发电机转子一点接地保护的研究
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Abstract This paper introduces the kinds and theory of one-point ground protections of generator rotor. It Analyses and discusses the better case of them in detail. The problems that must be paid attention to in using protection equipments and how to establish protection equipments are expatiated too. It also advances the development trends of dealing with ground protection of rotor.
（2）特点 接线简单、无死区、转子绕组上任一点接地的 灵敏度相近。但大机组转子回路对地电容较大（1～ 2µF），对地容抗较小，对该原理的转子一点接地保 护有不良影响，灵敏度较低。 （3）运行注意事项 迭加的电源取不停电交流为好，以保证机组停 运时保护还起作用。 3.2 导纳原理叠加交流式一点接地保护（ZJ-2 型） （1）原理 众所周知，当发电机转子回路对地电导和对地 电纳变化时发电机转子回路对地测量导纳的轨迹分 别是一组等电导圆和等电纳圆。要使继电器只反应 转子回路对地绝缘电阻，只要绝缘电阻下降到一定 值就动作，就是要继电器的整定特性与某一指定的 等电导圆相重合即可。这样无论沿着哪一个等电纳 圆进入整定圆，其动作电导（或电阻）必相同。在 迭加相同的电压情况下，电导的变化可通过判断电 流来实现。还有一种方法就是判断相位法，如 ZJ-2 型转子一点接地保护，原理见图 3，其中 Gm、Gn 为整定电导，Y 为励磁回路对地测量导纳。 继电器中带通的作用是消除转子回路中的高次 谐波对继电器动作值的影响。继电器采用电感和隔 直电容组成了 50Hz 串联谐振电路，只允许 50Hz 的 电压通过，保证转子对地导纳 Y 的准确性。保护范
Key words：rotor；one point-ground；protection
1 引言
正常运行时，发电机转子绕组和励磁系统对地是 绝缘的。所以当转子绕组或励磁回路发生一点接地 时，并不构成电流通路，对发电机不会有直接危害。 如果不及时处理，转子回路对地电压有所增大就有可 能导致转子两点接地，危及发电机和系统的安全。
U1'
=
(1− α )Ud R + R1 + Rg
×
R1
（2）
在式（1）、式（2）中：R1、R 已知，U1、U1＇ 和转子电压 Ud 为保护的测量电压，解方程可求出 Rg 及 α。保护范围为整个发电机转子绕组。
（2）特点
保护只反映转子回路对地的电阻，动作值不受 转子对地电容、故障地点和转子电压的影响。不需 向转子回路迭加电压，在微机保护实现采样时，对 S1、S2 可用光耦（耐压值不小于 7500V）实现电气 隔离和控制，转子电压 Ud 和 R1 上的直流电压值可 由霍尔变换器实现隔离和变换。该方案可实现继电 器中低压器件和转子回路间的电气隔离有利于安 全。保护的优点是可近似估算出接地点的电气位置。 这种切换式具有继承性，即通过一些电路的计算能 转入转子两点接地判断。不同位置接地故障时保护 的灵敏度均匀。但可控硅励磁的谐波会使测量误差 增大，停机后不能正常检测。
参考文献
[1] 张保会, 尹项根. 电力系统继电保护[S]. 中国电力 出版社, 2005, 5.
[2] 蒋建东,蔡泽祥.基于输出功率的感应电动机转子故 障检测方法[J].电力自动化设备,2004,24(11):11.
[3] 刘树英,宋雪萍,闻邦椿.转子系统故障发展过程的突 变[J].东北大学学报(自然科学版), 2005, 26(3): 285288.
图 3 导纳原理叠加交流式 ZJ-2 型转子一点接地保护原理图 压及其谐波成分的影响。灵敏度一致、灵敏度较高。 但是需向转子回路迭加交流电压，回路复杂，对调 试的要求较高。该保护从原理上不能将动作电阻整 定的太大，整定的电阻太大如 20kΩ 时，将出现动 作电阻值不稳定现象。 （3）运行注意事项 这种保护装置必须做到电刷和大轴之间的接触 电阻要小，即要加大电刷压力，以有利于定值的稳 定。特别注意轴电刷与轴滑环之间的接触电阻对导 纳继电器的影响。为使继电器正确动作，必须保证 接地碳刷与转子大轴间的接触电阻 ∆R≤50Ω，为此 应增加电刷与大轴间的压力而更换碳刷，或改为均 压刷架，或增设一对碳刷（为防止刷架发生共振应 与原碳刷位置相差 90°）。 3.3 电桥式转子一点接地保护 （1）原理 在正常情况下调节电阻使流过电桥继电器的不 平衡电流最小。当转子绕组某一点经过 R 接地后， 电桥失去平衡流过继电器的电流大于动作电流时， 保护动作，见图 4。
[4] 王维俭, 侯炳蕴. 大型机组继电保护理论基础(第二 版)[M]. 北京: 水利电力出版社, 1989.
