中節(jié)能（曲周）環(huán)保能源有限公司 徐海龍

1 引言

土耳其澤塔斯三期2×660MW火電廠發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地裝置是由ABB 公司生產(chǎn)，裝置型號(hào)為REG670系列，轉(zhuǎn)子注入單元是由ABB 公司生產(chǎn)的REX060系列。 #4機(jī)組在168h過后的冬季運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)保護(hù)A 屏 “轉(zhuǎn)子接地報(bào)警”比較頻繁，夜間尤為嚴(yán)重，夏季陰雨天氣引發(fā)間歇性報(bào)警，經(jīng)過對(duì)A 屏保護(hù)裝置在線監(jiān)測(cè)觀察，阻值波動(dòng)較大，偶爾低于報(bào)警定值后發(fā)出信號(hào)，對(duì)于土耳其當(dāng)?shù)氐臍夂蚝徒Y(jié)合勵(lì)磁端#9軸瓦及#7軸瓦滲油情況經(jīng)過分析，針對(duì)滲油進(jìn)行定時(shí)清理，轉(zhuǎn)子接地電阻值維持在比較小的波動(dòng)范圍內(nèi)，但在2018年7月9日#4機(jī)組出現(xiàn)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作，造成#4機(jī)組非計(jì)劃性停機(jī)，針對(duì)這一事件進(jìn)行了深入分析，本文對(duì)此跳機(jī)原因進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的對(duì)策和注意事項(xiàng)[1]。

2 事故發(fā)生前后經(jīng)過

#4機(jī)組在冬季運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)保護(hù)A 屏 “轉(zhuǎn)子接地報(bào)警”比較頻繁，特別是夜間，夏季間在陰雨天氣發(fā)間歇性報(bào)警。經(jīng)過對(duì)A 屏保護(hù)裝置在線監(jiān)測(cè)觀察，阻值波動(dòng)較大，偶爾低于報(bào)警定值后發(fā)出信號(hào)，報(bào)警值低于7000Ω 延時(shí)10s 報(bào)警，動(dòng)作值低于2000Ω 延時(shí)1s 跳閘（反時(shí)限）。就地檢查發(fā)現(xiàn)#4機(jī)組#9瓦有滲油現(xiàn)象，底部勵(lì)磁直流母線周圍有油污，土耳其澤塔斯項(xiàng)目夜間比較潮濕考慮可能是油污引起安全距離不夠，因運(yùn)行中無法全面處理，所以對(duì)運(yùn)行人員要求每隔幾天用吸油紙清理#9瓦底部維持運(yùn)行，等待停機(jī)拆體清理。

2018年5月至6月#4機(jī)組大修期間，對(duì)勵(lì)磁回路及轉(zhuǎn)子拆體檢查未發(fā)現(xiàn)異常，轉(zhuǎn)子繞組、#9瓦底座、交、直流母線測(cè)量絕緣電阻都高于500Ω。#4機(jī)組大修完畢，啟動(dòng)運(yùn)行3d 后，#4發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子接地報(bào)警再次發(fā)出，保護(hù)屏廠家給出建議將定值改為報(bào)警值：低于5000Ω 延時(shí)15s 報(bào)警，動(dòng)作值：低于2000Ω 延時(shí)1s 跳閘。

2018年7月9日凌晨0時(shí)53分，#4發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)跳閘，測(cè)量轉(zhuǎn)子繞組正、負(fù)極與地之間絕緣為1.16MΩ（測(cè)量絕緣時(shí)帶勵(lì)磁屏內(nèi)附屬元器件）。

3 事故原因分析

根據(jù)保護(hù)屏廠家提供的保護(hù)原理，#4機(jī)組正常運(yùn)行中，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置REX060兩路注入電壓64RV1+與64RV1-之間交流電壓為29V，64RV2+與64RV2-之間交流電壓為17.2V，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組注入電壓EX+，EX-之間交流電壓為350V；注入頻率為113Hz；轉(zhuǎn)子接地保護(hù)定值（報(bào)警值：低于5000Ω，報(bào)警延時(shí)：15s；跳閘值（反時(shí)限）：低于2000Ω，跳閘延時(shí)：1s（反時(shí)限））。

