三峽右岸電站對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)的運(yùn)用研究

劉先科 李小文 曾 鵬

（1.三峽電廠，湖北 宜昌443133；2.葛洲壩電廠，湖北 宜昌443000）

0 引言

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路故障一般有3個(gè)類型，即轉(zhuǎn)子匝間故障、轉(zhuǎn)子回路一點(diǎn)接地故障、轉(zhuǎn)子回路兩點(diǎn)接地故障。輕微的匝間短路不會(huì)影響機(jī)組正常運(yùn)行，但如果故障繼續(xù)發(fā)展，將會(huì)使轉(zhuǎn)子電流增加，繞組溫度升高，甚至導(dǎo)致接地故障發(fā)生。出現(xiàn)轉(zhuǎn)子回路一點(diǎn)接地故障時(shí)，不會(huì)形成閉合通路，不會(huì)造成直接危害，但再發(fā)生轉(zhuǎn)子回路兩點(diǎn)接地故障，將會(huì)出現(xiàn)很大的故障電流，燒傷轉(zhuǎn)子本體，導(dǎo)致勵(lì)磁氣隙失衡、轉(zhuǎn)子磁化、軸系損傷等嚴(yán)重后果。因此，配備合適有效的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)對(duì)發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。

1 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)的基本原理

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)一般有注入式和乒乓式兩種原理。注入式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)通過在轉(zhuǎn)子繞組兩端或一端注入方波信號(hào)電源，來(lái)區(qū)分正常運(yùn)行和接地故障。乒乓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)輪流測(cè)量轉(zhuǎn)子繞組正極、負(fù)極的對(duì)地電流，并根據(jù)測(cè)得的結(jié)果計(jì)算出轉(zhuǎn)子繞組或勵(lì)磁回路的對(duì)地電阻，從而判斷出接地故障的位置及接地電阻的量值。圖1為兩種轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)原理圖。

圖1（a）為注入式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)原理，保護(hù)通過在轉(zhuǎn)子繞組兩端注入方波信號(hào)電源來(lái)判斷故障；圖1（b）為乒乓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)原理，保護(hù)通過切換乒乓回路來(lái)計(jì)算接地故障位置。

2 三峽右岸電站轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)配置

三峽右岸電站裝有18臺(tái)額定容量777.8 MVA的水輪發(fā)電機(jī)組，均配置了雙套發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)，一般以注入式保護(hù)為主用、乒乓式保護(hù)做備用。根據(jù)設(shè)備投產(chǎn)時(shí)間先后，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)配置方案有3種：能事達(dá)變極性疊加直流LDP2094＋許繼 WFB－801型乒乓式，共配置12臺(tái)機(jī)組；南瑞RCS－985型，內(nèi)置注入式＋乒乓式各一套，共用于兩臺(tái)機(jī)組；許繼WFB－823 A型，內(nèi)置注入式＋乒乓式各一套，共用于4臺(tái)機(jī)組。

能事達(dá)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)是右岸電站主用轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，多年運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)該型保護(hù)裝置本身故障率較高，加上型號(hào)老化、備件缺乏，部分機(jī)組已換型為南瑞RCS－985型保護(hù)，其余也將逐步改造。

許繼公司W(wǎng)FB－801／S型乒乓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)是右岸電站備用轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，該型保護(hù)運(yùn)行多年來(lái)故障率低、性能穩(wěn)定，但型號(hào)老化、維護(hù)不易。

南瑞RCS－985型和許繼WFB－823 A型轉(zhuǎn)子接地保護(hù)均內(nèi)置注入式和乒乓式保護(hù)各一套，在右岸電站運(yùn)用時(shí)間較短，但裝置性能優(yōu)越，有較好的運(yùn)用前景。

3 三峽右岸電站發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)

三峽右岸電站發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外徑尺寸超過18 m，由轉(zhuǎn)子支架、磁軛和磁極等組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組成元件多，在風(fēng)洞內(nèi)封閉運(yùn)行，轉(zhuǎn)子內(nèi)部的故障和缺陷很難通過一般途徑發(fā)現(xiàn)。

右岸電站多年來(lái)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作原因統(tǒng)計(jì)如下：滑環(huán)碳粉污染，7次；轉(zhuǎn)子回路短路或接地故障，14次；轉(zhuǎn)子回路受潮，兩次；非穩(wěn)定性接地，5次；裝置誤動(dòng)，兩次。

從統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可知，轉(zhuǎn)子內(nèi)部短路或接地故障導(dǎo)致轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作的可能性最高。結(jié)合轉(zhuǎn)子接地動(dòng)作信號(hào)在事故分析處理、設(shè)備缺陷排查等方面均可起到重要作用，右岸電站就曾通過轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)信號(hào)發(fā)現(xiàn)某機(jī)組轉(zhuǎn)子磁極緊固件缺陷。

