一起300 MW機組轉子一點接地保護動作原因分析

于愛民　宋巖　韓國強

摘要：闡述了一起300 MW機組轉子一點接地保護動作導致的停機事件，分析了保護誤動的原因，提出了解決方法和防范措施。

關鍵詞：發電機;轉子接地故障;接地保護;對地電壓

中圖分類號：TM621.3

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.028

轉子接地是發電機較常見的故障之一，大型發電機組均配置了轉子接地保護。目前廣泛應用的轉子接地保護多采用乒乓式原理和注入式原理。本文闡述了一起300 MW機組采用了乒乓式接地保護原理的轉子接地保護因接地碳刷接地不良導致的保護誤動案例，分析了保護誤動的原因，并從運行維護及裝置設計方面提出防范措施。因接地碳刷對大軸接觸不良，導致轉子一點接地保護誤動的案例比較多見，因接地不良導致的保護誤動鮮見報道，具有一定的借鑒意義。

1 機組及保護配置情況

某300 MW機組為上海電氣公司生產的QFSN-33 5-2型水氫氫發電機，其勵磁系統為自并勵勵磁系統。該機組發變組保護A、B柜各配置一套乒乓式轉子一點接地保護，勵磁調節柜內置一套注入式轉子接地保護裝置，運行時只投入發變組保護A柜轉子接地保護，其他兩套轉子接地保護退出。投入運行的接地保護配置兩段，高定值段定值20k，動作于信號，低定值段定值2.5k，延時5s動作于跳閘。

2 故障處理及數據分析

2017-07-29，機組有功功率為248 MW，無功功率為35.6 Mvar，主汽溫度540℃，主汽壓力16.0 MPa，機組運行正常。2017-07-29T06：16，發電機轉子接地保護動作，機組跳閘。調取發變組A柜保護裝置錄波文件，跳閘文件波形如圖1所示，記錄了從裝置啟動到出口跳閘5s左右的時段。從波形中抽取部分時刻的通道采樣值及計算值列入表1.從波形及表1數據可以看出，跳閘前后發電機定子電流、電壓、無功功率、轉子電壓均比較穩定無突變，轉子電壓與無功功率基本對應。轉子正對地、負對地電壓采樣值成階段性突變，利用轉子正對地、轉子負對地的電壓采樣計算轉子電壓的最大點為609.9 V，轉子電壓的直接采樣僅為177.6 V，兩者出現嚴重偏差，不能對應。轉子一點接地電阻值從0.70 - 2.43k之間變化，小于跳閘值2.5k持續時間超過5s，保護出口跳閘。

外觀檢查發電機轉子、集電環碳刷及滑環、勵磁變等發電機勵磁回路相關設備發現無異常，測量勵磁系統正、負極母排絕緣合格，保護裝置校驗合格。檢查發電機大軸接地碳刷與大軸接觸良好，但碳刷接地線未可靠接地。發電機沖轉至額定轉速時，進行轉子交流阻抗測試，數據合格。檢查確認勵磁回路一次系統無接地，暫將轉子一點接地保護改投信號后機組并網。

機組并網后，在接地碳刷接地和不接地兩種情況下用萬用表實測大軸對地電壓，并觀察記錄保護裝置采樣值，結果如表2所示。大軸不接地時大軸對地電壓變化幅度很大，保護裝置顯示接地電阻值在5 - 300 kΩ之間波動。可靠接地后，大軸對地電壓相對穩定，保護裝置顯示轉子接地電阻為300 kΩ（裝置最大量程）。

3 保護動作行為分析

乒乓式轉子接地保護原理如圖2所示，圖中Ur為轉子電壓;α為一點接地位置;Rg為一點接地電阻;E為因轉子大軸未接地在保護測量回路中疊加的電勢;S1和S2為電子開關。

由于發電機磁通的不平衡、汽輪機低壓缸內的干蒸汽與汽輪機葉片相摩擦產生靜電電荷等原因[2]，轉子充電產生了很高的對地電勢E，如果大軸接地不可靠，此時電勢將直接疊加在保護測量回路中，導致測量電流i1和i2出現偏差，裝置計算接地電阻值錯誤，保護誤動作。

4 防范措施

發電機大軸在汽輪機軸瓦處單端接地是消除大軸上靜電荷，保護發電機大軸的有效措施[3]，同時也為轉子一點接地保護提供了參考電位點。發電機大軸接地不良，無法釋放轉子大軸上感應電荷，在轉子一點接地保護回路中疊加感應電勢，導致保護測量出現偏差，保護誤動作。

應高度重視發電機接地碳刷接地的可靠性，尤其是轉子一點接地投跳閘的機組，在機組檢修后、投運前應檢查確認大軸接地的可靠性。在機組運行中也應定期檢查接地碳刷的接地狀況，防止接地碳刷接地不良導致的保護誤動。

保護動作波形分析表明，轉子碳刷未可靠接地，轉子正對地、負對地電壓采樣值成階段性突變，轉子正對地、負對地的電壓采樣計算的轉子電壓值與裝置實際采集的轉子電壓值出現嚴重偏差，不能一一對應。而發電機轉子繞組發生一點接地時不會出現這種現象。建議保護裝置生產廠家據此在保護邏輯中增設輔助判據，當轉子正對地、負對地計算的轉子電壓值與實測轉子電壓值存在嚴重偏差時，提出預警或閉鎖保護，防止由于接地不可靠或回路干擾等原因造成的保護誤動。

5 結語

發電機大軸接地碳刷接地不良將導致乒乓式原理轉子一點接地保護誤動作。確保接地碳刷可靠接地是防止保護誤動的有效措施。保護裝置廠家或可根據轉子正、負對地電位漂移這一現象增設報警或閉鎖保護，提高保護的可靠性。

參考文獻：

[1]王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用[M].北京：中國電力出版社，1996.

[2]高旭峰.汽輪發電機組軸電壓產生的原因、危害及防范措施[J].電力建設，2004（10）：8-10.

[3]倪勤.汽輪發電機組的大軸接地與軸電壓[J].安徽電力，2006 （2）： 33-34.