一起300 MW機組轉(zhuǎn)子一點接地保護動作原因分析

于愛民　宋巖　韓國強

摘要：闡述了一起300 MW機組轉(zhuǎn)子一點接地保護動作導(dǎo)致的停機事件，分析了保護誤動的原因，提出了解決方法和防范措施。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機;轉(zhuǎn)子接地故障;接地保護;對地電壓

中圖分類號：TM621.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.028

轉(zhuǎn)子接地是發(fā)電機較常見的故障之一，大型發(fā)電機組均配置了轉(zhuǎn)子接地保護。目前廣泛應(yīng)用的轉(zhuǎn)子接地保護多采用乒乓式原理和注入式原理。本文闡述了一起300 MW機組采用了乒乓式接地保護原理的轉(zhuǎn)子接地保護因接地碳刷接地不良導(dǎo)致的保護誤動案例，分析了保護誤動的原因，并從運行維護及裝置設(shè)計方面提出防范措施。因接地碳刷對大軸接觸不良，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子一點接地保護誤動的案例比較多見，因接地不良導(dǎo)致的保護誤動鮮見報道，具有一定的借鑒意義。

1 機組及保護配置情況

某300 MW機組為上海電氣公司生產(chǎn)的QFSN-33 5-2型水氫氫發(fā)電機，其勵磁系統(tǒng)為自并勵勵磁系統(tǒng)。該機組發(fā)變組保護A、B柜各配置一套乒乓式轉(zhuǎn)子一點接地保護，勵磁調(diào)節(jié)柜內(nèi)置一套注入式轉(zhuǎn)子接地保護裝置，運行時只投入發(fā)變組保護A柜轉(zhuǎn)子接地保護，其他兩套轉(zhuǎn)子接地保護退出。投入運行的接地保護配置兩段，高定值段定值20k，動作于信號，低定值段定值2.5k，延時5s動作于跳閘。

2 故障處理及數(shù)據(jù)分析

2017-07-29，機組有功功率為248 MW，無功功率為35.6 Mvar，主汽溫度540℃，主汽壓力16.0 MPa，機組運行正常。2017-07-29T06：16，發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護動作，機組跳閘。調(diào)取發(fā)變組A柜保護裝置錄波文件，跳閘文件波形如圖1所示，記錄了從裝置啟動到出口跳閘5s左右的時段。從波形中抽取部分時刻的通道采樣值及計算值列入表1.從波形及表1數(shù)據(jù)可以看出，跳閘前后發(fā)電機定子電流、電壓、無功功率、轉(zhuǎn)子電壓均比較穩(wěn)定無突變，轉(zhuǎn)子電壓與無功功率基本對應(yīng)。轉(zhuǎn)子正對地、負(fù)對地電壓采樣值成階段性突變，利用轉(zhuǎn)子正對地、轉(zhuǎn)子負(fù)對地的電壓采樣計算轉(zhuǎn)子電壓的最大點為609.9 V，轉(zhuǎn)子電壓的直接采樣僅為177.6 V，兩者出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，不能對應(yīng)。轉(zhuǎn)子一點接地電阻值從0.70 - 2.43k之間變化，小于跳閘值2.5k持續(xù)時間超過5s，保護出口跳閘。

外觀檢查發(fā)電機轉(zhuǎn)子、集電環(huán)碳刷及滑環(huán)、勵磁變等發(fā)電機勵磁回路相關(guān)設(shè)備發(fā)現(xiàn)無異常，測量勵磁系統(tǒng)正、負(fù)極母排絕緣合格，保護裝置校驗合格。檢查發(fā)電機大軸接地碳刷與大軸接觸良好，但碳刷接地線未可靠接地。發(fā)電機沖轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速時，進行轉(zhuǎn)子交流阻抗測試，數(shù)據(jù)合格。檢查確認(rèn)勵磁回路一次系統(tǒng)無接地，暫將轉(zhuǎn)子一點接地保護改投信號后機組并網(wǎng)。

