潘作新

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200)

引言

轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地是監(jiān)測(cè)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路絕緣的重要保護(hù),發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路與大地之間是絕緣的[1]。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路絕緣降低到一定值時(shí),就會(huì)引起轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地報(bào)警。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地分金屬性接地和非金屬接地，一旦再發(fā)生另外一點(diǎn)接地的話，就會(huì)觸發(fā)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組跳閘。

1 發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)

某公司25 MW 汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組采用單缸抽汽凝汽式汽輪機(jī)C25-3.43/0.7，發(fā)電機(jī)采用QF-W25-2空冷無(wú)刷交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)組，電壓為10.5 kV，功率為25 MW，勵(lì)磁系統(tǒng)采用GEX-2000 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置采用CSC-306E 數(shù)字式發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置，勵(lì)磁一點(diǎn)接地保護(hù)采用乒乓式工作原理，保護(hù)測(cè)量電路原理圖如圖1所示。

圖1 保護(hù)測(cè)量電路原理圖

原理圖中通過(guò)輪流接通電子器件S1、S2的三種情況，利用戴維南定理求解三種情況下的回路方程，實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)子接地電阻和接地位置。Rs 為實(shí)時(shí)接地電阻值，此外采用乒乓原理的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)接地電阻與回路接地點(diǎn)的位置和勵(lì)磁電壓大小無(wú)關(guān)，對(duì)于轉(zhuǎn)子回路中任何地點(diǎn)發(fā)生接地故障都具有很高的靈敏度。

2 故障情況及檢查處理

2.1 故障現(xiàn)象

6月27日16時(shí)10分，25 MW機(jī)組發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置CSC-306E 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地（電阻0.99 kΩ）報(bào)警，對(duì)保護(hù)裝置CSC-306E 進(jìn)行復(fù)位后，轉(zhuǎn)子接地電阻值恢復(fù)在11 kΩ，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地高段報(bào)警值為10 kΩ，低段報(bào)警值為0.5 kΩ。6月30日轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地報(bào)警三次，接地為瞬間接地，復(fù)位后恢復(fù)正常。對(duì)正極勵(lì)磁碳刷刷架軸固定處絕緣套磨損處進(jìn)行環(huán)氧樹(shù)脂膠修復(fù)后，轉(zhuǎn)子接地電阻上升至1.3 kΩ。運(yùn)行至9 月2 日，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地（電阻0.7 kΩ）再次報(bào)警，期間有不定期報(bào)警信息，組織對(duì)勵(lì)磁裝置進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)故障原因并進(jìn)行了處理，轉(zhuǎn)子接地電阻恢復(fù)正常。

2.2 故障一般原因

結(jié)合大量的汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障案例，總結(jié)出轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的主要原因主要有以下五個(gè)方面。

⑴轉(zhuǎn)子本體：檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本體及內(nèi)部絕緣情況，重點(diǎn)關(guān)注集電環(huán)裝置有無(wú)異常，勵(lì)磁引線、導(dǎo)電螺釘、刷架、絕緣板及碳粉、油污污染情況。

⑵勵(lì)磁機(jī)：檢查勵(lì)磁整流裝置及勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組回路接地情況；檢查勵(lì)磁滑環(huán)小室碳粉積聚情況，檢查勵(lì)磁機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)碳刷情況。

⑶勵(lì)磁柜：檢查勵(lì)磁調(diào)節(jié)器柜內(nèi)主回路及檢測(cè)回路情況；檢查勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸出至勵(lì)磁機(jī)電力電纜絕緣情況。[2]

⑷發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷：檢查發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷油污污染情況及是否可靠接地。

⑸發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置：對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)傳動(dòng)試驗(yàn)，是否存在誤動(dòng)作情況。

2.3 故障排查

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)以上主要原因進(jìn)行了逐一檢查測(cè)量。

⑴發(fā)電機(jī)本體及轉(zhuǎn)子絕緣電阻檢查情況

拆除勵(lì)磁機(jī)定子后，將勵(lì)磁整流裝置與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子正負(fù)極連線斷開(kāi)后，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行絕緣搖測(cè)，阻值為76.9 MΩ，絕緣合格，排除發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本體原因。

⑵發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷檢查情況

經(jīng)檢查大軸接地碳刷及刷握周圍有大量油泥，原設(shè)計(jì)的接地碳刷體積較小，導(dǎo)致接觸面小，接觸不牢靠，接地阻值偏大現(xiàn)象，對(duì)接地碳刷進(jìn)行清理后，并對(duì)接地碳刷進(jìn)行改造，改造為體積較大的碳刷，但試機(jī)后轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地報(bào)警仍存在，排除接地碳刷原因。[3]

⑶發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置306E檢查、試驗(yàn)情況

對(duì)3號(hào)機(jī)、4號(hào)機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行對(duì)調(diào)，更換定值，將原一點(diǎn)接地延時(shí)時(shí)間由2.0 s 更改為8.0 s，試機(jī)后故障仍存在。使用繼保儀等對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行校驗(yàn)，模擬轉(zhuǎn)子正負(fù)極電壓及人工對(duì)試驗(yàn)線路進(jìn)行接地試驗(yàn)，保護(hù)裝置均動(dòng)作正常，排除接地保護(hù)裝置誤動(dòng)作的原因。[3]

