点接地保护的高定值 取8～10KΩ，低定值 可取2 KΩ。
对于汽轮发电机，转子一点接地保护应只投信号。
转子一点接地保护的动作延时，可取6～10S。
可按实际测量值整定，可取
= 式中： -可靠系数，取10； -空载额定电压时的测量值。
通常 =1.5～2V。
动作延时可取0.3～0.5秒，以躲过外部故障时在定子绕组中产生的暂态二次谐波电压及瞬间转子两点接地。
4）我厂#5发电机转子接地保护定值
考虑到两点接地故障对机组的危害，#5发电机保护中不再装设励磁回路两点接地保护，而是只设置转子单点接地保护，保护定值如下：
转子接地一段（Rg1），报警定值：5kΩ； 延时： 2s。
转子接地二段（Rg2），跳闸定值：500Ω； 延时： 2s。
四、运行注意事项：
1）因正常运行时转子注入单元向转子注入一48V直流电源，所以机组停运时应将转子接地装置电源停电，开机前将装置电源送上。新的转子接地保护转子电压取自励磁调节器灭磁柜，并且在转子电压负极新加一个电源开关（发电机检修、恢复备用时务必确认该开关状态正确），正常运行时需将此开关合上。尤其注意的是，在测量转子绝缘时，务必将转子接地保护退出运行，否则将可能烧损注入单元。
2）机组正常运行中，DG801D装置显示如图7，转子绝缘良好时整个回路电流最小，对应绝缘电阻119KΩ；转子有接地时，测量回路电流最大，对应绝缘电阻较小直至为零。当装置报警时，应尽快对励磁全回路（从励磁柜输出到滑环碳刷）进行检查，若无外部异常，则可确定为转子内部绕组真实接地，应尽早安排停机。
图7 DG801D装置显示屏
五 结束语
发电机转子接地保护方式、技术发展迅速，新型保护方式不断出现，应坚持从实际出发，遵从先投信号，后投跳闸的原则，选择可靠稳定的保护装置，保证发电机安全运行。
发电机励磁绕组包括转子绕组和非旋转励磁设备，是与转子的金属部件绝缘隔离的。若转子采用风冷或氢冷，绝缘阻抗相对较高。但实际上，即使转子的绝缘足够好，励磁绕组绝缘故障也会在绕组和大地之间形成一个电导路径，产生励磁接地故障。通常情况下，同步发电机的励磁绕组是不接地的，加之转子电压（DC500V左右）较低，因此，励磁绕组一点接地故障电流很小，不会对发电机有所损害，也不会影响发电机组的运行，但一点接地的存在增加了励磁绕组其它位置的静电强度，即大大增加了励磁绕组其它点发生第二点接地故障的可能性。而两点接地故障所产生的励磁回路短路电流将会导致严重后果，对发电机转子的损伤也是毁灭性的。主要的危害有以下几方面：
1）转子磁场发生畸变，不仅使发电机电压和电流的波形发生畸变，而且引起机械振动。
2）励磁电流经部分铁芯而形成回路，在接地点处产生直流电弧。如产生电弧，则在高温作用下，会烧坏励磁绕组甚至使转子铁芯局部熔化，造成永久性损伤，使转子报废。
3）巨大的励磁电流杂散流过汽轮机外壳，可使汽缸磁化。
4）由于短路后励磁回路电阻减小，结果励磁电流增大，如短路匝数过多，会使励磁回路过电流。
为确保发电机组的安全运行，当发电机转子绕组或励磁回路发生一点接地后，应立即发出信号，告知运行人员进行处理；若发生两点接地时，应立即切除发电机。因此，对发电机组装设转子一点接地保护和转子两点接地保护是非常必要的。
根据《GB/T 14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程》4.2.11规定：对1MW及以下发电机的转子一点接地故障，可装设定期检测装置。1MW以上的发电机应装设专用的转子一点接地保护装置延时动作于信号，宜减负荷平稳停机，有条件时可动作于程序跳闸。对旋转励磁的发电机宜装设一点接地故障定期检测装置。
