火力發電機轉子一點接地事故原因分析及處理

李育強　劉永博

摘要：通過分析某發電廠火力發電機轉子一點接地保護動作造成發電機停機的事件，闡述了發電機轉子一點接地保護動作的原因及事故處理情況，以提高發電機運行的安全可靠性。

關鍵詞：發電機;轉子;接地保護;故障處理

1 轉子一點接地原理

發電機轉子在機組運行時通入直流電，通過勵磁滑環與外部直流電源連接。轉子繞組有相當可靠的絕緣保護，與轉子本體及定子間沒有電連接。發電機運行時若出現一點接地情況，說明轉子絕緣破損或因某種原因造成轉子絕緣降低，致使轉子與其繞組之間有接觸，這種情況持續時間較短，或瞬間出現后消失，此時應對發電機保護及其外觀進行相應檢查。若這種情況出現時間較長，應當停機檢修。當轉子一點接地演變為兩點接地時，自控系統會發指令跳閘。

轉子一點接地對發電機的安全運行起著十分重要的保護作用，一般情況下運行人員接到保護報警后，到現場進行觀察，根據實際情況決定是否需要停機檢修。轉子兩點接地用于發指令跳閘。

2 事故經過

2019年11月14日，某火力發電廠#2發電機DCS監控發現：發電機勵磁電流下降，勵磁電壓升高，發電機無功功率降為負值，同時發電機AVR兩個通道先后報故障，DCS報“AVR欠勵限制”，緊接著發電機轉子一點接地保護動作，發變組保護裝置勵磁變過流保護動作，發電機跳閘，汽輪機跳閘。檢查發現保護A柜、勵磁調節器、線路故障錄波器、DCS有啟動跳閘報警信號。

18：09：30，勵磁電流由1 078 A降至780.9 A，勵磁電壓由160.7 V提升至270.9 V，發電機無功功率由38 Mvar下降至-15.33 Mvar;18：10：04.774，新#2機組DCS報“AVR CHI故障”（勵磁調節器通道I故障）;18：10：04.802，新#2機組DCS報“AVR CHII故障”（勵磁調節器通道II故障）;18：10：05，新#2機組DCS報“AVR欠勵限制”;18：10：24，新#2機組發電機轉子一點接地保護動作;18：10：46—18：10：50，新#2發電機勵磁調節器自動強勵增加轉子電流，發電機轉子電流由780.9 A升至1 370 A并波動;18：10：58，新#2發變組保護裝置勵磁變過流保護動作，發電機跳閘，汽輪機跳閘;18：10：58.775，熱總六回線線路故障錄波器Ia、Ib、Ic電流突變量啟動。

CHⅠ通道欠勵限制動作記錄：測量PT的三相平均值為12.92 kV;儀表PT的三相平均值為12.94 kV;轉子電流為808 A;有功功率為118.300 MW;無功功率為-13.400 Mvar。

CHⅡ通道欠勵限制動作記錄：測量PT的三相平均值為12.93 kV;儀表PT的三相平均值為12.95 kV;轉子電流為790 A;有功功率為118.300 MW;無功功率為-13.500 Mvar。

根據調節器欠勵限制參數設置曲線（圖1）所示，A點（0 MW，-30.4 Mvar）、B點（168.7 MW，0 Mvar）、C點（45 MW，A），CHI、CHII通道欠勵限制動作值均在動作區，動作正確。同時CHI、CHII通道欠勵限制信號分別直接啟動DCS“AVR CHI故障”和“AVR CHII故障”綜合報警;經中間繼電器后啟動DCS“欠勵限制”報警。

3 動作原因分析及處理

3.1? ? 檢查情況及分析

（1）現場檢查情況：發電機導電螺釘根部無變色，導電螺釘上側背帽及L型連板與滑環連接處的螺絲都有鎖片。拆除發電機勵磁刷架檢查發現，發電機勵端滑環導電螺釘處有弧光放電燒損痕跡，滑環與導電螺釘連接板已燒毀熔斷。

