發電機轉子接地故障分析及處理

楊聯聯，張 巖

（1.淮浙煤電有限責任公司鳳臺發電分公司，安徽 淮南 232131；2.浙江省電力試驗研究院，杭州 310004）

發電機轉子接地故障分析及處理

楊聯聯1，張 巖2

（1.淮浙煤電有限責任公司鳳臺發電分公司，安徽 淮南 232131；2.浙江省電力試驗研究院，杭州 310004）

通過一起發電機轉子一點接地保護裝置頻繁告警故障的分析查找，分析了可能導致保護裝置動作的各種情況，通過逐一排查，最終發現和消除了故障產生的原因，并總結得出查找此類故障的步驟和建議，可供應用同類保護裝置的發電機組參考。

轉子繞組；接地保護；接地刷辮；軟連接

1 故障現象

鳳臺發電廠一期工程為2×600 MW超臨界燃煤發電機組，發電機為東方電機股份有限公司生產的QFSN-600-2-22C，轉子繞組采用氫氣冷卻方式。轉子接地保護裝置采用南京南瑞繼保電氣有限公司RCS-985注入式轉子接地保護，2臺機組于2008年8月投入運行，轉子一點接地保護投發信，裝置運行穩定。

繼保人員在某次日常巡檢時發現轉子接地保護裝置顯示接地點位置α為0.7%，接地電阻Rg為15 kΩ，但未達到告警定值10 kΩ，而正常運行時α位置應該在50%、接地電阻Rg為300 kΩ。顯示接地時間大約持續15 min。

檢修人員到達現場后，在轉子接地保護屏測量正對地電壓約270 V，負對地電壓約50 V。技術人員趕往1號發電機平臺，檢查發現大軸接地刷辮跳動且有火花，充分按壓大軸接地刷辮后，打開碳刷小室門測量正極碳刷對地及負極碳刷對地均正常，轉子接地保護報警消失，處理結束后初步認為發電機大軸在高速旋轉期間，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，可能導致接地刷辮跳變接觸不良、電容充放電、轉子接地保護接地電阻減小等情況；接地電阻減小后，發電機正、負對地電壓不平衡的原因為：發電機勵磁回路為浮地系統，發電機大軸不接地時會造成勵磁系統接地點漂移，而且往勵磁負極漂移，從而使正、負對地電壓不平衡。檢修人員對接地刷辮及刷辮接觸大軸的地方進行了徹底的清理及緊固。同時，對勵磁機正、負極碳刷也進行檢查、更換及碳粉清理工作，確保勵磁機正、負極碳刷及接地刷辮正常穩定運行。

隨后幾天內轉子接地保護又多次啟動，其中有5次持續時間超過3 s，但每次等檢修人員到達后接地告警已消失。雖然對大軸接地刷辮進行充分清洗及緊固，但未能徹底消除轉子接地保護發生告警的情況。

2 轉子接地保護配置及原理

RCS-985注入式轉子接地保護的原理是在轉子繞組的正負兩端與大軸之間注入方波電源，實時求解轉子對地的絕緣電阻值，注入電壓由保護裝置產生。裝置的工作電路如圖1所示，Rx為測量回路電阻，Ry為注入式大功率電阻，Us為注入電源模塊，Rg為轉子繞組對大軸的絕緣電阻。

根據雙端注入式轉子接地保護原理，可得到圖2所示的等效電路。

圖1 雙端注入式轉子接地保護原理

圖2 等效電路

圖2中Cy為勵磁回路對地電容。注入周期整定為1 s，每秒變極性2次，當發電機正常運行時，可認為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現象早已結束。通過測量方波電源在正半波和負半波兩種狀態下的穩態泄漏電流i1、i2，可求解出轉子接地電阻Rg=2Us/（i1-i2）-（Rx+0.5Ry），進而判斷是否存在轉子接地。

3 接地故障分析

發電機勵磁繞組高速旋轉時極易發生一點接地故障。轉子接地故障可以分為永久性接地故障、瞬時性接地故障和斷續性接地故障。永久性接地故障主要是由于轉子回路對地絕緣降低或者勵磁回路接地造成的。瞬時性接地故障主要是由于發電機內部積累大量碳粉、鐵屑等雜質，在發電機運行時，轉子高速旋轉的風力帶動雜質飛揚，當密度達到一定程度時，對大軸形成導電層，進而發生轉子接地，這類故障通常在清掃發電機內部及勵磁機碳刷后就能消除；也有可能因轉子滑環、槽及槽口、引線等部位絕緣損壞造成。

3.1 保護裝置及二次回路檢查

每臺機組配置2套發電機轉子接地保護，正常運行時1套投入運行、另1套冷備用。如果保護裝置采樣不準確，將直接影響裝置對接地電阻的測量結果。對2套保護裝置進行校驗后，未發現異常，因而排除了保護裝置自身原因導致故障的可能。保護裝置的輸出端與發電機轉子大軸的正負極相連接，二次回路檢查對地和線間絕緣良好，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

機組勵磁回路對地電容一般不會變化，在轉子接地保護投產調試期間，曾根據轉子對地電容的大小對注入電壓周期進行整定。隨著勵磁系統的運行，RC軸電壓回路的電容性能可能發生變化，目前整定的注入電壓周期有可能已經不能滿足穩態電流的計算要求。故將注入電壓的周期由1 s調整為1.5 s，結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 勵磁碳刷與大軸接地檢查