Vf
转子绕组
DC
If
外加直 流电源
ＲX
图 6 迭加直流式转子一点保护原理图 正常工况下，发电机转子绕组不接地，外加直 流电压不会产生电流。当转子绕组中接地电阻为 Rx 时，外加直流电压通过部分转子绕组、Rx、大轴构 成回路，产生电流 If。接地电阻越小 If 越大，反之 亦反。 保护装置通过改变测量回路内阻得到两个测量 值 If1、If2，根据两个电流的大小，通过解方程组消 去不确定的励磁回路电压值 Vf 后，便可计算出接地 电阻值 Rx。 迭加的直流可由辅助电压互感器提供的交流经 整流得到或采用外加电源，也可以采用由保护装置 自产的直流电压。外加直流电源通常是将发电机机 端 TV 二次某一相间电压通过单相桥式整流后取
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产品与应用
得。也可将保护装置所用的直流电源经过隔离变换 后供转子一点接地保护用。保护范围为转子的整个 绕组，无死区。
（2）特点 转子一点接地保护的注入直流电源系装置自产。 机组停运时也能检测转子绕组的对地绝缘，具有较高 的经济意义。该保护无死区、灵敏度高、不同位置接 地故障时保护的动作灵敏度一致，受转子电压中高次 谐波的影响相对较小，不受转子过电压的影响。 （3）运行注意事项 动作电阻的整定：R1 为高定值，当转子对地绝 缘电阻大幅度降低时发出信号，R1 取（8～10）kΩ 是适宜的。R2 为低定值，动作后作用于切机，考虑 转子两点接地的危害，R2 取（0.5～1）kΩ 较为合理， 动作延时可取 6～9s。 当该转子一点接地保护投入运行时会影响转子 回路的绝缘测量系统，反之亦然。故若有此两种装 置时，只能投入其中一套，否则会相互影响。双重 化的保护也只能投入一套，另一套作为冷备用。
产品与应用
发电机转子一点接地保护的研究
赵厚滨 1 薛伊琴 2
(1.江苏省电力公司，南京 210024； 2.中国大唐南京下关发电厂，南京 210011）
摘要 介绍发电机转子一点接地保护的种类、原理，对多种实现方案进行详细地分析、讨论 和比较。同时，对现场使用中应充分注意的问题进行了阐述，提出了处理转子接地问题的发展趋 势。
4 结论
微机保护的发展日新月异，微机保护运行安全、
可靠、工作量少、操作简单、调试方便和免维护等 优势为发电机变压器组保护的设计、运行、管理提 供了极大的方便，同时也大大提高了保护的正确动 作率。因转子是处于强电场和强磁场中、高速旋转 又有很大的对地电容，所以在实现保护功能时要在 硬件上采用带通、带阻、电容等回路消除转子电压 中的高次谐波对动作值的影响，微机保护还可在软 件中加入成熟算法，从而加强微机测量接地电阻值 时的准确度，使测量电阻值的误差在 5%以下，使 之更好地满足现场的要求。
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产品与应用
动作后的辅助判断工具，它和其他迭加电压原理的 转子一点接地保护有冲突，导致电压表测量不准确， 所以不能同时投入。可在保护柜内的转子电压引入 电缆上加装开关切换来解决这个问题。 3.1 迭加交流式转子一点接地保护（整流型 ZBZ-2A）
（1）原理 转子回路迭加 50Hz，65V 的交流电源，通过灵 敏的接地继电器检测转子回路对地电流，原理见图 2。
2 发电机转子一点接地保护
转子一点接地保护的种类较多，主要有迭加直 流式、乒乓式及测量转子绕组对地导纳式（实质是 迭加交流式）。国内的发电机转子一点接地保护广 泛采用迭加直流式和乒乓式。发电机正常运行时， 转子回路对地有一定的绝缘电阻和分布电容，它们 的大小与发电机转子的结构、冷却方式等因素有关。 转子回路的对地电容对转子一点接地有不良影响。
围是整个发电机转子绕组。 （2）特点 动作值不受转子对地电容、故障地点和转子电
图 2 ZBZ-2A 型发电机转子一点接地保护原理图
其中 65V 作为交流测量电源，电容器 C 起到隔 离直流作用，若无电容器 C，则转子回路就一直接 地。DLG 继电器是接地保护继电器，为防止保护在 励磁回路瞬时性接地和转子绕组暂态过程中的误动 作，应增设延时回路。保护范围是转子绕组的全部。
