發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地故障分析及處理

楊聯(lián)聯(lián)，張 巖

（1.淮浙煤電有限責(zé)任公司鳳臺(tái)發(fā)電分公司，安徽 淮南 232131；2.浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310004）

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地故障分析及處理

楊聯(lián)聯(lián)1，張 巖2

（1.淮浙煤電有限責(zé)任公司鳳臺(tái)發(fā)電分公司，安徽 淮南 232131；2.浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310004）

通過一起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)裝置頻繁告警故障的分析查找，分析了可能導(dǎo)致保護(hù)裝置動(dòng)作的各種情況，通過逐一排查，最終發(fā)現(xiàn)和消除了故障產(chǎn)生的原因，并總結(jié)得出查找此類故障的步驟和建議，可供應(yīng)用同類保護(hù)裝置的發(fā)電機(jī)組參考。

轉(zhuǎn)子繞組；接地保護(hù)；接地刷辮；軟連接

1 故障現(xiàn)象

鳳臺(tái)發(fā)電廠一期工程為2×600 MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)為東方電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的QFSN-600-2-22C，轉(zhuǎn)子繞組采用氫氣冷卻方式。轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置采用南京南瑞繼保電氣有限公司RCS-985注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，2臺(tái)機(jī)組于2008年8月投入運(yùn)行，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)投發(fā)信，裝置運(yùn)行穩(wěn)定。

繼保人員在某次日常巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置顯示接地點(diǎn)位置α為0.7%，接地電阻Rg為15 kΩ，但未達(dá)到告警定值10 kΩ，而正常運(yùn)行時(shí)α位置應(yīng)該在50%、接地電阻Rg為300 kΩ。顯示接地時(shí)間大約持續(xù)15 min。

檢修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，在轉(zhuǎn)子接地保護(hù)屏測(cè)量正對(duì)地電壓約270 V，負(fù)對(duì)地電壓約50 V。技術(shù)人員趕往1號(hào)發(fā)電機(jī)平臺(tái)，檢查發(fā)現(xiàn)大軸接地刷辮跳動(dòng)且有火花，充分按壓大軸接地刷辮后，打開碳刷小室門測(cè)量正極碳刷對(duì)地及負(fù)極碳刷對(duì)地均正常，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)報(bào)警消失，處理結(jié)束后初步認(rèn)為發(fā)電機(jī)大軸在高速旋轉(zhuǎn)期間，因刷辮和大軸表面不光滑、接觸面不平整、表面受污、刷辮接觸壓力不夠等因素，可能導(dǎo)致接地刷辮跳變接觸不良、電容充放電、轉(zhuǎn)子接地保護(hù)接地電阻減小等情況；接地電阻減小后，發(fā)電機(jī)正、負(fù)對(duì)地電壓不平衡的原因?yàn)椋喊l(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路為浮地系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)大軸不接地時(shí)會(huì)造成勵(lì)磁系統(tǒng)接地點(diǎn)漂移，而且往勵(lì)磁負(fù)極漂移，從而使正、負(fù)對(duì)地電壓不平衡。檢修人員對(duì)接地刷辮及刷辮接觸大軸的地方進(jìn)行了徹底的清理及緊固。同時(shí)，對(duì)勵(lì)磁機(jī)正、負(fù)極碳刷也進(jìn)行檢查、更換及碳粉清理工作，確保勵(lì)磁機(jī)正、負(fù)極碳刷及接地刷辮正常穩(wěn)定運(yùn)行。

隨后幾天內(nèi)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)又多次啟動(dòng)，其中有5次持續(xù)時(shí)間超過3 s，但每次等檢修人員到達(dá)后接地告警已消失。雖然對(duì)大軸接地刷辮進(jìn)行充分清洗及緊固，但未能徹底消除轉(zhuǎn)子接地保護(hù)發(fā)生告警的情況。