在轉子接地保護告警時曾發現刷辮打火，由于當接地刷辮與大軸頻繁接觸時，轉子繞組對地電容頻繁充放電，這時轉子接地保護采集到的電流為暫態電流，故計算出的接地電阻也在變化，有可能影響轉子一點接地保護接地電阻值的測量，導致轉子接地保護裝置發信。人為模擬接地刷辮一側脫離大軸、另外一側頻繁接觸大軸，檢查轉子接地保護測量的接地電阻及接地位置變化情況，發現接地電阻變化范圍在20 kΩ～150 kΩ，并未達到保護動作值。同時對正負極碳刷進行碳粉清理、檢查更換，并對接地刷辮及刷辮接觸大軸的地方進行徹底清理及緊固后，仍然出現轉子一點接地保護發信的情況，因此判斷勵磁碳刷和大軸接觸不良也不是導致發電機轉子保護發信的原因。

3.4 勵磁回路檢查

發電機轉子電壓由勵磁系統提供，該電壓是勵磁變輸出至勵磁整流柜后經整流再接入發電機轉子線圈，用于向發電機的磁場繞組提供直流電流。根據第一次接地報警時發電機轉子正、負極對地電壓不平衡的情況，為進一步論證發電機勵磁系統是否存在接地點，人為解除大軸的接地刷辮，以測量發電機勵磁電壓是否漂移，漂移幅度是否達到60 V。解除大軸的接地點，測量正、負極對地電壓較接地前向負極漂移約20 V，但同時也發現正極對地及負極對地電壓相差50 V。考慮到第一次接地報警消失后測量勵磁正、負極對地電壓基本平衡，因而打開勵磁小室出線柜門，恢復大軸接地點，并在勵磁小室出線柜測量勵磁正、負極對地電壓，此時發現保護裝置接地電阻又發生變化且持續時間較長。檢查確認發電機接地刷辮接觸良好，立即打開碳刷小室門作進一步檢查，發現接地報警消失；關閉碳刷小室后，轉子接地保護裝置又發一點接地告警信息，由此推斷轉子接地保護告警可能與勵磁小室出線柜有關。

在仔細檢查勵磁小室出線時，發現出線柜上方勵磁母排軟連接處的橡膠外殼部分因負壓向勵磁直流母排方向凹進，橡膠外殼很可能與勵磁負極母排接觸。將橡膠外殼往外拉出后，轉子接地保護告警信息復歸，且發電機勵磁電壓正常，故斷定該故障是因勵磁母排橡膠外殼與勵磁負極母排接觸引起。

利用機組調停機會檢查勵磁出線軟連接，發現橡膠外殼對地絕緣電阻約十幾歐姆。橡膠外殼在負壓及電磁力、震動等作用下，造成與勵磁負極母排軟連接的螺桿接觸，導致負極接地，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，負壓破環，橡膠外殼遠離勵磁母排，勵磁回路對地絕緣恢復，勵磁電壓正常，轉子接地保護動作信號消失。

至此，導致鳳臺發電廠轉子接地保護頻繁發信的原因已基本確定：

（1）發電機碳刷小室因進風孔濾網堵塞，正負刷架下的風扇連續運轉，造成碳刷小室及發電機勵磁母排風道形成很大的負壓，以致軟連接處的橡膠外殼與勵磁母排相互接觸。

（2）軟連接處的橡膠外殼絕緣不良。機組調停期間對軟連接處進行檢查，發現橡膠外殼長期被負壓吸進后部分已糟化，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朝向里側，但檢查卻發現螺桿朝向外側，縮短了母排與橡膠外殼的距離，在負壓及震動的作用下，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

發電機轉子接地保護頻繁告警的原因查明后，結合機組檢修對勵磁母線軟連接橡膠進行加固，并檢查勵磁母線軟連接螺絲的安裝情況，對類似不合理的地方進行整改。同時，在日常運行維護中定期檢查清理碳刷小室的濾網、接地刷辮及正、負極碳刷，加強對軟連接處橡膠外殼的檢查，發現不合格后立即進行更換或采取加強絕緣的措施。采取上述措施后，機組未再出現轉子一點接地保護發信的情況。

5 結語

轉子接地保護裝置會因某些外界因素的影響導致接地刷辮、正負極碳刷接觸不良或接觸電阻增大，有可能引起轉子接地保護誤動或拒動，直接影響保護動作的正確率。

當轉子一點接地報警時，一般應先檢查、清洗、緊固接地刷辮和正負極碳刷，再檢查轉子電壓引入勵磁系統、故障錄波、轉子接地保護屏的回路及保護裝置有無異常等；排除外部回路影響后，再考慮停機檢查發電機本體及勵磁系統的接地故障。

對于不穩定的接地，除不停機檢查項目外還應加強監視，可接入錄波器進行跟蹤，通過接地時勵磁電壓、繞組溫度、勵磁電流、機組振動情況等綜合判斷接地狀態，再決定是否停機檢查。

[1]王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用（第二版）[M].北京:中國電力出版社，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

楊聯聯（1981-），女，安徽淮南人，工程師，從事繼電保護工作。

張 巖 （1975-），男，山東文登人，工程師，從事電網生產管理工作。