大軸碳刷接觸不良引起轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動作分析

樊曉靜

（通遼霍林河坑口發(fā)電有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古霍林郭勒，029200）

0 引言

為了大型發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，無論水輪發(fā)電機(jī)或汽輪發(fā)電機(jī)，在勵磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)動作發(fā)出信號后，并自動投入轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)。在勵磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)動作期間應(yīng)立即轉(zhuǎn)移負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)停機(jī)檢查。目前大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)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(jiān)視發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣。下面，我就一起真實(shí)的發(fā)電機(jī)大軸碳刷接觸不良引起轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動作事件進(jìn)行分析，便于有序排查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動作。

1 事件

1.1 故障發(fā)生過程

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

某天，單元集中控制室控制盤來“1號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地”報警信號。接到運(yùn)行人員通知的繼電保護(hù)檢修人員立即趕往生產(chǎn)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)1號發(fā)電機(jī)勵磁設(shè)備間內(nèi)乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置發(fā)報警信號后自動復(fù)歸，且轉(zhuǎn)子正負(fù)對地電壓、接地電阻、接地位置等參數(shù)不停的在一定幅度內(nèi)擺動。根據(jù)繼電保護(hù)及自動裝置運(yùn)行規(guī)程，退出1號發(fā)電機(jī)乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置投入1號發(fā)電機(jī)注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置繼續(xù)觀察。次日，1號發(fā)電機(jī)注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置又連續(xù)兩次發(fā)“轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地報警”信號后自動復(fù)歸。檢查轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置動作報告采樣顯示正對地電壓：165.5V，負(fù)對地電壓-50.1V，轉(zhuǎn)子接地電阻18.61kohm，轉(zhuǎn)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(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地為瞬時性故障，首先重點(diǎn)檢查轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置測量采樣回路及其二次系統(tǒng)，再檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組及其勵磁回路一次系統(tǒng)。根據(jù)初步分析，對1號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)屏內(nèi)部二次接線無松動、過熱現(xiàn)象，端子排接線緊固、可靠；檢查1號發(fā)電機(jī)勵磁柜內(nèi)二次儀表、計量裝置外觀完整和接線緊固；在1號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地報警、復(fù)位期間沒有1號發(fā)電機(jī)勵磁回路上的檢修作業(yè)。結(jié)合1號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動作時斷時續(xù)情況，對1號發(fā)電機(jī)汽側(cè)大軸滑環(huán)接地碳刷進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷與大軸滑環(huán)之間打火，造成轉(zhuǎn)子滑環(huán)對地頻繁放電。

1.3 故障分析過程

根據(jù)發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷與大軸滑環(huán)之間打火現(xiàn)象，初步判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)對地頻繁放電致使1號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置采集到轉(zhuǎn)子繞組正負(fù)對地電壓和轉(zhuǎn)子繞組正負(fù)對地泄露電流頻繁變化。故計算出的轉(zhuǎn)子回路接地電阻和轉(zhuǎn)子回路對地泄露電流在不斷擺動變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置計算出轉(zhuǎn)子回路接地電阻gR值低于保護(hù)定值后且持續(xù)時間大于保護(hù)整定時間，1號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置發(fā)出“轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地報警”信號。

為保證故障現(xiàn)象和故障分析存在因果關(guān)系，且分別滿足乒乓式轉(zhuǎn)子繞組接地保護(hù)和注入式轉(zhuǎn)子繞組接地保護(hù)原理，特此進(jìn)行保護(hù)原理驗證。

1.3.1 乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理驗證

乒乓式轉(zhuǎn)子繞組接地保護(hù)使用乒乓式開關(guān)切換原理，通過內(nèi)部軟件計算轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子接地保護(hù)原理方程看出轉(zhuǎn)子繞組電壓正負(fù)對地電壓計算結(jié)果直接影響轉(zhuǎn)子接地電阻gR的計算結(jié)果。當(dāng)發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷與大軸滑環(huán)打火，不能可靠嚴(yán)密接觸，發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷與大軸滑環(huán)接觸電阻頻繁擺動變化，造成轉(zhuǎn)子繞組電壓正負(fù)對地電壓計算結(jié)果發(fā)生變化，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組正負(fù)電壓偏移到一定程度，接地電阻gR就會小于轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)定值，接地位置a發(fā)生位移，所以轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)會發(fā)報警信號。

1.3.2 注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理分析

注入低頻方波電壓轉(zhuǎn)子繞組接地保護(hù)采用雙端注入方式，在轉(zhuǎn)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(diào)整，通過測量方波電壓兩種狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子泄露電流，計算轉(zhuǎn)子接地電阻的阻值。從注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理看出轉(zhuǎn)子繞組正負(fù)對地泄露電流的計算結(jié)果直接影轉(zhuǎn)子接地電阻gR的計算結(jié)果。轉(zhuǎn)子繞組的兩端注入電壓不變，當(dāng)發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷與大軸滑環(huán)打火，不能可靠嚴(yán)密接觸，發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷與大軸滑環(huán)接觸電阻頻繁擺動變化，造成轉(zhuǎn)子繞組正負(fù)對地泄露電流計算結(jié)果發(fā)生變化。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組正負(fù)對地泄露電流增大到一定程度，接地電阻gR就會小于轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)定值，接地位置a發(fā)生位移，所以轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)會發(fā)報警信號。

通過乒乓式轉(zhuǎn)子繞組接地保護(hù)原理和注入式轉(zhuǎn)子繞組接地保護(hù)原理驗證分析，當(dāng)發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷與大軸滑環(huán)打火，造成轉(zhuǎn)子滑環(huán)對地頻繁放電，從而造成大軸滑環(huán)對地電阻R頻繁變化。這時轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置計算出轉(zhuǎn)子繞組電壓正負(fù)對地電壓發(fā)生偏移和轉(zhuǎn)子繞組正負(fù)對地泄露電流頻繁變化，故轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置計算出的接地電阻gR低于保護(hù)定值且持續(xù)時間大于保護(hù)整定時間，接地位置a發(fā)生位移，所以轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置發(fā)報警信號。說明故障現(xiàn)象和故障理論分析存在因果關(guān)系，且分別滿足乒乓式轉(zhuǎn)子繞組接地保護(hù)和注入式轉(zhuǎn)子繞組接地保護(hù)原理。

1.4 故障處理過程

針對發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷與大軸滑環(huán)之間打火，造成轉(zhuǎn)子滑環(huán)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(huán)接觸力夠造成打火。經(jīng)過檢修人員對發(fā)電機(jī)大軸碳刷刷架缺陷進(jìn)行處理，見圖1。處理后1號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置采樣正確，各采樣參數(shù)穩(wěn)定。

圖1 處理后轉(zhuǎn)子大軸接地碳刷及刷架

2 結(jié)束語

發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動作報警時，首先重點(diǎn)檢查轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置測量采樣回路及其二次系統(tǒng)，再檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組及其勵磁回路一次系統(tǒng)。特別存在轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置間斷性發(fā)出報警信號和保護(hù)裝置采樣參數(shù)不停的在一定幅度內(nèi)擺動現(xiàn)象，就要首先檢查發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷是否存在打火或刷架壓力不足現(xiàn)象。這樣通過有序的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障排除，會大大縮短故障排查時間也會減少經(jīng)濟(jì)損失。