隔河巖電廠3號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地案例分析

胡昌雄，李 冬

(清江隔河巖水力發(fā)電廠，湖北 長陽 443503)

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中，有時會發(fā)生轉(zhuǎn)子繞組對地短路的現(xiàn)象，俗稱轉(zhuǎn)子接地[1]。清江隔河巖水力發(fā)電廠3號發(fā)電機(jī)配置了安德里茨水電研發(fā)的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)，該保護(hù)共設(shè)有兩段，經(jīng)一定延時后報信號，未設(shè)跳閘。該保護(hù)與轉(zhuǎn)子直接相接，用于監(jiān)視轉(zhuǎn)子回路的絕緣水平，監(jiān)視范圍不僅包括轉(zhuǎn)子回路，還包括與轉(zhuǎn)子回路相連的勵磁系統(tǒng)。轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地故障本身并不會對發(fā)電機(jī)造成嚴(yán)重危害，如果不及時處理再發(fā)展為轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地故障，將會嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的安全。

1 保護(hù)原理

3號發(fā)電機(jī)配置的是安德里茨公司水電生產(chǎn)的DRS數(shù)字式保護(hù)系統(tǒng)，該保護(hù)裝置安裝了一個UAKB模塊，通過該模塊，一個約50 V的低頻電壓加于轉(zhuǎn)子回路來檢測轉(zhuǎn)子絕緣狀況，該模塊的輸出為一個近似直流電壓量，通過2個47K電阻耦合到勵磁回路來測量對地絕緣電阻，這個電壓通過“特殊模擬量輸入”進(jìn)入處理單元VE進(jìn)行處理，如圖1。為實現(xiàn)該功能，與絕緣水平有關(guān)的該直流電壓量每周波采樣12次并與整定值進(jìn)行比較，如果在12個連續(xù)的采樣中測量電阻均小于整定值，保護(hù)發(fā)出跳閘起動信號并開始延時，延時到達(dá)時起動信號不消失則動作于跳閘。

圖1 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)原理圖

接地電阻可按下式計算：

2 事件經(jīng)過

2019-02-09日13:00許，3號發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中監(jiān)控主站頻繁報3號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動作/復(fù)歸，巡視發(fā)電機(jī)上下風(fēng)洞和集電環(huán)室，無滲水等異?，F(xiàn)象，現(xiàn)地檢查保護(hù)裝置并接入便攜機(jī)查看，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)兩段均多次動作，監(jiān)視轉(zhuǎn)子對地絕緣值發(fā)現(xiàn)其絕緣值多次降低到0 kΩ，決定等負(fù)荷低谷停機(jī)后再處理。

晚上10時許，3號發(fā)電機(jī)停機(jī)，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)不再動作。檢查勵磁柜內(nèi)可控硅下端陰極陽極，與設(shè)備外殼間隙合格，無接地可能；在勵磁柜陰極和陽極上測量轉(zhuǎn)子回路對地絕緣，絕緣值合格；對轉(zhuǎn)子UAKB測量模塊、相關(guān)測量回路進(jìn)行了檢查，無異常。從保護(hù)原理上來看，無論發(fā)電機(jī)在任何狀態(tài)，UAKB模塊是一直監(jiān)視轉(zhuǎn)子對地絕緣的，停機(jī)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)不再動作，可基本排除是UAKB模塊及其測量回路的問題。

開機(jī)至第六步空轉(zhuǎn)30 min，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)未動作，監(jiān)視轉(zhuǎn)子對地絕緣值一直大于100 kΩ；開機(jī)第七步起勵建壓、轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)又出現(xiàn)頻繁動作/復(fù)歸的情況，監(jiān)視轉(zhuǎn)子對地絕緣值多次下降到0 kΩ；可以看出轉(zhuǎn)子對地絕緣值降低與起勵建壓有關(guān)，可能給轉(zhuǎn)子加壓后破壞了轉(zhuǎn)子薄弱部分的絕緣。之后對轉(zhuǎn)子中心體及勵磁引線及整個直流部分進(jìn)行了檢查，仔細(xì)檢查了上下風(fēng)洞無滲水情況發(fā)生，對集電環(huán)室進(jìn)行了清掃，開機(jī)空轉(zhuǎn)再起勵建壓，仍然是一起勵建壓就頻繁報轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動作/復(fù)歸，問題仍沒有解決。

通過分析主站各報文的時間先后關(guān)系，注意到在投入電制動時從未報出轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動作。既然轉(zhuǎn)子對地絕緣值降低與起勵建壓有關(guān)，那么投入電制動時也是給轉(zhuǎn)子加了勵磁電壓的，可在投入電制動時從未報出轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動作；如果是轉(zhuǎn)子因為輸入了勵磁電壓破壞了薄弱部分的絕緣，那么應(yīng)該在投入電制動時也報轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動作才合理；據(jù)此可推測轉(zhuǎn)子回路沒問題。