針對(duì)此次跳機(jī)事件對(duì)#4機(jī)組進(jìn)行全面檢查。

一是將EX+與EX-兩端分別懸空，使用電搖表（擋位500V）測(cè)量絕緣良好。二是測(cè)量轉(zhuǎn)子大軸接地碳刷至勵(lì)磁屏端子排引線絕緣良好（兩端懸空）。三是轉(zhuǎn)子繞組正、負(fù)極與地之間絕緣為1.57MΩ（測(cè)量絕緣時(shí)帶勵(lì)磁屏內(nèi)附屬元器件）。四是將發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷及發(fā)電機(jī)#9瓦勵(lì)磁滑環(huán)碳刷已拆下清理。五是轉(zhuǎn)子匝間在線監(jiān)測(cè)裝置（FZGL-20）報(bào)轉(zhuǎn)子匝間故障報(bào)警。

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)#4機(jī)組#7軸瓦大軸接地碳刷處接地碳刷有跳動(dòng)，隨后拔下對(duì)接地碳刷觀察碳刷表面磨損嚴(yán)重，并且碳刷的彈簧松動(dòng)，對(duì)接地碳刷進(jìn)行處理后，待啟機(jī)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)接地碳刷對(duì)接地阻值的波動(dòng)與轉(zhuǎn)子繞組接地阻值的波動(dòng)呈規(guī)律性變化，此時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)接地碳刷處有油污，待清理干凈后，阻值穩(wěn)定在-1000。因此可以判定引起發(fā)電機(jī)接地電阻在2000Ω 至最大值-1000無規(guī)律擺動(dòng)的原因是接地碳刷與大軸之間接觸不良，并且大軸存在油污所致[2]。

4 轉(zhuǎn)子接地保護(hù)

4.1 轉(zhuǎn)子接地的危害

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓（直流電壓）有幾百伏左右，勵(lì)磁回路正、負(fù)極對(duì)地電壓約為勵(lì)磁電壓的一半，電廠機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子對(duì)地電壓兩側(cè)測(cè)量值應(yīng)該是相等的，轉(zhuǎn)子繞組及勵(lì)磁回路系統(tǒng)對(duì)地是絕緣的。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組或勵(lì)磁回路發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，不會(huì)構(gòu)成對(duì)發(fā)電機(jī)的危害。但轉(zhuǎn)子發(fā)生一點(diǎn)接地后更容易發(fā)生兩點(diǎn)接地。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地后勵(lì)磁回路對(duì)地電壓將有所升高。如當(dāng)勵(lì)磁回路的一端發(fā)生金屬性接地故障時(shí)，另一端對(duì)地電壓將升高為全部勵(lì)磁電壓值，即比正常電壓值高出一倍。在這種情況下運(yùn)行，當(dāng)切斷勵(lì)磁回路中的開關(guān)或一次回路的主斷路器時(shí)，將在勵(lì)磁回路中產(chǎn)生暫態(tài)過電壓，在此電壓作用下，可能將勵(lì)磁回路中其他絕緣薄弱的地方擊穿，從而導(dǎo)致第二點(diǎn)接地。 當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)不同位置的兩點(diǎn)接地或匝間短路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，可能會(huì)燒傷轉(zhuǎn)子本體；另外，由于部分轉(zhuǎn)子被短路，使氣隙磁場(chǎng)不均勻或發(fā)生畸變，從而使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所受的電磁轉(zhuǎn)矩不均勻并造成發(fā)電機(jī)振動(dòng)，損壞發(fā)電機(jī)。發(fā)生兩點(diǎn)接地導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷停機(jī)，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定和電能的質(zhì)量，造成經(jīng)濟(jì)損失。

4.2 轉(zhuǎn)子接地保護(hù)幾種形式

4.2.1 乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)

乒乓式原理轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)裝置內(nèi)部的雙向切換電子開關(guān)，在時(shí)序電路控制下周期性地導(dǎo)通、截止，即轉(zhuǎn)子的正、負(fù)極性人為地周期性接地來監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子的對(duì)地絕緣狀況，保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)是通過乒乓式工作原理來實(shí)現(xiàn)的[3]。

