于愛民　宋巖　韓國強(qiáng)

摘要：闡述了一起300 MW機(jī)組轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致的停機(jī)事件，分析了保護(hù)誤動(dòng)的原因，提出了解決方法和防范措施。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī);轉(zhuǎn)子接地故障;接地保護(hù);對(duì)地電壓

中圖分類號(hào)：TM621.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.028

轉(zhuǎn)子接地是發(fā)電機(jī)較常見的故障之一，大型發(fā)電機(jī)組均配置了轉(zhuǎn)子接地保護(hù)。目前廣泛應(yīng)用的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)多采用乒乓式原理和注入式原理。本文闡述了一起300 MW機(jī)組采用了乒乓式接地保護(hù)原理的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)因接地碳刷接地不良導(dǎo)致的保護(hù)誤動(dòng)案例，分析了保護(hù)誤動(dòng)的原因，并從運(yùn)行維護(hù)及裝置設(shè)計(jì)方面提出防范措施。因接地碳刷對(duì)大軸接觸不良，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)誤動(dòng)的案例比較多見，因接地不良導(dǎo)致的保護(hù)誤動(dòng)鮮見報(bào)道，具有一定的借鑒意義。

1 機(jī)組及保護(hù)配置情況

某300 MW機(jī)組為上海電氣公司生產(chǎn)的QFSN-33 5-2型水氫氫發(fā)電機(jī)，其勵(lì)磁系統(tǒng)為自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。該機(jī)組發(fā)變組保護(hù)A、B柜各配置一套乒乓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜內(nèi)置一套注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置，運(yùn)行時(shí)只投入發(fā)變組保護(hù)A柜轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，其他兩套轉(zhuǎn)子接地保護(hù)退出。投入運(yùn)行的接地保護(hù)配置兩段，高定值段定值20k，動(dòng)作于信號(hào)，低定值段定值2.5k，延時(shí)5s動(dòng)作于跳閘。

2 故障處理及數(shù)據(jù)分析

2017-07-29，機(jī)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(jī)組運(yùn)行正常。2017-07-29T06：16，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組跳閘。調(diào)取發(fā)變組A柜保護(hù)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(dòng)到出口跳閘5s左右的時(shí)段。從波形中抽取部分時(shí)刻的通道采樣值及計(jì)算值列入表1.從波形及表1數(shù)據(jù)可以看出，跳閘前后發(fā)電機(jī)定子電流、電壓、無功功率、轉(zhuǎn)子電壓均比較穩(wěn)定無突變，轉(zhuǎn)子電壓與無功功率基本對(duì)應(yīng)。轉(zhuǎn)子正對(duì)地、負(fù)對(duì)地電壓采樣值成階段性突變，利用轉(zhuǎn)子正對(duì)地、轉(zhuǎn)子負(fù)對(duì)地的電壓采樣計(jì)算轉(zhuǎn)子電壓的最大點(diǎn)為609.9 V，轉(zhuǎn)子電壓的直接采樣僅為177.6 V，兩者出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，不能對(duì)應(yīng)。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地電阻值從0.70 - 2.43k之間變化，小于跳閘值2.5k持續(xù)時(shí)間超過5s，保護(hù)出口跳閘。

外觀檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、集電環(huán)碳刷及滑環(huán)、勵(lì)磁變等發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路相關(guān)設(shè)備發(fā)現(xiàn)無異常，測量勵(lì)磁系統(tǒng)正、負(fù)極母排絕緣合格，保護(hù)裝置校驗(yàn)合格。檢查發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)沖轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)行轉(zhuǎn)子交流阻抗測試，數(shù)據(jù)合格。檢查確認(rèn)勵(lì)磁回路一次系統(tǒng)無接地，暫將轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)改投信號(hào)后機(jī)組并網(wǎng)。

機(jī)組并網(wǎng)后，在接地碳刷接地和不接地兩種情況下用萬用表實(shí)測大軸對(duì)地電壓，并觀察記錄保護(hù)裝置采樣值，結(jié)果如表2所示。大軸不接地時(shí)大軸對(duì)地電壓變化幅度很大，保護(hù)裝置顯示接地電阻值在5 - 300 kΩ之間波動(dòng)?？煽拷拥睾螅筝S對(duì)地電壓相對(duì)穩(wěn)定，保護(hù)裝置顯示轉(zhuǎn)子接地電阻為300 kΩ（裝置最大量程）。

3 保護(hù)動(dòng)作行為分析

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

由于發(fā)電機(jī)磁通的不平衡、汽輪機(jī)低壓缸內(nèi)的干蒸汽與汽輪機(jī)葉片相摩擦產(chǎn)生靜電電荷等原因[2]，轉(zhuǎn)子充電產(chǎn)生了很高的對(duì)地電勢E，如果大軸接地不可靠，此時(shí)電勢將直接疊加在保護(hù)測量回路中，導(dǎo)致測量電流i1和i2出現(xiàn)偏差，裝置計(jì)算接地電阻值錯(cuò)誤，保護(hù)誤動(dòng)作。

4 防范措施

發(fā)電機(jī)大軸在汽輪機(jī)軸瓦處單端接地是消除大軸上靜電荷，保護(hù)發(fā)電機(jī)大軸的有效措施[3]，同時(shí)也為轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)提供了參考電位點(diǎn)。發(fā)電機(jī)大軸接地不良，無法釋放轉(zhuǎn)子大軸上感應(yīng)電荷，在轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)回路中疊加感應(yīng)電勢，導(dǎo)致保護(hù)測量出現(xiàn)偏差，保護(hù)誤動(dòng)作。

應(yīng)高度重視發(fā)電機(jī)接地碳刷接地的可靠性，尤其是轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地投跳閘的機(jī)組，在機(jī)組檢修后、投運(yùn)前應(yīng)檢查確認(rèn)大軸接地的可靠性。在機(jī)組運(yùn)行中也應(yīng)定期檢查接地碳刷的接地狀況，防止接地碳刷接地不良導(dǎo)致的保護(hù)誤動(dòng)。

保護(hù)動(dòng)作波形分析表明，轉(zhuǎn)子碳刷未可靠接地，轉(zhuǎn)子正對(duì)地、負(fù)對(duì)地電壓采樣值成階段性突變，轉(zhuǎn)子正對(duì)地、負(fù)對(duì)地的電壓采樣計(jì)算的轉(zhuǎn)子電壓值與裝置實(shí)際采集的轉(zhuǎn)子電壓值出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，不能一一對(duì)應(yīng)。而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。建議保護(hù)裝置生產(chǎn)廠家據(jù)此在保護(hù)邏輯中增設(shè)輔助判據(jù)，當(dāng)轉(zhuǎn)子正對(duì)地、負(fù)對(duì)地計(jì)算的轉(zhuǎn)子電壓值與實(shí)測轉(zhuǎn)子電壓值存在嚴(yán)重偏差時(shí)，提出預(yù)警或閉鎖保護(hù)，防止由于接地不可靠或回路干擾等原因造成的保護(hù)誤動(dòng)。

5 結(jié)語

發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷接地不良將導(dǎo)致乒乓式原理轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)誤動(dòng)作。確保接地碳刷可靠接地是防止保護(hù)誤動(dòng)的有效措施。保護(hù)裝置廠家或可根據(jù)轉(zhuǎn)子正、負(fù)對(duì)地電位漂移這一現(xiàn)象增設(shè)報(bào)警或閉鎖保護(hù)，提高保護(hù)的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，1996.

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

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