对于汽轮发电机，在励磁回路出现一点接地后，可以继续运行一定时间（但必须投入转子两点接地保护）；而对于水轮发电机，在发现转子一点接地后，应立即安排停机。因此，水轮发电机一般不设置转子两点接地保护。
二、我厂#5发电机转子接地保护：
邹县电厂Ⅲ期工程安装有两台600MW燃煤汽轮发电机组，发电机是由日本日立公司（HITACH）和中国东方电气集团公司（DEC）联合设计制造的DH-600-G型，全封闭、自通风、强制润滑、水/氢氢冷却、圆筒形转子、同步交流发电机。
1、#5机组1997年1月17日投产到2010年10月份技改性大修，#5发变组保护采用的是瑞士ABB生产的、当时具有世界先进水平的REG216型微机保护。14年的运行来看，可靠稳定。REG216发电机转子接地保护原理如图1所示：
图1：REG216发电机转子接地保护原理图
其中转子接地保护组成、工作原理： 注入波幅为50V左右、频率为12.5Hz的方波电压，通过测量转子回路对地电阻来判断转子绕组接地故障。Ur=50* REr/（REr+R转子），Rer=1 kΩ，RPc=0.2kΩ，而正常情况下R转子很大，故Ur很小，当转子绕组发生一点接地时，R转子大幅降低，故Ur很大。经微机保护装置内部换算后，即可判断出转子绝缘降低程度。
转子绝缘降到5kΩ时报警，报警延时0.5S；转子绝缘降到500Ω时跳闸，跳闸延时2.5S。
2、2010年10月份#5机组技改性大修期间，#5发变机保护升级改造为ABB生产的REG670保护，其中的转子接地保护由12.5HZ的方波低频信号注入型更换为工频交流注入型转子接地保护装置（装置电源为机组UPS电源）。实践证明，该保护抗干扰能力差，受负荷、谐波等外部因素影响严重，保护频繁误动（信号），不能正常投运，威胁机组安全。2012年3月份，#5机小修中将#5发电机转子接地保护更换为国电南自设计制造的DGT801D型数字式转子保护装置至今（稍后详解），在改造投信号近1年观察，无误发等情况发生，现#5发变组保护中“转子接地保护”已投入跳闸。
三、DGT801D型数字式转子保护装置原理介绍：
1、装置的特点
DGT801D系列发电机注入式转子接地保护，在未加励磁电压的情况下也能监视转子绝缘，无死区，在转子绕组上任一点接地时，保护的灵敏度高且一致。采用自适应有源切换技术，消除转子绕组对地电容的影响。
1）DGT801D型专用发电机转子接地保护单装置
该装置的体积小，便于安装， 适用于转子接地保护无需就地安装的场合。 集成在DGT801系列微机发电机变压器组成套保护装置中，嵌入专用注入电源模块（注入约50V直流电压），直流输入采用高性能的隔离放大器。装置外观如图2所示：
图2：DGT801D型专用发电机转子接地保护单装置
2、保护原理
1）构成原理
①一点接地
注入式转子接地保护的构成原理是：在发电机转子绕组的一极（正极或负极）对大轴之间，注入一个直流电压，通过计算直流电压的输出电流，来测量转子绕组或励磁回路的对地绝缘。其构成原理框图如图3所示。
图3 发电机注入式转子接地保护原理图
在图3中： -外加直流电压；
-计算及测量元件；
R-转子接地电阻。
正常工况下，发电机转子绕组或励磁回路不接地，外加直流电压不会产生电流；当转子绕组或励磁回路中发生一点接地时（设接地电阻为R），则外加直流电压通过部分转子绕组、接地电阻、发电机大轴构成回路，产生电流 。接地电阻越小， 越大；反之亦反。测量计算装置根据电流 的大小，便可计算出接地电阻值。