3 一点接地故障定期检测装置
（1）原理 小机组一般装设检测转子对地直流电压的电压 表，由转换开关测量“转子正对地”、“转子负对 地”、“转子正负之间”的三种电压，原理见图 1。 在转子绕组中间部分有死区，转子两端接地最灵敏。
图 1 一点接地故障定期检测装置原理图 （2）特点 简单、可靠、经济，多台机组可公用一套装置。 但需人为定期检测、判断。 （3）运行注意事项 该保护一般作为其他原理的转子一点接地保护
图 4 电桥式转子一点接地保护的构成原理
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（2）特点 在转子绕组正端或者负端接地时，保护装置的 灵敏度最高，在正常运行时可达 500kΩ 左右。但该 保护在转子中间有死区、停机时不能检测、灵敏度 不一致、灵敏度受平衡调节的影响大。 （3）运行注意事项 发电机实际存在转子偏心和磁路不完全对称而 造成励磁回路中具有少量的交流成分，可在继电器 前加一个整流滤波回路，利用电桥内固有交流分量 消除死区。继电器的动作整定电流要考虑空载和强 励时的平衡情况。 3.4 切换采样式一点接地保护（乒乓式） （1）原理 在发电机运行时轮流测量转子绕组正极、负极 的对地电流，并根据测得的结果计算出转子绕组回 路的对地电阻值和接地故障的位置。 设在转子绕组 K 点经电阻 Rg 接地。则转子一 点接地保护的构成原理见图 5。S1、S2 为可控的电 子开关，轮流闭合及断开。由于转子绕组的直流电 阻很小，可以忽略。
（2）特点 接线简单、无死区、转子绕组上任一点接地的 灵敏度相近。但大机组转子回路对地电容较大（1～ 2µF），对地容抗较小，对该原理的转子一点接地保 护有不良影响，灵敏度较低。 （3）运行注意事项 迭加的电源取不停电交流为好，以保证机组停 运时保护还起作用。 3.2 导纳原理叠加交流式一点接地保护（ZJ-2 型） （1）原理 众所周知，当发电机转子回路对地电导和对地 电纳变化时发电机转子回路对地测量导纳的轨迹分 别是一组等电导圆和等电纳圆。要使继电器只反应 转子回路对地绝缘电阻，只要绝缘电阻下降到一定 值就动作，就是要继电器的整定特性与某一指定的 等电导圆相重合即可。这样无论沿着哪一个等电纳 圆进入整定圆，其动作电导（或电阻）必相同。在 迭加相同的电压情况下，电导的变化可通过判断电 流来实现。还有一种方法就是判断相位法，如 ZJ-2 型转子一点接地保护，原理见图 3，其中 Gm、Gn 为整定电导，Y 为励磁回路对地测量导纳。 继电器中带通的作用是消除转子回路中的高次 谐波对继电器动作值的影响。继电器采用电感和隔 直电容组成了 50Hz 串联谐振电路，只允许 50Hz 的 电压通过，保证转子对地导纳 Y 的准确性。保护范
Key words：rotor；one point-ground；protection
1 引言
正常运行时，发电机转子绕组和励磁系统对地是 绝缘的。所以当转子绕组或励磁回路发生一点接地 时，并不构成电流通路，对发电机不会有直接危害。 如果不及时处理，转子回路对地电压有所增大就有可 能导致转子两点接地，危及发电机和系统的安全。
U1'
=
(1− α )Ud R + R1 + Rg
×
R1
（2）
在式（1）、式（2）中：R1、R 已知，U1、U1＇ 和转子电压 Ud 为保护的测量电压，解方程可求出 Rg 及 α。保护范围为整个发电机转子绕组。
（2）特点
保护只反映转子回路对地的电阻，动作值不受 转子对地电容、故障地点和转子电压的影响。不需 向转子回路迭加电压，在微机保护实现采样时，对 S1、S2 可用光耦（耐压值不小于 7500V）实现电气 隔离和控制，转子电压 Ud 和 R1 上的直流电压值可 由霍尔变换器实现隔离和变换。该方案可实现继电 器中低压器件和转子回路间的电气隔离有利于安 全。保护的优点是可近似估算出接地点的电气位置。 这种切换式具有继承性，即通过一些电路的计算能 转入转子两点接地判断。不同位置接地故障时保护 的灵敏度均匀。但可控硅励磁的谐波会使测量误差 增大，停机后不能正常检测。
参考文献
[1] 张保会, 尹项根. 电力系统继电保护[S]. 中国电力 出版社, 2005, 5.