2 轉(zhuǎn)子接地保護(hù)配置及原理

RCS-985注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的原理是在轉(zhuǎn)子繞組的正負(fù)兩端與大軸之間注入方波電源，實(shí)時(shí)求解轉(zhuǎn)子對(duì)地的絕緣電阻值，注入電壓由保護(hù)裝置產(chǎn)生。裝置的工作電路如圖1所示，Rx為測(cè)量回路電阻，Ry為注入式大功率電阻，Us為注入電源模塊，Rg為轉(zhuǎn)子繞組對(duì)大軸的絕緣電阻。

根據(jù)雙端注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理，可得到圖2所示的等效電路。

圖1 雙端注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理

圖2 等效電路

圖2中Cy為勵(lì)磁回路對(duì)地電容。注入周期整定為1 s，每秒變極性2次，當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，可認(rèn)為Rg=∞，由于注入式大功率電阻Ry阻值為47 kΩ，注入電源在變極性過程中的暫態(tài)現(xiàn)象早已結(jié)束。通過測(cè)量方波電源在正半波和負(fù)半波兩種狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)泄漏電流i1、i2，可求解出轉(zhuǎn)子接地電阻Rg=2Us/（i1-i2）-（Rx+0.5Ry），進(jìn)而判斷是否存在轉(zhuǎn)子接地。

3 接地故障分析

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組高速旋轉(zhuǎn)時(shí)極易發(fā)生一點(diǎn)接地故障。轉(zhuǎn)子接地故障可以分為永久性接地故障、瞬時(shí)性接地故障和斷續(xù)性接地故障。永久性接地故障主要是由于轉(zhuǎn)子回路對(duì)地絕緣降低或者勵(lì)磁回路接地造成的。瞬時(shí)性接地故障主要是由于發(fā)電機(jī)內(nèi)部積累大量碳粉、鐵屑等雜質(zhì)，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力帶動(dòng)雜質(zhì)飛揚(yáng)，當(dāng)密度達(dá)到一定程度時(shí)，對(duì)大軸形成導(dǎo)電層，進(jìn)而發(fā)生轉(zhuǎn)子接地，這類故障通常在清掃發(fā)電機(jī)內(nèi)部及勵(lì)磁機(jī)碳刷后就能消除；也有可能因轉(zhuǎn)子滑環(huán)、槽及槽口、引線等部位絕緣損壞造成。

3.1 保護(hù)裝置及二次回路檢查

每臺(tái)機(jī)組配置2套發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，正常運(yùn)行時(shí)1套投入運(yùn)行、另1套冷備用。如果保護(hù)裝置采樣不準(zhǔn)確，將直接影響裝置對(duì)接地電阻的測(cè)量結(jié)果。對(duì)2套保護(hù)裝置進(jìn)行校驗(yàn)后，未發(fā)現(xiàn)異常，因而排除了保護(hù)裝置自身原因?qū)е鹿收系目赡?。保護(hù)裝置的輸出端與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子大軸的正負(fù)極相連接，二次回路檢查對(duì)地和線間絕緣良好，因此也可排除二次回路的原因。

3.2 注入電壓周期定值檢查

機(jī)組勵(lì)磁回路對(duì)地電容一般不會(huì)變化，在轉(zhuǎn)子接地保護(hù)投產(chǎn)調(diào)試期間，曾根據(jù)轉(zhuǎn)子對(duì)地電容的大小對(duì)注入電壓周期進(jìn)行整定。隨著勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行，RC軸電壓回路的電容性能可能發(fā)生變化，目前整定的注入電壓周期有可能已經(jīng)不能滿足穩(wěn)態(tài)電流的計(jì)算要求。故將注入電壓的周期由1 s調(diào)整為1.5 s，結(jié)果在觀察期間接地電阻仍有變化，因此也可排除注入電壓周期的影響因素。