4.2.2 注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)

傳統(tǒng)的定子接地保護(hù)，由機(jī)端側(cè)和中性點(diǎn)側(cè)三次諧波電壓和基波零序電壓構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)，二者組合實(shí)現(xiàn)包括整個(gè)定子繞組的接地保護(hù)功能。 傳統(tǒng)的注入式定子/轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的注入頻率為 10～25Hz，這種方式在發(fā)電機(jī)異步運(yùn) 行的情況下，會(huì)誤動(dòng)作，因此，現(xiàn)在的注入式保護(hù)多采用較高的注入頻率頻率范圍 50～250Hz。

土耳其澤塔斯三期電廠發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地裝置是由ABB 公司生產(chǎn)，裝置型號(hào)為REG670系列，轉(zhuǎn)子注入單元是由ABB 公司生產(chǎn)的REX060系列。傳統(tǒng)的注入式定子/轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的注入頻率為10～25Hz，這種方式在發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行的情況下，會(huì)誤動(dòng)作，因此，現(xiàn)在的注入式保護(hù)多采用較高的注入頻率，頻率范圍 50～250Hz，土耳其澤塔斯發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)采用轉(zhuǎn)子繞組雙端注入式原理，注入電源從轉(zhuǎn)子繞組的正、負(fù)兩端與大軸之間注入，注入電源的切換周期可根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地電容的大小進(jìn)行調(diào)整，保護(hù)能實(shí)時(shí)反應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)大軸的絕緣電阻值。發(fā)電機(jī)在不同的運(yùn)行工況下，其接地阻抗不同，據(jù)此，邏輯配置要盡可能考慮發(fā)電機(jī)的不同運(yùn)行工況，并在相應(yīng)的工況下，測(cè)定相關(guān)參數(shù)。對(duì)于定子注入式接地保護(hù)，裝置最 多可考慮 5 種工況。附件中的邏輯配置對(duì)于定子考慮了 3 種工況，即發(fā)電機(jī)停機(jī)、發(fā)電機(jī)運(yùn)行 GCB 分位、發(fā)電機(jī)運(yùn)行GCB 合位。對(duì)于發(fā)電機(jī)變壓器單元接線的情況，可只考 慮兩種工況即發(fā)電機(jī)停機(jī)、發(fā)電機(jī)運(yùn)行。對(duì)于轉(zhuǎn)子注入式接地保護(hù)，裝置最多可考慮 2 種，即發(fā)電機(jī)停機(jī)、發(fā)電機(jī)運(yùn)行。

4.2.3 轉(zhuǎn)子接地保護(hù)定值

定值中部分的定值需要現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)得，部分的定值可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置。該定值有 1/2s 兩種選擇，建議設(shè)置 1s。定子和轉(zhuǎn)子的注入單元反饋給 REG670皆為電壓信號(hào)，相應(yīng)模擬量通道的 PT 變比設(shè)置為0.1kV/100V。

4.3 邏輯配置

發(fā)電機(jī)在不同的運(yùn)行工況下，其接地阻抗不同，據(jù)此，邏輯配置要盡可能考慮發(fā)電機(jī)的不同運(yùn)行工況，并在相應(yīng)的工況下，測(cè)定相關(guān)參數(shù)。對(duì)于定子注入式接地保護(hù)，裝置最多可考慮 5 種工況。附件中的邏輯配置對(duì)于定子考慮了 3 種工況，即發(fā)電機(jī)停機(jī)、發(fā)電機(jī)運(yùn)行 GCB 分位、發(fā)電機(jī)運(yùn)行 GCB 合位。對(duì)于發(fā)電機(jī)變壓器單元接線的情況，可只考慮兩種工況即發(fā)電機(jī)停機(jī)、發(fā)電機(jī)運(yùn)行。對(duì)于轉(zhuǎn)子注入式接地保護(hù)，裝置最多可考慮 2種，即發(fā)電機(jī)停機(jī)、發(fā)電機(jī)運(yùn)行。

