UNS3020a-Var.1/2型发电机转子接地保护装置

北极星电力网技术频道作者:刘蓉1，李霆2 2002/8/1 13:06:11

关键词: 跨越电桥电位量接地保护

摘要：研究、讨论了瑞士ABB公司生产的VNS3020a-Var.1/2型发电机转子接地装置保护工作原理、及调试整定方法，通过实际运用经验，完善功能稳定性及减少装置发生误动的可能性，论证其在ABB公司CT13E燃汽轮发电机组及WX18Z汽轮发电机组转子接地保护中应用的重要性。

关键词：[HTSS]跨越电桥；电位量；接地保护

UNS3020a-Var.1/2型发电机转子接地保护装置是瑞士ABB公司生产，用来检测额定励磁电压为1?000?V及以下(Var.1)和3?000?V及以下(Var.2)的同步发电机励磁线圈的接地故障，该装置具有两级保护，且保护装置是一个具有自身辅助电源的独立单元，它适用于任何一种励磁系统。该装置集成化程度高，性能可靠灵敏度高，具有自检功能便于安装调试。其已广泛用于ABB生产的各种类型发电机转子接地保护中。下面重点介绍UNS3020a转子接地保护的特性、工作原理、整定计算、调试中应注意事项，以及保护装置误动的原因分析及改进。

1特性

该保护装置具有两级保护，一级用来对轻微的大地漏电发出警报，另一级则对严重的大地漏电发出跳闸指令。UNS3020a具有自检功能，用来检测本装置所有电子线路工作是否正。

2工作原理

该装置采用惠斯登电桥原理来测量转子绕组与大轴之间的接地电容(R/C测量桥)以决定大地漏电流^［１］。

转子绕组与大轴接地之间的自然电容C_R加上联接电容C_K1和C_K2构成电桥桥臂中的一条，正常情况下C_K1和C_K2大于C_R，测量桥由一个外部的辅助交流电源供电，当电桥平衡时，则跨越电桥的电位量非常小，即当下面条件满足时此电桥平衡。见图1。

当发电机转子绕组发生接地故障，则电桥平衡被打破其电位量上升，根据U+值的大小决定发出报警(Stagel alarm)或跳闸(Stage2 trip)。

2.1测量桥

保护输入电路一端(端子X1：2)利用匹配电容(C_K1、C_K2联到励磁线圈，另一端(端子X1：1)经碳刷联在接地大轴上。输入电路由两个高值电阻R和由电容C1101至C1104组成的调整电容C_X，转子绕组与大地之间的自然电容C_R，匹配电容C_K1和C_K2共同组成UNS3020a的R/C测量桥。测量桥的辅助电源既可由独立的交流电源供电也可由发电机出口PT供电，电桥按标准非故障情况校准平衡，即跨越电桥的电压值最小。与大轴相联的桥臂应在最初安装时，通过测量转子线圈包括所有转子供电电缆的电容来进行初始化^［２］。原理图见图2。

2.2发信及跳闸继电器

当发生接地故障时，转子绕组电容被故障漏电阻分流，电桥平衡被打破，整定值(漏电阻)Rf和延时t_Ａ可由两个独立的测量回路设置定值，通过可调电阻R_f1、R_f2、t_A1、t_A2设定动作值^［３］。

2.3电子电路辅助电源

保护自身的电力供给单元是按额定输入电压110V或220?V交流50/60?Hz或110V、125V、220V、250V直流设计的。直流及交流都连在双端子X3：3/X3：4和X3：1/X3：2上。电源的供给也可以用一个独立的24V±10%直流电源供电到端子X3：6和X3：7，此电源不经过电子电路PCB而经过一个2A的快速保险2AF直接给内部电路供电。

