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【摘要】目前针对同步发电机转子一点接地保护方法与技术的研究多针对有刷同步发电机而言，较少涉及到针对无刷励磁同步发电机转子一点接地保护问题的研究。本文为弥补研究局限，尝试对无刷励磁同步发电机的运行原理进行分析，并从单端注入方波电压一点接地保护、叠加直流电压一点接地保护两个方面着手，就无刷励磁同步发电机转子一点接地保护的关键技术手段与实现方式进行了分析与探讨，仅供参考与关注。
【关键词】无刷励磁同步发电机;转子;一点接地保护
现代电力工业中对同步发电机的应用规模日益扩大，电力系统生产中同步发电机所扮演作用是非常关键的，其运行质量直接对整个电力供应系统的运行性能产生影响。但受结构以及安装质量等一系列因素的影响，同步发电机在高速旋转状态下转子承受较大离心力作用，导致转子绕组频频出现绝缘故障，以绕组接地为最常见故障表现形式。
1 无刷励磁同步发电机概述
无刷励磁同步发电机主要构成包括主发电机、旋转整流器、交流励磁机这几个部分。主发电机为旋转磁级同步发电机，旋转整流器为三相整流桥，交流励磁机则为旋转电枢同步发电机。无刷励磁同步发电机的基本运行原理是：在原动机面向主发电机提供拖动作用力同時旋转的过程当中，交流励磁机的转子上电枢绕组对发电机剩磁进行切割处理，此过程中基于自励机制形成三相交流电，并在旋转整流器的处理条件下将三相交流电经整流形成直流电，在此基础之上进入主发电机转子绕组内达到励磁目的。
2 单端注入方波电压一点接地保护
下图（如图1）所示为无刷励磁同步发电机单端注入式转子接地保护的基本工作原理示意图。采用单端注入方波电压的一点接地保护模式在转子负端与大地间增加一个方波电源压，参考转子绕组对地电容大小对注入电源所对应切换频率进行动态调节，以满足转子一点接地电阻实时性求解需求。该一点接地保护反应无刷励磁同步发电机转子对大轴绝缘电阻的下降。
图1中，定义R为注入大功率电阻，Us为注入方波电源，Rm为测量回路电阻，Rg为转子绕组相对于大轴的绝缘电阻水平，UL为无刷励磁同步发电机励磁直流电压。假定在α点出现一点接地故障，由于电气量测量是在稳态环境下进行，因此可以忽略接地电容水平对接地电阻的影响，将等效电路视作直流注入。
在无刷励磁同步发电机励磁电压保持恒定的情况下，方波电压正半波周期内，可形成如下关系式（1）：
在负半波条件下，方波除注入电压极性发生变化以外，其他情况与正半波周期情况一致，因此可以得到如下关系式（2）：
在无刷励磁同步发电机励磁电压处于变化状态的情况下（主要是因强励磁、启停机操作等因素影响），可以参考上式（1）对回路方程进行编写，参考方波电压正半波、负半波周期的影响，可以得到如下式（3）所示关系：
结合上式（3），对于无刷励磁同步发电机而言，在励磁电压发生波动的情况下，已经将励磁电压作用分量引入接地电阻计算公式当中。实际情况下，注入式保护装置没有的针对励磁电压变化波动进行动态监测的硬件电路配置，因而无法对励磁电压变化情况进行动态反应。励磁电压已发生变化的情况下，仍然按照传统模式进行计算，则导致计算结果存在一定误差，具体误差可以用如下式（4）所示方式表述：
3 叠加直流电压一点接地保护
单纯叠加直流电压难以对接地电阻进行准确可靠的计算。为弥补这一问题，可尝试将切换采样与叠加直流电压相结合的方式，对一点接地保护进行改进，基于对叠加直流电压的计算以及开关装置切换形成回路方程，进而使针对接地电阻的计算更为精确。
经改进后的叠加直流电压一点接地保护基本原理如下图（见图3）所示。结合图3，将大功率电阻定义为R，将采样电阻定义为Rm，将接地点位置定义为α，将接地电阻定义为Rg。
4 结束语
在一点接地故障情况下，发电机仍然可持续投入运行，但若继续发生第二接地点故障，便会导致接地短路，影响同步发电机乃至整个电力系统的安全运行。从这一角度上来说，必须通过配置转子一点接地保护装置的方式，可靠保护同步发电机运行性能，预防第二接地故障点的发生。本文上述分析中尝试就无刷励磁同步发电机转子一点接地保护的关键技术手段与实现方式进行了分析与探讨，仅供参考与关注。
参考文献：
[1]代小兵.发电机转子一点接地故障分析与处理[J].盐科学与化工，2020，49（1）：32-34.