[2] 蒋建东,蔡泽祥.基于输出功率的感应电动机转子故 障检测方法[J].电力自动化设备,2004,24(11):11.
[3] 刘树英,宋雪萍,闻邦椿.转子系统故障发展过程的突 变[J].东北大学学报(自然科学版), 2005, 26(3): 285288.
图 3 导纳原理叠加交流式 ZJ-2 型转子一点接地保护原理图 压及其谐波成分的影响。灵敏度一致、灵敏度较高。 但是需向转子回路迭加交流电压，回路复杂，对调 试的要求较高。该保护从原理上不能将动作电阻整 定的太大，整定的电阻太大如 20kΩ 时，将出现动 作电阻值不稳定现象。 （3）运行注意事项 这种保护装置必须做到电刷和大轴之间的接触 电阻要小，即要加大电刷压力，以有利于定值的稳 定。特别注意轴电刷与轴滑环之间的接触电阻对导 纳继电器的影响。为使继电器正确动作，必须保证 接地碳刷与转子大轴间的接触电阻 ∆R≤50Ω，为此 应增加电刷与大轴间的压力而更换碳刷，或改为均 压刷架，或增设一对碳刷（为防止刷架发生共振应 与原碳刷位置相差 90°）。 3.3 电桥式转子一点接地保护 （1）原理 在正常情况下调节电阻使流过电桥继电器的不 平衡电流最小。当转子绕组某一点经过 R 接地后， 电桥失去平衡流过继电器的电流大于动作电流时， 保护动作，见图 4。
[4] 王维俭, 侯炳蕴. 大型机组继电保护理论基础(第二 版)[M]. 北京: 水利电力出版社, 1989.
Vf
转子绕组
DC
If
外加直 流电源
ＲX
图 6 迭加直流式转子一点保护原理图 正常工况下，发电机转子绕组不接地，外加直 流电压不会产生电流。当转子绕组中接地电阻为 Rx 时，外加直流电压通过部分转子绕组、Rx、大轴构 成回路，产生电流 If。接地电阻越小 If 越大，反之 亦反。 保护装置通过改变测量回路内阻得到两个测量 值 If1、If2，根据两个电流的大小，通过解方程组消 去不确定的励磁回路电压值 Vf 后，便可计算出接地 电阻值 Rx。 迭加的直流可由辅助电压互感器提供的交流经 整流得到或采用外加电源，也可以采用由保护装置 自产的直流电压。外加直流电源通常是将发电机机 端 TV 二次某一相间电压通过单相桥式整流后取
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产品与应用
得。也可将保护装置所用的直流电源经过隔离变换 后供转子一点接地保护用。保护范围为转子的整个 绕组，无死区。
（2）特点 转子一点接地保护的注入直流电源系装置自产。 机组停运时也能检测转子绕组的对地绝缘，具有较高 的经济意义。该保护无死区、灵敏度高、不同位置接 地故障时保护的动作灵敏度一致，受转子电压中高次 谐波的影响相对较小，不受转子过电压的影响。 （3）运行注意事项 动作电阻的整定：R1 为高定值，当转子对地绝 缘电阻大幅度降低时发出信号，R1 取（8～10）kΩ 是适宜的。R2 为低定值，动作后作用于切机，考虑 转子两点接地的危害，R2 取（0.5～1）kΩ 较为合理， 动作延时可取 6～9s。 当该转子一点接地保护投入运行时会影响转子 回路的绝缘测量系统，反之亦然。故若有此两种装 置时，只能投入其中一套，否则会相互影响。双重 化的保护也只能投入一套，另一套作为冷备用。
产品与应用
发电机转子一点接地保护的研究
赵厚滨 1 薛伊琴 2
(1.江苏省电力公司，南京 210024； 2.中国大唐南京下关发电厂，南京 210011）
摘要 介绍发电机转子一点接地保护的种类、原理，对多种实现方案进行详细地分析、讨论 和比较。同时，对现场使用中应充分注意的问题进行了阐述，提出了处理转子接地问题的发展趋 势。