2.4测量桥电源

测量桥需要一个110V±30%或220V±30%交流电源，如用110V电源则可由发电机出口PT供电，加在端子X2：14及X2：15上，这种供电方式即当及发电机不运行时保护不投入。它的优点在于发电机投入励磁时保护不必外加信号将装置闭锁。如测量桥采用独立辅助的交流电源供电，则保护在发电机不运行时也可投入，但在投励磁时则必须有一外来24V电压信号将保护装置闭锁(因为在投入励磁时产生的高频电压脉冲容易使装置误动)。

3整定计算

3.1测量外部电容

打开连结片S₁及S₂，使用合适的电容测量仪，在发电机额定转速且励磁未投入情况下从端子X1：1和X1：2测量外部回路电容。

3.2决定补偿电容

其中：C_K1、C_K2为匹配电容2μF； C_R为转子绕组与大轴接地的自然电容。

3.3报警信号U+的设定

通过一个外接电阻模拟转子绕组正负端之间的漏电阻，并测量插孔U+的电压来设定报警(Stagel alarm)和跳闸(Stage2 trip)信号U+的动作值。电阻额定值由励磁电压及所设定检测出的泄漏决定。(注：U+正比于测量桥的供电电压)我厂保护装置漏阻抗整定值：信号(Stagel):5kΩ对应U+为2.2Ｖ， t_A_１=5s；跳闸(Stage 2): 1kΩ对应U+为2.65Ｖ， t_A2=1s

4安装调试中的注意事项及保护装置误动作的原因分析

4.1安装调试中的注意事项

装置安装调试时，其测量线路所用电缆截面应不小于2.5mm²，匹配电容与保护装置和励磁绕组之间的联接电缆绝缘标准应高于5kV，接地保护端子X1：1应直接连在大轴接地碳刷上，碳刷与转子绕组及大轴接触必须良好，大轴接地也应良好。在测量转子绕组与大轴接地之间的自然电容时，应使用测量精度高的电容测试仪器。所选用的匹配电容不仅要性能好，而且要精度高尽可能接近实测值，不仅要在静态将电桥调试平衡，更重要是在动态将电桥调试平衡，此外保护装置所使用的碳刷以及固定碳刷的弹簧压力大小、测量桥供电电源电压是否稳定都会影响保护装置的正常工作，因此在安装调试时要特别注意，只有使测量桥的平衡达到最优才能确保装置安全可靠运行。

4.2保护装置误动作的原因分析

我厂5^#机(168MW)、6#机(75.2?MW)转子接地保护采用同一型号保护装置，6^#机从1997年投产至今从未发生过一次误报警现象，而5^#机从1995年投产以来多次发生误报警现象，其中1998年9月和1999年11月两次引起机组跳闸，每次保护装置动作后检查发电机转子绝缘都在200兆以上从而确认机组两次跳机均为保护装置误动作，分析误动的原因主要有以下几个方面：①由于该保护装置匹配电容配制及电桥平衡没有调到最优状态机组正常运行时，U+始终有0.4V的电压；②由于机组偶尔振动突变造成接地碳刷与大轴接触不良使U+电压增大；③由于发电机出口电压波动(主要是电压上升)引起U+增大；④发电机两套励磁相互切换时产生的高频电压脉冲使U+电压增大；⑤固定碳刷的弹簧压力不够导致碳刷与大轴接触不好造成电桥平衡被破坏。第一次误跳机，主要是原配碳刷用完而选用国产石墨碳刷，由于石墨碳刷较脆，在运行中崩掉一块从而导致碳刷与大轴接触不好，造成U+增大而跳机。第二次误跳机，分析是由于燃机火焰脉动机组保护性甩负荷而导致发电机出口电压偏高(U+正比于测量桥的供电电压)保护装置出口动作而跳机。针对上述可能引起保护装置误动的原因，我们一一进行了改进；①重新调电桥平衡U+输出减小为0.002V；②加强定期对保护装置接地碳刷及弹簧压力的检查，碳刷选用电化石墨碳刷；③改变供电方式，采用UPS供电；④对保护定值进行适当调整，将报警电压调整为2.4V跳闸电压调整为2.8?V。通过上述改进后至今再未发生过保护装置误动作的现象。