3.3 勵(lì)磁碳刷與大軸接地檢查

在轉(zhuǎn)子接地保護(hù)告警時(shí)曾發(fā)現(xiàn)刷辮打火，由于當(dāng)接地刷辮與大軸頻繁接觸時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地電容頻繁充放電，這時(shí)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)采集到的電流為暫態(tài)電流，故計(jì)算出的接地電阻也在變化，有可能影響轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)接地電阻值的測(cè)量，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置發(fā)信。人為模擬接地刷辮一側(cè)脫離大軸、另外一側(cè)頻繁接觸大軸，檢查轉(zhuǎn)子接地保護(hù)測(cè)量的接地電阻及接地位置變化情況，發(fā)現(xiàn)接地電阻變化范圍在20 kΩ～150 kΩ，并未達(dá)到保護(hù)動(dòng)作值。同時(shí)對(duì)正負(fù)極碳刷進(jìn)行碳粉清理、檢查更換，并對(duì)接地刷辮及刷辮接觸大軸的地方進(jìn)行徹底清理及緊固后，仍然出現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)發(fā)信的情況，因此判斷勵(lì)磁碳刷和大軸接觸不良也不是導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子保護(hù)發(fā)信的原因。

3.4 勵(lì)磁回路檢查

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓由勵(lì)磁系統(tǒng)提供，該電壓是勵(lì)磁變輸出至勵(lì)磁整流柜后經(jīng)整流再接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈，用于向發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)繞組提供直流電流。根據(jù)第一次接地報(bào)警時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子正、負(fù)極對(duì)地電壓不平衡的情況，為進(jìn)一步論證發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是否存在接地點(diǎn)，人為解除大軸的接地刷辮，以測(cè)量發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓是否漂移，漂移幅度是否達(dá)到60 V。解除大軸的接地點(diǎn)，測(cè)量正、負(fù)極對(duì)地電壓較接地前向負(fù)極漂移約20 V，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)正極對(duì)地及負(fù)極對(duì)地電壓相差50 V?？紤]到第一次接地報(bào)警消失后測(cè)量勵(lì)磁正、負(fù)極對(duì)地電壓基本平衡，因而打開勵(lì)磁小室出線柜門，恢復(fù)大軸接地點(diǎn)，并在勵(lì)磁小室出線柜測(cè)量勵(lì)磁正、負(fù)極對(duì)地電壓，此時(shí)發(fā)現(xiàn)保護(hù)裝置接地電阻又發(fā)生變化且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。檢查確認(rèn)發(fā)電機(jī)接地刷辮接觸良好，立即打開碳刷小室門作進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)接地報(bào)警消失；關(guān)閉碳刷小室后，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置又發(fā)一點(diǎn)接地告警信息，由此推斷轉(zhuǎn)子接地保護(hù)告警可能與勵(lì)磁小室出線柜有關(guān)。

在仔細(xì)檢查勵(lì)磁小室出線時(shí)，發(fā)現(xiàn)出線柜上方勵(lì)磁母排軟連接處的橡膠外殼部分因負(fù)壓向勵(lì)磁直流母排方向凹進(jìn)，橡膠外殼很可能與勵(lì)磁負(fù)極母排接觸。將橡膠外殼往外拉出后，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)告警信息復(fù)歸，且發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓正常，故斷定該故障是因勵(lì)磁母排橡膠外殼與勵(lì)磁負(fù)極母排接觸引起。

利用機(jī)組調(diào)停機(jī)會(huì)檢查勵(lì)磁出線軟連接，發(fā)現(xiàn)橡膠外殼對(duì)地絕緣電阻約十幾歐姆。橡膠外殼在負(fù)壓及電磁力、震動(dòng)等作用下，造成與勵(lì)磁負(fù)極母排軟連接的螺桿接觸，導(dǎo)致負(fù)極接地，拆下來的橡膠皮上有與螺桿明顯接觸的痕跡。打開碳刷小室門后，負(fù)壓破環(huán)，橡膠外殼遠(yuǎn)離勵(lì)磁母排，勵(lì)磁回路對(duì)地絕緣恢復(fù)，勵(lì)磁電壓正常，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作信號(hào)消失。