（2）絕緣試驗情況：對發電機勵磁變絕緣及直流電阻進行試驗，試驗合格;對電機轉子直流電阻及交流阻抗進行試驗，轉子直流電阻、交流阻抗試驗數據與上次大修試驗數據相比，數據差異很大，不符合預防性試驗規程的要求，試驗不合格;發電機勵磁引線及勵磁電壓二次回路電纜搖測絕緣合格，勵磁調節器電流、電壓采樣檢查正常。

（3）查看發電機運行趨勢，回放監控視頻，放電過程持續55 s，整個過程中勵磁電流、電壓、發電機無功都有波動，在參數波動前導電螺釘連板與滑環接觸面已經開始過熱，隨著過熱轉子整體阻抗不斷增大，勵磁電流減小，勵磁調節器自動調節增加發電機勵磁電流，維持發電機出口電壓穩定。

綜上，分析認為隨著發電機勵磁電流不斷增大，連板接觸面過熱加劇，超過銅的熔點，導致接觸面燒斷，轉子電流劇烈變化，強勵動作，轉子電流通過電弧進行導通，連板斷面之間放電造成銅連板不斷熔毀變短，高溫電弧同時燒損導電螺釘處大軸表面。

清理發電機轉子內側導電螺釘本體后，直接從導電螺釘測試轉子直流電阻、交流阻抗合格，與上次大修時試驗數據比較無明顯差異，判斷轉子繞組內部沒有故障，故障點在轉子內側導電螺釘處。由于放電間距不斷變長，連板放電產生的金屬氧化物無法隨冷卻風排出，隨著發電機轉子高速旋轉，放電弧光及金屬氧化物最終導致正負極滑環短路，勵磁變過流保護動作，是導致發電機組跳閘的主要原因。

3.2? ? 事故處理及預防

（1）對發電機滑環內側勵磁線圈引出線固定螺釘、連板、滑環等附件進行更換。

（2）對發電機轉子存在的設備隱患進行全面排查處理，并對轉子按大修項目進行絕緣試驗。

（3）測量完整的轉子回路直流電阻，將測得的數據留底與出廠、交接及歷次大修試驗數據做對比，確保數據不超標。

（4）后期發電機大修中明確直流電阻測量部位及轉子導電螺釘部件檢查標準，將檢修項目列為廠級驗收項目，并設為質量見證點，確保檢修質量。

4 轉子一點接地的幾種情況

4.1? ? 轉子接地報警

勵磁電壓波動引起的轉子接地報警，出現這類情況一般有兩種原因：一是轉子本身問題，如絕緣降低、與地實接或者虛接;二是自并勵機組在啟動時，輔助起勵與自并勵切換時出現電壓波動。

4.2? ? 轉子接地故障

停機前或靜態下轉子對地絕緣均正常，機組啟動時電壓升起來，轉子一點接地就會報警，測轉子回路絕緣均正常。遇到這種情況一般是陽極側對地絕緣不好，檢查勵磁變出口母線是否存在與柜體或者地零排有搭接情況。

4.3? ? 檢查注意事項

發生轉子一點接地告警時，問題不一定在直流轉子側，需對勵磁變到轉子繞組整個回路進行全面排查。交直流側接地都會引發轉子正、負對地的電壓波動。處理轉子接地故障時單純的絕緣或直阻試驗數據不能完全說明問題，停機前正常且靜態正常時，正常啟動后電壓上升出現告警時，需結合動態試驗及波形方法進行檢查。

5 結語

保證發電機運行的安全性十分重要，一旦發電機本身出現故障而保護裝置不能可靠動作時，輕則造成發電機損壞，修復難度及經濟損失非常大;重則造成人員傷亡，后果不堪設想。轉子一點接地保護是發電機的重要保護之一，機組正常運行時，轉子回路與地之間是絕緣的。當轉子回路出現絕緣降低或損壞時，可能引起轉子回路接地故障。若運行中出現該類故障，應立即采取相應的處理措施消除故障，保證機組正常運行。

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收稿日期：2020-03-01

作者簡介：李育強（1975—），男，甘肅武威人，技師，從事電氣檢修指導工作。

劉永博（1985—），男，甘肅會寧人，工程師，從事電氣檢修工作。