发电机转子接地故障分析及处理.docx

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1、发电机转子接地故障分析及处理杨联联;张岩【摘 要】通过一起发电机转子一点接地保护装置频繁告警故障的分析查找,分析了可能导致保护装置动作的各种状况,通过逐一排查,最终觉察和消退了故障产生的缘由,并总结得出查找此类故障的步骤和建议,可供给用同类保护装置的发电机组参考.【期刊名称】浙江电力【年(卷),期】2023(029)008【总页数】3 页(P34-36)【关键词】转子绕组;接地保护;接地刷辫;软连接【作 者】杨联联;张岩【作者单位】淮浙煤电有限责任公司凤台发电分公司,安徽,淮南,232131;浙江省电力试验争论院,杭州,310004【正文语种】中 文【中图分类】TM621.3凤台发电厂一期工程

2、为 2600 MW 超临界燃煤发电机组，发电机为东方电机股份生产的 QFSN-600-2-22C，转子绕组承受氢气冷却方式。转子接地保护装置承受南京南瑞继保电气 RCS-985 注入式转子接地保护，2 台机组于2023 年 8 月投入运行，转子一点接地保护投发信，装置运行稳定。继保人员在某次日常巡检时觉察转子接地保护装置显示接地点位置 为 0.7%，接地电阻 Rg 为 15 k，但未到达告警定值 10 k，而正常运行时 位置应当在50%、接地电阻 Rg 为 300 k。显示接地时间大约持续 15 min。检修人员到达现场后，在转子接地保护屏测量正对地电压约 270 V，负对地电压约50 V。技

3、术人员赶往 1 号发电机平台，检查觉察大轴接地刷辫跳动且有火花，充分按压大轴接地刷辫后，翻开碳刷小室门测量正极碳刷对地及负极碳刷对地均正常， 转子接地保护报警消逝，处理完毕后初步认为发电机大轴在高速旋转期间，因刷辫 和大轴外表不光滑、接触面不平坦、外表受污、刷辫接触压力不够等因素，可能导 致接地刷辫跳变接触不良、电容充放电、转子接地保护接地电阻减小等状况；接地 电阻减小后，发电机正、负对地电压不平衡的缘由为：发电机励磁回路为浮地系统， 发电机大轴不接地时会造成励磁系统接地点漂移，而且往励磁负极漂移，从而使正、负对地电压不平衡。检修人员对接地刷辫及刷辫接触大轴的地方进展了彻底的清理 及紧固。同时

4、，对励磁机正、负极碳刷也进展检查、更换及碳粉清理工作，确保励 磁机正、负极碳刷及接地刷辫正常稳定运行。随后几天内转子接地保护又屡次启动，其中有 5 次持续时间超过 3 s，但每次等检修人员到达后接地告警已消逝。虽然对大轴接地刷辫进展充分清洗及紧固，但未能彻底消退转子接地保护发生告警的状况。RCS-985 注入式转子接地保护的原理是在转子绕组的正负两端与大轴之间注入方波电源，实时求解转子对地的绝缘电阻值，注入电压由保护装置产生。装置的工作电路如图 1 所示，Rx 为测量回路电阻，Ry 为注入式大功率电阻，Us 为注入电源模块，Rg 为转子绕组对大轴的绝缘电阻。依据双端注入式转子接地保护原理，可得

5、到图 2 所示的等效电路。图 2 中 Cy 为励磁回路对地电容。注入周期整定为 1 s，每秒变极性 2 次，当发电机正常运行时，可认为 Rg=，由于注入式大功率电阻 Ry 阻值为 47 k，注入电源在变极性过程中的暂态现象早已完毕。通过测量方波电源在正半波和负半波两种状态下的稳态泄漏电流 i1、i2，可求解出转子接地电阻 Rg=2Us/i1-i2-Rx+0.5Ry，进而推断是否存在转子接地。发电机励磁绕组高速旋转时极易发生一点接地故障。转子接地故障可以分为永久性 接地故障、瞬时性接地故障和断续性接地故障。永久性接地故障主要是由于转子回 路对地绝缘降低或者励磁回路接地造成的。瞬时性接地故障主要是

6、由于发电机内部 积存大量碳粉、铁屑等杂质，在发电机运行时，转子高速旋转的风力带动杂质飞扬， 当密度到达肯定程度时，对大轴形成导电层，进而发生转子接地，这类故障通常在 清扫发电机内部及励磁机碳刷后就能消退；也有可能因转子滑环、槽及槽口、引线 等部位绝缘损坏造成。3.1 保护装置及二次回路检查每台机组配置 2 套发电机转子接地保护，正常运行时 1 套投入运行、另 1 套冷备用。假设保护装置采样不准确，将直接影响装置对接地电阻的测量结果。对 2 套保护装置进展校验后，未觉察特别，因而排解了保护装置自身缘由导致故障的可能。保护装置的输出端与发电机转子大轴的正负极相连接，二次回路检查对地和线间绝 缘良好

