大軸碳刷接觸不良引起轉子一點接地保護動作分析

樊曉靜

（通遼霍林河坑口發電有限責任公司,內蒙古霍林郭勒，029200）

0 引言

為了大型發電機組的安全運行，無論水輪發電機或汽輪發電機，在勵磁回路一點接地保護動作發出信號后，并自動投入轉子兩點接地保護。在勵磁回路一點接地保護動作期間應立即轉移負荷，實現平穩停機檢查。目前大型發電機轉子接地保護多采用乒乓式原理和注入式原理，其中注入式原理在未加勵磁電壓情況下也能監視發電機轉子絕緣。下面，我就一起真實的發電機大軸碳刷接觸不良引起轉子一點接地保護動作事件進行分析，便于有序排查發電機轉子接地保護動作。

1 事件

1.1 故障發生過程

某2*600MW火力發電廠，汽輪發電機型號為QFSN-600-2YHG，轉子繞組采用氫氣冷卻方式，自并勵勵磁系統。轉子接地保護采用PCS-985RE型轉子接地保護裝置，乒乓式一套（投運），注入式一套（備用）。一點轉子接地投入信號，一點接地保護動作后自動投入兩點接地保護跳閘。接地保護定值20kΩ，一點接地保護動作時間5s，兩點接地保護動作時間1s。

某天，單元集中控制室控制盤來“1號發電機轉子一點接地”報警信號。接到運行人員通知的繼電保護檢修人員立即趕往生產現場檢查，發現1號發電機勵磁設備間內乒乓式轉子接地保護裝置發報警信號后自動復歸，且轉子正負對地電壓、接地電阻、接地位置等參數不停的在一定幅度內擺動。根據繼電保護及自動裝置運行規程，退出1號發電機乒乓式轉子接地保護裝置投入1號發電機注入式轉子接地保護裝置繼續觀察。次日，1號發電機注入式轉子接地保護裝置又連續兩次發“轉子一點接地報警”信號后自動復歸。檢查轉子接地保護裝置動作報告采樣顯示正對地電壓：165.5V，負對地電壓-50.1V，轉子接地電阻18.61kohm，轉子接地位置14.3%，泄露電流1：-0.616mA，泄露電流2：0.123mA。

1.2 故障排查過程

初步分析1號發電機轉子一點接地為瞬時性故障，首先重點檢查轉子接地保護裝置測量采樣回路及其二次系統，再檢查發電機轉子繞組及其勵磁回路一次系統。根據初步分析，對1號發電機轉子接地保護屏內部二次接線無松動、過熱現象，端子排接線緊固、可靠；檢查1號發電機勵磁柜內二次儀表、計量裝置外觀完整和接線緊固；在1號發電機轉子一點接地報警、復位期間沒有1號發電機勵磁回路上的檢修作業。結合1號發電機轉子一點接地保護動作時斷時續情況，對1號發電機汽側大軸滑環接地碳刷進行檢查，發現發電機大軸接地碳刷與大軸滑環之間打火，造成轉子滑環對地頻繁放電。

1.3 故障分析過程

根據發電機大軸接地碳刷與大軸滑環之間打火現象，初步判斷發電機轉子滑環對地頻繁放電致使1號發電機轉子接地保護裝置采集到轉子繞組正負對地電壓和轉子繞組正負對地泄露電流頻繁變化。故計算出的轉子回路接地電阻和轉子回路對地泄露電流在不斷擺動變化，導致轉子接地保護裝置計算出轉子回路接地電阻gR值低于保護定值后且持續時間大于保護整定時間，1號發電機轉子接地保護裝置發出“轉子一點接地報警”信號。

為保證故障現象和故障分析存在因果關系，且分別滿足乒乓式轉子繞組接地保護和注入式轉子繞組接地保護原理，特此進行保護原理驗證。

1.3.1 乒乓式轉子接地保護原理驗證

乒乓式轉子繞組接地保護使用乒乓式開關切換原理，通過內部軟件計算轉子回路接地電阻gR和接地位置a，并記憶接地位置a。從乒乓式轉子接地保護原理方程看出轉子繞組電壓正負對地電壓計算結果直接影響轉子接地電阻gR的計算結果。當發電機大軸接地碳刷與大軸滑環打火，不能可靠嚴密接觸，發電機大軸接地碳刷與大軸滑環接觸電阻頻繁擺動變化，造成轉子繞組電壓正負對地電壓計算結果發生變化，當轉子繞組正負電壓偏移到一定程度，接地電阻gR就會小于轉子一點接地保護定值，接地位置a發生位移，所以轉子一點接地保護會發報警信號。

1.3.2 注入式轉子接地保護原理分析

注入低頻方波電壓轉子繞組接地保護采用雙端注入方式，在轉子繞組的兩端與大軸間注入低頻方波電源，低頻方波頻率可在0.1-1Hz之間調整，通過測量方波電壓兩種狀態下的轉子泄露電流，計算轉子接地電阻的阻值。從注入式轉子接地保護原理看出轉子繞組正負對地泄露電流的計算結果直接影轉子接地電阻gR的計算結果。轉子繞組的兩端注入電壓不變，當發電機大軸接地碳刷與大軸滑環打火，不能可靠嚴密接觸，發電機大軸接地碳刷與大軸滑環接觸電阻頻繁擺動變化，造成轉子繞組正負對地泄露電流計算結果發生變化。當轉子繞組正負對地泄露電流增大到一定程度，接地電阻gR就會小于轉子一點接地保護定值，接地位置a發生位移，所以轉子一點接地保護會發報警信號。

通過乒乓式轉子繞組接地保護原理和注入式轉子繞組接地保護原理驗證分析，當發電機大軸接地碳刷與大軸滑環打火，造成轉子滑環對地頻繁放電，從而造成大軸滑環對地電阻R頻繁變化。這時轉子接地保護裝置計算出轉子繞組電壓正負對地電壓發生偏移和轉子繞組正負對地泄露電流頻繁變化，故轉子接地保護裝置計算出的接地電阻gR低于保護定值且持續時間大于保護整定時間，接地位置a發生位移，所以轉子接地保護裝置發報警信號。說明故障現象和故障理論分析存在因果關系，且分別滿足乒乓式轉子繞組接地保護和注入式轉子繞組接地保護原理。

1.4 故障處理過程

針對發電機大軸接地碳刷與大軸滑環之間打火，造成轉子滑環對地頻繁放電問題，檢查原因是接地碳刷刷架彈簧壓力不足造成大軸接地碳刷與滑環接觸力夠造成打火。經過檢修人員對發電機大軸碳刷刷架缺陷進行處理，見圖1。處理后1號發電機轉子接地保護裝置采樣正確，各采樣參數穩定。

圖1 處理后轉子大軸接地碳刷及刷架

2 結束語

發生發電機轉子一點接地保護動作報警時，首先重點檢查轉子接地保護裝置測量采樣回路及其二次系統，再檢查發電機轉子繞組及其勵磁回路一次系統。特別存在轉子接地保護裝置間斷性發出報警信號和保護裝置采樣參數不停的在一定幅度內擺動現象，就要首先檢查發電機大軸接地碳刷是否存在打火或刷架壓力不足現象。這樣通過有序的發電機轉子一點接地故障排除，會大大縮短故障排查時間也會減少經濟損失。