至此，導(dǎo)致鳳臺(tái)發(fā)電廠轉(zhuǎn)子接地保護(hù)頻繁發(fā)信的原因已基本確定：

（1）發(fā)電機(jī)碳刷小室因進(jìn)風(fēng)孔濾網(wǎng)堵塞，正負(fù)刷架下的風(fēng)扇連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成碳刷小室及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁母排風(fēng)道形成很大的負(fù)壓，以致軟連接處的橡膠外殼與勵(lì)磁母排相互接觸。

（2）軟連接處的橡膠外殼絕緣不良。機(jī)組調(diào)停期間對(duì)軟連接處進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)橡膠外殼長(zhǎng)期被負(fù)壓吸進(jìn)后部分已糟化，絕緣也不合格。

（3）軟連接與母排連接的螺絲安裝方式不合理。軟連接與母排連接的螺桿應(yīng)朝向里側(cè)，但檢查卻發(fā)現(xiàn)螺桿朝向外側(cè)，縮短了母排與橡膠外殼的距離，在負(fù)壓及震動(dòng)的作用下，螺桿很容易碰觸到絕緣已不合格的橡膠外殼。

4 采取的措施

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)頻繁告警的原因查明后，結(jié)合機(jī)組檢修對(duì)勵(lì)磁母線軟連接橡膠進(jìn)行加固，并檢查勵(lì)磁母線軟連接螺絲的安裝情況，對(duì)類似不合理的地方進(jìn)行整改。同時(shí)，在日常運(yùn)行維護(hù)中定期檢查清理碳刷小室的濾網(wǎng)、接地刷辮及正、負(fù)極碳刷，加強(qiáng)對(duì)軟連接處橡膠外殼的檢查，發(fā)現(xiàn)不合格后立即進(jìn)行更換或采取加強(qiáng)絕緣的措施。采取上述措施后，機(jī)組未再出現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)發(fā)信的情況。

5 結(jié)語(yǔ)

轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置會(huì)因某些外界因素的影響導(dǎo)致接地刷辮、正負(fù)極碳刷接觸不良或接觸電阻增大，有可能引起轉(zhuǎn)子接地保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)，直接影響保護(hù)動(dòng)作的正確率。

當(dāng)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地報(bào)警時(shí)，一般應(yīng)先檢查、清洗、緊固接地刷辮和正負(fù)極碳刷，再檢查轉(zhuǎn)子電壓引入勵(lì)磁系統(tǒng)、故障錄波、轉(zhuǎn)子接地保護(hù)屏的回路及保護(hù)裝置有無異常等；排除外部回路影響后，再考慮停機(jī)檢查發(fā)電機(jī)本體及勵(lì)磁系統(tǒng)的接地故障。

對(duì)于不穩(wěn)定的接地，除不停機(jī)檢查項(xiàng)目外還應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視，可接入錄波器進(jìn)行跟蹤，通過接地時(shí)勵(lì)磁電壓、繞組溫度、勵(lì)磁電流、機(jī)組振動(dòng)情況等綜合判斷接地狀態(tài)，再?zèng)Q定是否停機(jī)檢查。

[1]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用（第二版）[M].北京:中國(guó)電力出版社，2001.

（本文編輯：龔 皓）

Generator Rotor Ground Fault Analysis and Treatment

YANG Lian-lian1，ZHANG Yan2
（1.Huazhe Coal&Power Co.，Ltd Fengtai Power Branch，Huainan Anhui 232131，China; 2.ZheJiang Electric Power Testand Research Institute，Hangzhou 310004，China）

This paper analyzes various reasons for frequent fault alarms of single-point grounding protection device of generator rotor through the analysis and examination and the causes of faults are found and eliminated eventually after investigation.It sums up the procedures and suggestions as for detecting faults of its kind to offer a reference for generating units with same type of protection devices.

rotor winding；grounding protection；brush cord；soft connection

TM621.3

B

1007-1881（2010）08-0034-03

2010-04-09

楊聯(lián)聯(lián)（1981-），女，安徽淮南人，工程師，從事繼電保護(hù)工作。

張 巖 （1975-），男，山東文登人，工程師，從事電網(wǎng)生產(chǎn)管理工作。