⑷勵(lì)磁機(jī)監(jiān)測(cè)碳刷檢查情況

對(duì)勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓監(jiān)測(cè)碳刷系統(tǒng)檢查（圖3 ②處），發(fā)現(xiàn)正極勵(lì)磁電壓監(jiān)測(cè)碳刷刷架軸固定處絕緣套磨損，磨損處有一條深痕，見(jiàn)圖2。對(duì)磨損處進(jìn)行環(huán)氧樹(shù)脂膠修復(fù)后，絕緣電阻有所上升，但仍偶爾發(fā)生接地報(bào)警。

圖2 絕緣套磨損實(shí)物圖

⑸勵(lì)磁系統(tǒng)至勵(lì)磁機(jī)電纜檢查情況

根據(jù)勵(lì)磁機(jī)及整流裝置原理得知，勵(lì)磁系統(tǒng)輸出交流電流，在勵(lì)磁機(jī)定子中產(chǎn)生交變的勵(lì)磁磁場(chǎng)，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子切割磁力線在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)的交變電流通過(guò)整流裝置中的旋轉(zhuǎn)二極管整流又變成直流電流，通過(guò)銅排輸出至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中，對(duì)勵(lì)磁柜至定子勵(lì)磁機(jī)的電纜進(jìn)行絕緣搖測(cè)，阻值為20 MΩ，絕緣合格，排除勵(lì)磁電纜故障。

⑹勵(lì)磁整流裝置檢查情況

對(duì)勵(lì)磁整流裝置進(jìn)行絕緣搖測(cè)，阻值為115 kΩ，低于標(biāo)準(zhǔn)0.5 MΩ，對(duì)比新整流裝置備件絕緣阻值為291 MΩ，通過(guò)絕緣阻值對(duì)比分析判斷勵(lì)磁整流裝置絕緣不合格。將勵(lì)磁轉(zhuǎn)子繞組與整流裝置斷開(kāi)（圖3 ①處），單獨(dú)測(cè)量勵(lì)磁轉(zhuǎn)子繞組，阻值為75 MΩ，絕緣合格，排除勵(lì)磁轉(zhuǎn)子繞組原因，綜合排除法，分析判斷整流裝置絕緣存在問(wèn)題。

圖3 發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁機(jī)原理圖

進(jìn)一步組織對(duì)勵(lì)磁整流裝置拆卸解體檢查，搖測(cè)二極管對(duì)整流裝置外殼絕緣42.8 MΩ，絕緣合格，二極管本體正向?qū)妷簽?.37 V 左右，反向耐壓1 000 V合格，二極管正常。對(duì)阻容保護(hù)元件進(jìn)行絕緣搖測(cè)，負(fù)極三組阻容元件電阻對(duì)外殼均為絕緣1.26 GΩ 左右，電容為223 μF，正常。而正極其中兩組用萬(wàn)用表測(cè)量電阻對(duì)外殼（電阻散熱片）阻值為70 kΩ 和300 kΩ 左右，用搖表?yè)u測(cè)絕緣電阻為7 kΩ（<0.5 MΩ），絕緣不合格。通過(guò)整流裝置阻容元件檢查發(fā)現(xiàn)，阻容元件中的電阻底座尺寸與整流裝置外圈尺寸匹配不合適，導(dǎo)致固定電阻的螺絲及墊片與整流裝置外殼距離較近，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中，整流裝置阻容元件碳粉聚集，螺絲表面絕緣漆損壞等影響下導(dǎo)致電阻散熱片與外殼接觸，引起絕緣不良是最終造成此次轉(zhuǎn)子接地報(bào)警的直接原因。

3 防范措施

⑴對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置中接地電阻數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，根據(jù)曲線趨勢(shì)進(jìn)行分析判斷轉(zhuǎn)子接地情況，一旦發(fā)現(xiàn)絕緣電阻持續(xù)下降，及時(shí)結(jié)合檢查進(jìn)行處理。

⑵結(jié)合檢修，每年對(duì)勵(lì)磁機(jī)外罩拆除，對(duì)勵(lì)磁整流裝置、勵(lì)磁電樞繞組，轉(zhuǎn)子接地碳刷絕緣套進(jìn)行壓縮風(fēng)吹掃，絕緣搖測(cè)，記錄絕緣阻值，并將檢修項(xiàng)目固定到檢修標(biāo)準(zhǔn)中。

⑶與廠家進(jìn)行技術(shù)交流，更改電阻底座的尺寸或者將螺絲及墊片改為絕緣材質(zhì)，避免電阻底座固定螺絲與整流裝置外圈距離較近導(dǎo)致轉(zhuǎn)子回路絕緣不良的情況發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子及回路對(duì)大軸絕緣電阻的大小，若發(fā)電機(jī)運(yùn)行中發(fā)生非金屬轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地報(bào)警后，按照規(guī)范機(jī)組可觀察運(yùn)行情況，但要立即采取相應(yīng)的處理措施消除一點(diǎn)接地報(bào)警。[4]本文針對(duì)交流無(wú)刷勵(lì)磁汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子非金屬性一點(diǎn)接地報(bào)警，對(duì)報(bào)警的原因進(jìn)行了逐步檢查，通過(guò)排除法最終確認(rèn)了故障原因并制定了防范措施，對(duì)其他交流無(wú)刷勵(lì)磁汽輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子接地報(bào)警查找處理提供了參考依據(jù)。