② 两点接地
发电机正常运行时，定子电压中只有基波很小的奇次谐波分量，这是由于气隙磁通的空间分布完全对称于横轴，将其按福里叶级展开，其中没有偶次谐波。因此，不会在定子绕组中产生偶次谐波电势。 当发电机转子绕组发生两点接地短路或匝间短路时，气隙磁通分布均匀性被破坏，在定子绕组中将产生二次谐波电压。分析表明，在三相定子绕组中产生反相序的二次谐波电压，定子二次谐波电压式转子两点接地保护，就是根据上述原理构成的。
图4发电机注入式转子接地保护接入原理图
2）注入电源的采集
在转子接地保护中采用的注入电源采用由保护装置自产直流电压。在DGT801D系列发电机变压器保护装置中，将保护装置的外加直流电源，通过逆变变压器变成高频交流，再将该高频交流通过整流及滤波产生约50V左右的直流，供转子一点接地保护用。
3）动作逻辑
①在DGT801D系列装置中，转子一点接地保护的逻辑框图如图5所示。
图5转子一点接地保护逻辑框图
在图5中： -测量电阻； -动作电阻高定值； -动作电阻低定值。
②在DGT801D系列装置中，转子两点接地保护的逻辑框图如图6所示。
图6 转子二点接地保护逻辑框图
在图6中： 、 -分别为反相序的二次谐波电压和正相序的二次谐波电压； -二次谐波电压元件动作电压整定值。
正常运行时，该保护退出运行。当转子绕组或励磁系统发生一点接地故障时自动投入运行。其优点是：不受外部故障或其他机组转子两点接地时在定子绕组中出现二次谐波电压的影响。
3）装置建议的定值整定
目前，发电机转子电压最高只有500V～600V。若按避免转子两点接地时损坏发电机方面考虑，转子一点接地保护的高定值 取8～10KΩ，低定值 可取2 KΩ。
对于汽轮发电机，转子一点接地保护应只投信号。
转子一点接地保护的动作延时，可取6～10S。
可按实际测量值整定，可取
= 式中： -可靠系数，取10； -空载额定电压时的测量值。
通常 =1.5～2V。
动作延时可取0.3～0.5秒，以躲过外部故障时在定子绕组中产生的暂态二次谐波电压及瞬间转子两点接地。
4）我厂#5发电机转子接地保护定值
考虑到两点接地故障对机组的危害，#5发电机保护中不再装设励磁回路两点接地保护，而是只设置转子单点接地保护，保护定值如下：
转子接地一段（Rg1），报警定值：5kΩ； 延时： 2s。
转子接地二段（Rg2），跳闸定值：500Ω； 延时： 2s。
四、运行注意事项：
1）因正常运行时转子注入单元向转子注入一48V直流电源，所以机组停运时应将转子接地装置电源停电，开机前将装置电源送上。新的转子接地保护转子电压取自励磁调节器灭磁柜，并且在转子电压负极新加一个电源开关（发电机检修、恢复备用时务必确认该开关状态正确），正常运行时需将此开关合上。尤其注意的是，在测量转子绝缘时，务必将转子接地保护退出运行，否则将可能烧损注入单元。
2）机组正常运行中，DG801D装置显示如图7，转子绝缘良好时整个回路电流最小，对应绝缘电阻119KΩ；转子有接地时，测量回路电流最大，对应绝缘电阻较小直至为零。当装置报警时，应尽快对励磁全回路（从励磁柜输出到滑环碳刷）进行检查，若无外部异常，则可确定为转子内部绕组真实接地，应尽早安排停机。
图7 DG801D装置显示屏
五 结束语
发电机转子接地保护方式、技术发展迅速，新型保护方式不断出现，应坚持从实际出发，遵从先投信号，后投跳闸的原则，选择可靠稳定的保护装置，保证发电机安全运行。