常见转子接地故障特征分析徐金

常见转子接地故障特征分析徐金

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（南京南瑞继保电气有限公司江苏省南京市211100）

摘要:本文对几种常见的转子接地故障的事故案例进行了详细分析，总结了现场常见转子接地故障的特征和分析排查方法，对于现场快速分析转子接地动作原因、快速查找故障点具有指导意义。

关键词：转子接地保护；转子接地故障特征；乒乓式转子接地保护；注入式转子接地保护

0引言

对于发电机励磁回路的接地故障，需配置励磁绕组接地保护，即转子接地保护。转子接地保护工程常用两种原理，一种为切换采样原理，即乒乓原理的转子接地保护；另外一种为外加电源原理，即注入原理转子接地保护。乒乓式转子接地保护通过不停切换两个桥臂的电子开关，测量正对地和负对地的电压，通过求解相应的回路方程来计算出转子接地的电阻值和接地位置；注入原理一般采用直流方波注入的方法，通过测量装置输出的注入低频方波电压和回路中的泄露电流，通过计算得出转子接地的电阻值。这两种原理的转子接地保护在实际工程应用中均得到了很好的应用。

转子一点接地时，接地点并无很大的故障电流，且在发电机转子未从定子中抽出时也很难查看转子绕组是否有明显故障点，励磁整流系统元器件繁多，对现场转子接地故障的排查带来一定的困难。本文通过对几个转子接地动作的典型案例进行分析，总结出常见转子接地故障的特征以及故障排查方法。

1直流侧接地故障

2012年，某厂运行中的#3机组保护装置发出转子一点接地报警信号。查看保护装置转子接地采样可知，接地电阻1KΩ左右，接地位置99%左右。转子接地保护配置为注入式转子接地保护。根据保护装置原理，在励磁绕组负极接地时位置显示为0%，在正极接地时位置显示为100%，故可推测故障点在靠近正极附近。电厂停机后，对转子绕组回路进行分段排查，锁定故障位置在转子绕组内部；按照分析结果的指导，重点检查转子绕组正极附近，发现转子绕组正极的1号和2号磁极的软连接绝缘下降，有接地灼伤的痕迹。故障分析结果与实际故障点一致，指明了故障查找方向，有利于快速查找故障点。

2交流侧接地故障—注入原理

2013年，某电厂一台660MW的发电机组在运行中转子一点接地动作停机。该机组转子接地保护采用的是注入方波电压原理的转子接地保护。停机后电厂技术人员做了相关检查并未发现转子绕组有明显异常，机组再次开机并网运行，约12小时后转子一点接地保护动作再次停机。保护装置动作时显示转接地电阻接近0KΩ，接地位置显示50%左右。故障时装置录波如图1所示。

图1注入式转子接地保护装置波形图

根据波形分析可知，在故障时，泄露电流IXL表现为工频分量，图中显示泄露电流一个周波的周期正好是20ms。对于直流侧接地，泄露电流应该是直流特性，故障时的泄露电流成工频分量，故推测在交流侧有接地故障。根据分析结果的指导，电厂最终在交流侧通过打耐压的方法发现了接地点，最终查明事故原因为励磁变低压侧C相母排和共箱母线之间通过一个铁块放电接地。

3交流侧接地故障—乒乓原理

2016年某水电厂#1机在运行中保护装置发出转子一点接地报警信号，该厂使用的是乒乓原理的转子接地保护。保护装置报警时测量转子接地电阻约2K，接地位置约50%左右。保护装置录波如图2所示。

图2乒乓式转子接地保护装置波形图

根据波形图分析，转子正对地电压呈现了很明显的工频交流分量，转子负对地电压也呈现出明显的工频交流分量。根据波形特征，推测为励磁系统交流侧接地。最终电厂检查发现确认为励磁变低压侧B相接地。

4转子冷却水质差导致转子接地故障

2011年某电厂#1机在正常运行中，保护装置发出转子一点接地信号。转子接地保护采用乒乓原理，装置报警时转子接地电阻约18KΩ，接地位置约50%左右。通过对装置波形分析，发现转子正对地电压和负对地电压基本对称且无明显变化，正（负）极对地电压中无工频分量，可以排除交流侧接地。接地位置计算值约为50%，推测可能是转子绕组50%位置处发生接地故障，也可能是转子绕组整体绝缘下降。由于转子绕组50%的位置发生接地故障概率较小，故首先查找转子绕组是否存在整体绝缘下降。因为该厂转子绕组为水冷，故推测可能是冷却水质变差导致转子绕组整体绝缘下降。根据这个分析，电厂首先检查冷却水质，发现冷却水电导率异常，冷却水电导率严重超标。运行人员更换合格的冷却水后，转子接地电阻恢复到正常水平，最终确定为冷却水电导率超标导致转子绕组整体绝缘下降。

4不同类型转子接地故障的特征分析

通过以上案例分析，可知常见几种转子接地故障具有以下特征：

1.直流侧正（负）极接地故障：特征是正（负）对地电压不平衡，且对地电压仍呈现直流特征，无工频分量；接地位置一般显示100%或者0%左右。

2.交流侧接地故障：对于注入原理保护，泄露电流含有明显的工频分量，装置显示接地位置约50%左右；对于乒乓原理的保护，正（负）极对地电压含有明显的工频分量，且装置显示接地位置50%左右。

3.转子绕组整体绝缘下降：泄露电流不含工频分量，正（负）极对地电压也无工频分量，且接地位置计算值为50%左右。

4.转子绕组其他位置接地：泄露电流不含工频分量，正（负）极对地电压也无工频分量，根据接地位置的不同，接地位置显示在0%~100%之间。转子绕组50%位置接地故障和转子整体绝缘下降从波形特征上不易区分。

参考文献：

[1]电力主设备继电保护原理与应用北京：中国电力出版社2001.

作者简介：

徐金（1979-），男，工程师，从事电力系统继电保护相关工作。

xujin@nrec.com

肖强（1982-），男，工程师，从事电力系统继电保护、电网监控相关工作。xiaoq@nrec.com