[2]张国稳，钱仕英，祁光胜.发电机转子绕组一点接地故障的快速检查及处理[J].电网与清洁能源，2012，28（8）：51-53.
[3]李维波.凸极同步电机转子绕组一点接地故障快速诊断[J].中小型电机，2001，28（3）：67.
【关键词】无刷励磁同步发电机;转子;一点接地保护
现代电力工业中对同步发电机的应用规模日益扩大，电力系统生产中同步发电机所扮演作用是非常关键的，其运行质量直接对整个电力供应系统的运行性能产生影响。但受结构以及安装质量等一系列因素的影响，同步发电机在高速旋转状态下转子承受较大离心力作用，导致转子绕组频频出现绝缘故障，以绕组接地为最常见故障表现形式。
1 无刷励磁同步发电机概述
无刷励磁同步发电机主要构成包括主发电机、旋转整流器、交流励磁机这几个部分。主发电机为旋转磁级同步发电机，旋转整流器为三相整流桥，交流励磁机则为旋转电枢同步发电机。无刷励磁同步发电机的基本运行原理是：在原动机面向主发电机提供拖动作用力同時旋转的过程当中，交流励磁机的转子上电枢绕组对发电机剩磁进行切割处理，此过程中基于自励机制形成三相交流电，并在旋转整流器的处理条件下将三相交流电经整流形成直流电，在此基础之上进入主发电机转子绕组内达到励磁目的。
2 单端注入方波电压一点接地保护
下图（如图1）所示为无刷励磁同步发电机单端注入式转子接地保护的基本工作原理示意图。采用单端注入方波电压的一点接地保护模式在转子负端与大地间增加一个方波电源压，参考转子绕组对地电容大小对注入电源所对应切换频率进行动态调节，以满足转子一点接地电阻实时性求解需求。该一点接地保护反应无刷励磁同步发电机转子对大轴绝缘电阻的下降。
图1中，定义R为注入大功率电阻，Us为注入方波电源，Rm为测量回路电阻，Rg为转子绕组相对于大轴的绝缘电阻水平，UL为无刷励磁同步发电机励磁直流电压。假定在α点出现一点接地故障，由于电气量测量是在稳态环境下进行，因此可以忽略接地电容水平对接地电阻的影响，将等效电路视作直流注入。
在无刷励磁同步发电机励磁电压保持恒定的情况下，方波电压正半波周期内，可形成如下关系式（1）：
在负半波条件下，方波除注入电压极性发生变化以外，其他情况与正半波周期情况一致，因此可以得到如下关系式（2）：
在无刷励磁同步发电机励磁电压处于变化状态的情况下（主要是因强励磁、启停机操作等因素影响），可以参考上式（1）对回路方程进行编写，参考方波电压正半波、负半波周期的影响，可以得到如下式（3）所示关系：
结合上式（3），对于无刷励磁同步发电机而言，在励磁电压发生波动的情况下，已经将励磁电压作用分量引入接地电阻计算公式当中。实际情况下，注入式保护装置没有的针对励磁电压变化波动进行动态监测的硬件电路配置，因而无法对励磁电压变化情况进行动态反应。励磁电压已发生变化的情况下，仍然按照传统模式进行计算，则导致计算结果存在一定误差，具体误差可以用如下式（4）所示方式表述：
3 叠加直流电压一点接地保护
单纯叠加直流电压难以对接地电阻进行准确可靠的计算。为弥补这一问题，可尝试将切换采样与叠加直流电压相结合的方式，对一点接地保护进行改进，基于对叠加直流电压的计算以及开关装置切换形成回路方程，进而使针对接地电阻的计算更为精确。
经改进后的叠加直流电压一点接地保护基本原理如下图（见图3）所示。结合图3，将大功率电阻定义为R，将采样电阻定义为Rm，将接地点位置定义为α，将接地电阻定义为Rg。
4 结束语
在一点接地故障情况下，发电机仍然可持续投入运行，但若继续发生第二接地点故障，便会导致接地短路，影响同步发电机乃至整个电力系统的安全运行。从这一角度上来说，必须通过配置转子一点接地保护装置的方式，可靠保护同步发电机运行性能，预防第二接地故障点的发生。本文上述分析中尝试就无刷励磁同步发电机转子一点接地保护的关键技术手段与实现方式进行了分析与探讨，仅供参考与关注。
参考文献：
[1]代小兵.发电机转子一点接地故障分析与处理[J].盐科学与化工，2020，49（1）：32-34.
[2]张国稳，钱仕英，祁光胜.发电机转子绕组一点接地故障的快速检查及处理[J].电网与清洁能源，2012，28（8）：51-53.
[3]李维波.凸极同步电机转子绕组一点接地故障快速诊断[J].中小型电机，2001，28（3）：67.