7、，因此也可排解二次回路的缘由。3.2 注入电压周期定值检查机组励磁回路对地电容一般不会变化，在转子接地保护投产调试期间，曾依据转子对地电容的大小对注入电压周期进展整定。随着励磁系统的运行，RC 轴电压回路的电容性能可能发生变化，目前整定的注入电压周期有可能已经不能满足稳态电流的计算要求。故将注入电压的周期由 1 s 调整为 1.5 s，结果在观看期间接地电阻仍有变化，因此也可排解注入电压周期的影响因素。3.3 励磁碳刷与大轴接地检查在转子接地保护告警时曾觉察刷辫打火，由于当接地刷辫与大轴频繁接触时，转子绕组对地电容频繁充放电，这时转子接地保护采集到的电流为暂态电流，故计算出的接地电阻也在变化，

8、有可能影响转子一点接地保护接地电阻值的测量，导致转子接地保护装置发信。人为模拟接地刷辫一侧脱离大轴、另外一侧频繁接触大轴，检查转子接地保护测量的接地电阻及接地位置变化状况，觉察接地电阻变化范围在20 k150 k，并未到达保护动作值。同时对正负极碳刷进展碳粉清理、检查更换，并对接地刷辫及刷辫接触大轴的地方进展彻底清理及紧固后，仍旧消灭转子一点接地保护发信的状况，因此推断励磁碳刷和大轴接触不良也不是导致发电机转子保护发信的缘由。3.4 励磁回路检查发电机转子电压由励磁系统供给，该电压是励磁变输出至励磁整流柜后经整流再接入发电机转子线圈，用于向发电机的磁场绕组供给直流电流。依据第一次接地报警时发电

9、机转子正、负极对地电压不平衡的状况，为进一步论证发电机励磁系统是否存在接地点，人为解除大轴的接地刷辫，以测量发电机励磁电压是否漂移，漂移幅度是否到达 60 V。解除大轴的接地点，测量正、负极对地电压较接地前向负极漂移约 20 V，但同时也觉察正极对地及负极对地电压相差 50 V。考虑到第一次接地报警消逝后测量励磁正、负极对地电压根本平衡，因而翻开励磁小室出线柜门，恢复大轴接地点，并在励磁小室出线柜测量励磁正、负极对地电压，此时觉察保护装置接地电阻又发生变化且持续时间较长。检查确认发电机接地刷辫接触良好，马上翻开碳刷小室门作进一步检查，觉察接地报警消逝；关闭碳刷小室后，转子接地保护装置又发一点接

10、地告警信息，由此推断转子接地保护告警可能与励磁小室出线柜有关。在认真检查励磁小室出线时，觉察出线柜上方励磁母排软连接处的橡胶外壳局部因负压向励磁直流母排方向凹进，橡胶外壳很可能与励磁负极母排接触。将橡胶外壳往外拉出后，转子接地保护告警信息复归，且发电机励磁电压正常，故断定该故障是因励磁母排橡胶外壳与励磁负极母排接触引起。利用机组调停时机检查励磁出线软连接，觉察橡胶外壳对地绝缘电阻约十几欧姆。橡胶外壳在负压及电磁力、震惊等作用下，造成与励磁负极母排软连接的螺杆接触，导致负极接地，拆下来的橡胶皮上有与螺杆明显接触的痕迹。翻开碳刷小室门后， 负压破环，橡胶外壳远离励磁母排，励磁回路对地绝缘恢复，励磁

11、电压正常，转子接地保护动作信号消逝。至此，导致凤台发电厂转子接地保护频繁发信的缘由已根本确定：（1） 发电机碳刷小室因进风孔滤网堵塞，正负刷架下的风扇连续运转，造成碳刷小室及发电机励磁母排风道形成很大的负压，以致软连接处的橡胶外壳与励磁母排相互接触。（2） 软连接处的橡胶外壳绝缘不良。机组调停期间对软连接处进展检查，觉察橡胶外壳长期被负压吸进后局部已糟化，绝缘也不合格。（3） 软连接与母排连接的螺丝安装方式不合理。软连接与母排连接的螺杆应朝向里侧，但检查却觉察螺杆朝向外侧，缩短了母排与橡胶外壳的距离，在负压及震惊的作用下，螺杆很简洁碰触到绝缘已不合格的橡胶外壳。发电机转子接地保护频繁告警的缘由

12、查明后，结合机组检修对励磁母线软连接橡胶 进展加固，并检查励磁母线软连接螺丝的安装状况，对类似不合理的地方进展整改。同时，在日常运行维护中定期检查清理碳刷小室的滤网、接地刷辫及正、负极碳刷， 加强对软连接处橡胶外壳的检查，觉察不合格后马上进展更换或实行加强绝缘的措 施。实行上述措施后，机组未再消灭转子一点接地保护发信的状况。转子接地保护装置会因某些外界因素的影响导致接地刷辫、正负极碳刷接触不良或 接触电阻增大，有可能引起转子接地保护误动或拒动，直接影响保护动作的正确率。当转子一点接地报警时，一般应先检查、清洗、紧固接地刷辫和正负极碳刷，再检 查转子电压引入励磁系统、故障录波、转子接地保护屏的回路及保护装置有无特别 等；排解外部回路影响后，再考虑停机检查发电机本体及励磁系统的接地故障。对于不稳定的接地，除不停机检查工程外还应加强监视，可接入录波器进展跟踪，通过接地时励磁电压、绕组温度、励磁电流、机组振动状况等综合推断接地状态，再打算是否停机检查。张 岩 1975-，男，山东文登人，工程师，从事电网生产治理工作。【相关文献】1王维俭.电气主设备继电保护原理与应用其次版M.北京:中国电力出版社，2023.