機組并網(wǎng)后，在接地碳刷接地和不接地兩種情況下用萬用表實測大軸對地電壓，并觀察記錄保護裝置采樣值，結(jié)果如表2所示。大軸不接地時大軸對地電壓變化幅度很大，保護裝置顯示接地電阻值在5 - 300 kΩ之間波動?？煽拷拥睾?，大軸對地電壓相對穩(wěn)定，保護裝置顯示轉(zhuǎn)子接地電阻為300 kΩ（裝置最大量程）。

3 保護動作行為分析

乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護原理如圖2所示，圖中Ur為轉(zhuǎn)子電壓;α為一點接地位置;Rg為一點接地電阻;E為因轉(zhuǎn)子大軸未接地在保護測量回路中疊加的電勢;S1和S2為電子開關(guān)。

由于發(fā)電機磁通的不平衡、汽輪機低壓缸內(nèi)的干蒸汽與汽輪機葉片相摩擦產(chǎn)生靜電電荷等原因[2]，轉(zhuǎn)子充電產(chǎn)生了很高的對地電勢E，如果大軸接地不可靠，此時電勢將直接疊加在保護測量回路中，導(dǎo)致測量電流i1和i2出現(xiàn)偏差，裝置計算接地電阻值錯誤，保護誤動作。

4 防范措施

發(fā)電機大軸在汽輪機軸瓦處單端接地是消除大軸上靜電荷，保護發(fā)電機大軸的有效措施[3]，同時也為轉(zhuǎn)子一點接地保護提供了參考電位點。發(fā)電機大軸接地不良，無法釋放轉(zhuǎn)子大軸上感應(yīng)電荷，在轉(zhuǎn)子一點接地保護回路中疊加感應(yīng)電勢，導(dǎo)致保護測量出現(xiàn)偏差，保護誤動作。

應(yīng)高度重視發(fā)電機接地碳刷接地的可靠性，尤其是轉(zhuǎn)子一點接地投跳閘的機組，在機組檢修后、投運前應(yīng)檢查確認(rèn)大軸接地的可靠性。在機組運行中也應(yīng)定期檢查接地碳刷的接地狀況，防止接地碳刷接地不良導(dǎo)致的保護誤動。

保護動作波形分析表明，轉(zhuǎn)子碳刷未可靠接地，轉(zhuǎn)子正對地、負(fù)對地電壓采樣值成階段性突變，轉(zhuǎn)子正對地、負(fù)對地的電壓采樣計算的轉(zhuǎn)子電壓值與裝置實際采集的轉(zhuǎn)子電壓值出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，不能一一對應(yīng)。而發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生一點接地時不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。建議保護裝置生產(chǎn)廠家據(jù)此在保護邏輯中增設(shè)輔助判據(jù)，當(dāng)轉(zhuǎn)子正對地、負(fù)對地計算的轉(zhuǎn)子電壓值與實測轉(zhuǎn)子電壓值存在嚴(yán)重偏差時，提出預(yù)警或閉鎖保護，防止由于接地不可靠或回路干擾等原因造成的保護誤動。

5 結(jié)語

發(fā)電機大軸接地碳刷接地不良將導(dǎo)致乒乓式原理轉(zhuǎn)子一點接地保護誤動作。確保接地碳刷可靠接地是防止保護誤動的有效措施。保護裝置廠家或可根據(jù)轉(zhuǎn)子正、負(fù)對地電位漂移這一現(xiàn)象增設(shè)報警或閉鎖保護，提高保護的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護原理與應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，1996.

[2]高旭峰.汽輪發(fā)電機組軸電壓產(chǎn)生的原因、危害及防范措施[J].電力建設(shè)，2004（10）：8-10.

[3]倪勤.汽輪發(fā)電機組的大軸接地與軸電壓[J].安徽電力，2006 （2）： 33-34.