3.1 事例1：轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)幫助事故分析處理

三峽右岸電站某機(jī)組運(yùn)行中發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)動(dòng)作跳閘。該故障表面上看是定子回路故障，但故障發(fā)生后測(cè)量定子絕緣合格、轉(zhuǎn)子絕緣為0，考慮到事故時(shí)有轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，遂深入檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)磁極固定塊與磁軛之間有數(shù)處電弧放電跡象，將放電磁極固定塊拆除后發(fā)現(xiàn)，固定拉桿絕緣墊塊處存在較多鐵屑和粉塵，且拉桿尾端與磁軛的距離較近，分析判斷累積的雜質(zhì)輕微放電是起因，多處拉桿尾端與磁軛距離過近放電拉弧是主要原因。

研究發(fā)現(xiàn)，該型發(fā)電機(jī)相鄰磁極由極間支撐分開，支撐件通過鴿尾形固定塊和兩根金屬螺桿固定磁極軟連接接頭，鴿尾形固定塊與阻尼環(huán)軟連接間安裝拉桿。分析認(rèn)為這種結(jié)構(gòu)存在設(shè)計(jì)缺陷，即拉桿在固定塊的絕緣墊塊處屬凹陷死角，易積累鐵屑、粉塵等雜質(zhì)，造成絕緣降低，且拉桿尾端與磁軛距離較近，安裝后無(wú)法觀測(cè)間距，對(duì)絕緣情況無(wú)法監(jiān)測(cè)。鑒于此，右岸電站放大了這些部件的安裝間距，清掃了凹陷死角，消除了設(shè)計(jì)缺陷。

3.2 事例2：轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)幫助發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷

三峽右岸電站某機(jī)型機(jī)組多次出現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地動(dòng)作，檢查時(shí)均發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁極間有不明來(lái)源金屬絲，后拆開機(jī)組上下?lián)躏L(fēng)板檢查，發(fā)現(xiàn)磁極阻尼繞組軟連接存在大范圍斷股及撕裂現(xiàn)象，而部分未損傷軟連接片也有很嚴(yán)重的變形現(xiàn)象。

發(fā)電機(jī)每?jī)蓚€(gè)磁極間有兩組軟連接，分別安裝在上下阻尼環(huán)伸出磁極的銅板處，整個(gè)阻尼環(huán)呈鼠籠狀結(jié)構(gòu)。每組軟連接由兩個(gè)軟連接片組成，每組軟連接安裝后形狀為一組上下“Ω”型對(duì)扣。每個(gè)軟連接片由4層或5層單片組成，單片由鍍銀銅絲編制而成，形成軟辮子，端部通過銅板壓接，銅板表面鍍銀。

分析發(fā)現(xiàn)銅辮子結(jié)構(gòu)松散，無(wú)安裝余量，連接銅板有向磁極中部拉伸現(xiàn)象。軟連接損傷和連接銅板變形，說(shuō)明阻尼環(huán)軟連接處受到了強(qiáng)大的電動(dòng)力作用，該力首先將軟連接向磁極中心拉，軟連接無(wú)法變形后再作用于連接銅板，最后導(dǎo)致軟連接磨損甚至斷裂，產(chǎn)生大量銅絲及粉末，形成橋接，造成發(fā)電機(jī)短路、接地。

有鑒于此，右岸電站對(duì)阻尼環(huán)繞組軟連接進(jìn)行了改造，取消銅辮子式連接，更換成銅片式軟連接，并保留足夠安裝余量。

3.3 事例3：轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)幫助發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輔助設(shè)備結(jié)構(gòu)缺陷

三峽右岸電站某機(jī)型機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作頻率比其他機(jī)型高，打開蓋板檢查發(fā)電機(jī)內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)該型機(jī)組轉(zhuǎn)子內(nèi)部積累油污較多，油污沾染大量灰塵、金屬屑等，導(dǎo)致接地頻發(fā)，而油污來(lái)源于機(jī)組推導(dǎo)油槽產(chǎn)生的油霧。分析該機(jī)型推導(dǎo)油霧吸收結(jié)構(gòu)有固有缺陷，導(dǎo)致油霧過多、吸收效率低下，污染發(fā)電機(jī)。

為徹底解決該問題，右岸電站拆除原有的推導(dǎo)油霧吸收裝置，包括油霧吸收裝置本體及管路、回油箱及其相關(guān)管路等，更換了一整套復(fù)合油檔及油霧凈化機(jī)，改善發(fā)電機(jī)的潔凈度。

4 結(jié)語(yǔ)

在電力行業(yè)當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)下，特大容量機(jī)組已在中國(guó)普遍投用，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的作用，三峽右岸電站擁有大量700 MW的巨型水輪發(fā)電機(jī)組，在轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的運(yùn)用方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)行業(yè)內(nèi)同仁有著較大的借鑒意義。

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

［2］張保會(huì)，尹相根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2005.

［3］王光，溫永平，陳俊，等.注入方波電壓式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置的研制及應(yīng)用［J］.江蘇電機(jī)工程，2009，28（2）：74－76.

［4］李賓，屠黎明，蘇毅，等.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組接地保護(hù)綜述［J］.電力設(shè)備，2006，11（11）：33－35.