4 结论
微机保护的发展日新月异，微机保护运行安全、
可靠、工作量少、操作简单、调试方便和免维护等 优势为发电机变压器组保护的设计、运行、管理提 供了极大的方便，同时也大大提高了保护的正确动 作率。因转子是处于强电场和强磁场中、高速旋转 又有很大的对地电容，所以在实现保护功能时要在 硬件上采用带通、带阻、电容等回路消除转子电压 中的高次谐波对动作值的影响，微机保护还可在软 件中加入成熟算法，从而加强微机测量接地电阻值 时的准确度，使测量电阻值的误差在 5%以下，使 之更好地满足现场的要求。
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动作后的辅助判断工具，它和其他迭加电压原理的 转子一点接地保护有冲突，导致电压表测量不准确， 所以不能同时投入。可在保护柜内的转子电压引入 电缆上加装开关切换来解决这个问题。 3.1 迭加交流式转子一点接地保护（整流型 ZBZ-2A）
（1）原理 转子回路迭加 50Hz，65V 的交流电源，通过灵 敏的接地继电器检测转子回路对地电流，原理见图 2。
2 发电机转子一点接地保护
转子一点接地保护的种类较多，主要有迭加直 流式、乒乓式及测量转子绕组对地导纳式（实质是 迭加交流式）。国内的发电机转子一点接地保护广 泛采用迭加直流式和乒乓式。发电机正常运行时， 转子回路对地有一定的绝缘电阻和分布电容，它们 的大小与发电机转子的结构、冷却方式等因素有关。 转子回路的对地电容对转子一点接地有不良影响。
围是整个发电机转子绕组。 （2）特点 动作值不受转子对地电容、故障地点和转子电
图 2 ZBZ-2A 型发电机转子一点接地保护原理图
其中 65V 作为交流测量电源，电容器 C 起到隔 离直流作用，若无电容器 C，则转子回路就一直接 地。DLG 继电器是接地保护继电器，为防止保护在 励磁回路瞬时性接地和转子绕组暂态过程中的误动 作，应增设延时回路。保护范围是转子绕组的全部。
3 一点接地故障定期检测装置
（1）原理 小机组一般装设检测转子对地直流电压的电压 表，由转换开关测量“转子正对地”、“转子负对 地”、“转子正负之间”的三种电压，原理见图 1。 在转子绕组中间部分有死区，转子两端接地最灵敏。
图 1 一点接地故障定期检测装置原理图 （2）特点 简单、可靠、经济，多台机组可公用一套装置。 但需人为定期检测、判断。 （3）运行注意事项 该保护一般作为其他原理的转子一点接地保护
图 4 电桥式转子一点接地保护的构成原理
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（2）特点 在转子绕组正端或者负端接地时，保护装置的 灵敏度最高，在正常运行时可达 500kΩ 左右。但该 保护在转子中间有死区、停机时不能检测、灵敏度 不一致、灵敏度受平衡调节的影响大。 （3）运行注意事项 发电机实际存在转子偏心和磁路不完全对称而 造成励磁回路中具有少量的交流成分，可在继电器 前加一个整流滤波回路，利用电桥内固有交流分量 消除死区。继电器的动作整定电流要考虑空载和强 励时的平衡情况。 3.4 切换采样式一点接地保护（乒乓式） （1）原理 在发电机运行时轮流测量转子绕组正极、负极 的对地电流，并根据测得的结果计算出转子绕组回 路的对地电阻值和接地故障的位置。 设在转子绕组 K 点经电阻 Rg 接地。则转子一 点接地保护的构成原理见图 5。S1、S2 为可控的电 子开关，轮流闭合及断开。由于转子绕组的直流电 阻很小，可以忽略。