對整個勵磁變低壓側(cè)對地測試絕緣為0 kΩ，經(jīng)拆解勵磁變低壓側(cè)至勵磁柜可控硅上端頭之間的電纜再次檢查，確定是C相某根電纜對地絕緣為0 kΩ，查看該電纜發(fā)現(xiàn)其表皮破損搭接在電纜橋架上，如圖2。經(jīng)包扎處理該根電纜，開機(jī)建壓至第七步，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)不再動作，查找出轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動作是勵磁變低壓側(cè)C相某電纜表皮破損搭接電纜橋架導(dǎo)致的。

圖2 表皮破損的C相某根電纜圖

3 事件分析

本次轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動作的顯著特點(diǎn)是：只在開機(jī)建壓后才報轉(zhuǎn)子絕緣降低，而且在停機(jī)投電制動時不報轉(zhuǎn)子絕緣降低故障，機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下也不報轉(zhuǎn)子絕緣降低故障。查找整個轉(zhuǎn)子回路，從轉(zhuǎn)子本體到可控硅下端頭，整個直流部分都找不出問題，最終確定故障原因在勵磁變低壓側(cè)，屬交流部分。

3號發(fā)電機(jī)在投入電制動時屬于他勵方式，由外來廠用電作為勵磁電源，經(jīng)電制動變壓器降壓后，再通過電制動整流柜整流后給轉(zhuǎn)子加勵磁電壓形成磁場，從而使定子和轉(zhuǎn)子在磁場的相互作用下讓發(fā)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。3號發(fā)電機(jī)在停機(jī)投電制動時不報轉(zhuǎn)子絕緣降低故障，可看出因轉(zhuǎn)子被輸入勵磁電壓導(dǎo)致轉(zhuǎn)子本體絕緣降低的可能性不大，可說明轉(zhuǎn)子本體部分存在接地的可能性不大。

3號發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時勵磁方式為自并勵靜止勵磁方式，勵磁功率取自勵磁變低壓側(cè)，經(jīng)可控硅整流后輸入到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上用以形成磁場。勵磁變高壓側(cè)為星形接法，與發(fā)電機(jī)機(jī)端相連，勵磁變低壓側(cè)為三角形接法，與勵磁柜可控硅上端相連，如圖3。

從轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)接線圖上來看：

1)3號發(fā)電機(jī)在勵自并勵建壓時，可控硅導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子陰陽極通過可控硅和勵磁變低壓側(cè)形成直接電的聯(lián)系，UAKB轉(zhuǎn)子絕緣測量裝置發(fā)出的近似直流電壓可加到勵磁變低壓側(cè)上，可測量勵磁變低壓側(cè)絕緣情況，而其他情況下，可控硅關(guān)斷，無法測量勵磁變低壓側(cè)絕緣情況；

圖3 3號發(fā)電機(jī)自并勵方式下勵磁系統(tǒng)及轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)接線圖

2)勵磁變低壓側(cè)和高壓側(cè)之間無直接電的聯(lián)系， UAKB轉(zhuǎn)子絕緣測量裝置發(fā)出的近似直流電壓無法加到勵磁變高壓側(cè)上，無法測量勵磁變高壓側(cè)的絕緣情況。

綜上所述，3號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)的保護(hù)范圍是轉(zhuǎn)子本體、可控硅、勵磁變低壓側(cè)及其之間的連接導(dǎo)體，本次轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)的動作，正是勵磁變低壓側(cè)C相某電纜表皮破損搭接電纜橋架導(dǎo)致的。

4 結(jié) 語

導(dǎo)致轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動作的原因很多，通常情況下，轉(zhuǎn)子受潮、機(jī)械振動、勵磁引線接地等直流部分接地均可造成轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障。從事繼電保護(hù)工作需要透徹理解轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)的原理及其保護(hù)范圍，整個勵磁回路從勵磁變低壓側(cè)一直到轉(zhuǎn)子繞組都可認(rèn)為是轉(zhuǎn)子回路[2]。如果轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動作與發(fā)電機(jī)自并勵建壓存在關(guān)聯(lián)，就應(yīng)當(dāng)著重檢查勵磁變低壓側(cè)，不能只常規(guī)檢查轉(zhuǎn)子及直流部分。本文介紹了一例比較特殊的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障處理與分析過程，其接地點(diǎn)在勵磁變低壓側(cè)交流部分，希望本文能給繼電保護(hù)工作者查找轉(zhuǎn)子一點(diǎn)保護(hù)接地故障時提供參考。