磁場(chǎng)電路絕緣的故障將導(dǎo)致從磁場(chǎng)繞組到地的導(dǎo)通。一點(diǎn)接地故障對(duì)磁場(chǎng)繞組只會(huì)造成很小的故障電流。因此，接地故障不會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)造成任何損害，也不會(huì)以任何方式影響發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行。然而，一點(diǎn)接地故障的存在增加了電場(chǎng)電路中其他點(diǎn)的電應(yīng)力。這意味著在磁場(chǎng)繞組的另一個(gè)點(diǎn)發(fā)生第二次接地故障的風(fēng)險(xiǎn)增加了。第二次接地故障將導(dǎo)致短路，造成嚴(yán)重后果。轉(zhuǎn)子接地故障保護(hù)的基礎(chǔ)是將交流電壓注入隔離的勵(lì)磁電路中。在非故障條件下，將不會(huì)有與注入電壓相關(guān)聯(lián)的電流。如果發(fā)生轉(zhuǎn)子接地故障，則通過轉(zhuǎn)子接地故障保護(hù)來檢測(cè)，并且發(fā)出狀態(tài)告警或動(dòng)作預(yù)解列、滅磁。保護(hù)功能使用向發(fā)電機(jī)場(chǎng)電路注入交流電壓。COMBIFLEX 電壓注入單元RXTTE4，第1MRK 002 108-AB 部分包含一臺(tái)電壓互感器，其一次繞組連接到120或230V、50或60Hz 電源電壓。從該內(nèi)部電壓互感器的二次繞組，大約40V 的交流通過串聯(lián)電容器和電阻器注入轉(zhuǎn)子電路中。注入的電壓和電流被饋送到一個(gè)電壓輸入端和一個(gè)電壓輸入端。REG670 IED的當(dāng)前輸入。此功能必須使用REG670的額定電流輸入。注入引起的電流通過注入單元RXTTE 4輸入Reg670 IED 的電流，如圖1所示。在通用多用途函數(shù)（GAPC）中使用兩級(jí)定向電流測(cè)量，檢測(cè)勵(lì)磁直流側(cè)的接地故障電流。當(dāng)所測(cè)注入電流的電阻分量超過預(yù)先設(shè)定的操作電平時(shí)，保護(hù)工作。

圖1 土耳其澤塔斯發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地原理圖

第一階段提供報(bào)警信號(hào)，第二階段提供發(fā)電機(jī)在短時(shí)間延遲后發(fā)生的充分發(fā)展的轉(zhuǎn)子接地故障。轉(zhuǎn)子接地故障保護(hù)的靈敏度取決于轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地的電容和測(cè)量多用途函數(shù)（GAPC）的整定拾取電流水平。靈敏度通用多用途功能（GAPC）的欠電壓級(jí)用于監(jiān)測(cè)注入電壓，并在沒有注入電壓時(shí)發(fā)出警報(bào)，且應(yīng)設(shè)置為注入電壓額定值的80%，時(shí)間延遲約為10s。通用多用途函數(shù)（GAPC）的附加實(shí)例可用于提供第三無方向過流級(jí)，用于在靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)情況下檢測(cè)整流器交流側(cè)的接地故障。當(dāng)注入轉(zhuǎn)子電路的注入電流的幅度超過125mA 且延遲為5s時(shí)，應(yīng)被設(shè)置為工作。由于RXTTE 4中的CT 值為10∶1，由REG 670測(cè)量的電流對(duì)于此故障至少為1.25A[4]。

5 結(jié)語

本文通過分析澤塔斯三期電廠#4機(jī)組發(fā)生的由于發(fā)電機(jī)接地碳刷與發(fā)電機(jī)大軸滑環(huán)之間接觸不良導(dǎo)致的保護(hù)裝置內(nèi)轉(zhuǎn)子接地電阻在2000Ω 至最大值-1000變化事件，探討了利用高頻注入式原理構(gòu)成的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，說明了發(fā)電機(jī)接地碳刷與發(fā)電機(jī)汽側(cè)大軸滑環(huán)之間接觸電阻是保護(hù)測(cè)量、計(jì)算發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地電阻值的重要部分，因此在日常維護(hù)工作中應(yīng)加強(qiáng)轉(zhuǎn)子大軸接地碳刷的維護(hù)。