1000MW机组两种转子接地保护异常分析与预防措施

1000MW机组两种转子接地保护异常分析与预防措施

郑秀广 关洋

国家电投集团河南电力有限公司平顶山发电分公司 河南平顶山 467000

摘要：转子一点接地对汽轮发电机组的影响不大，一般允许继续运行一段时间。发电机组发生一点接地后，转子各部分对地电位发生变化，比较容易诱发两点接地，其后果相当严重，故大型汽轮发电机装设有转子接地保护。现就某厂先后所采用的转子接地保护装置的原理、特点进行比较，对运行中的异常案例进行分析，并提出防止误动的措施。

关键词：1000MW机组；两种转子接地保护；异常分析；预防措施

1 、原接地保护装置原理与异常分析

某厂1 000 MW机组发电机励磁系统原先采用ABB公司的UN5000型励磁系统，自带一个独立的UNS 3020电桥式转子接地保护装置，它用作发电机整个转子回路(包括功率可控硅和励磁变压器二次侧)的接地故障保护。该保护装置采用惠斯顿电桥原理，有两个电容建立测量桥的平衡，一个接在励磁绕组正极，另一个接在励磁绕组负极，以测量转子绕组对地电导作为判据，与转子绕组的对地电容无关。当励磁回路绝缘电阻下降到一定值时报警，当绝缘电阻继续下降至一定值时，保护即动作切除发电机组，保护原理如图1所示。

图1 UNS 3020转子接地保护原理

此接地保护接线简单，没有死区，整个励磁绕组上任一点接地灵敏度基本上相近，可用作发电机整个转子回路的接地故障保护，这些是其优点。该装置正常运行时，需要靠调整电容使得电桥平衡，但是电桥平衡容易受转子碳刷和大轴接地碳刷接触电阻的影响，在实际运行中多次发生误发信和引起机组非停。其中，出现转子接地保护误发信和误动的主要原因如下。

(1)由于油污或灰尘聚集造成接地碳刷与大轴接触不良，导致惠斯通电桥的被测桥臂断开，使电桥严重不平衡，转子绕组对大轴的绝缘下降、电桥两端电压升高，达到报警值和跳闸值。

(2)由于机组偶尔振动突变造成接地碳刷与大轴接触不良，使电桥输出电压U+增大。

(3)由于固定碳刷的弹簧压力不够，导致碳刷与大轴接触不好造成电桥平衡被破坏。

(4)更换碳刷时未使用原配碳刷且碳刷性质较脆时，在运行中极易崩掉一块从而导致碳刷与大轴接触不好，造成U+增大也都会导致误发信甚至误动作。

(5)由于电桥电源电压波动大引起U+增大，造成误动。

2 、RCS-985RE转子接地保护装置原理

RCS-985RE注入式转子接地保护柜正常运行时转子接地保护只允许投入一套，优先投入RCS-985RE注入式转子接地保护装置；转子两点接地保护压板在一点接地稳定后手动投入。

RCS-985RE发电机转子接地保护装置采用自适应有源切换技术，当未加励磁电压的情况下也能监视转子绝缘，转子绕组上任一点发生接地时，保护均能准确报警，其灵敏度高且一致。该装置的保护原理为在转子绕组的正负两端或其中一端(通常选择负端)与大轴之间注入一个低频方波电压电源(注入电压由保护装置自产)，实时求解转子对地绝缘电阻值。保护反映发电机转子对大轴绝缘电阻的下降，当测得转子接地电阻R小于整定值，转子一点接地保护动作，经延时后自动(也可以手动)投入转子两点接地保护；当接地位移α改变达到一定值时判为转子两点接地，动作于跳闸。双端注入式转子接地保护的工作电路如图2所示，图中Rx为测量回路电阻，Ry为注入大功率电阻，Us为注入电源模块，Rg为转子绕组对大轴的绝缘电阻。

图2

3 、RCS-985RE转子接地保护装置异常及分析

3．1异常情况1

2012-09一15，发电机转子接地保护屏发“发电机转子一点接地”报警信号。现场检查保护装置显示：转子对地绝缘在8～12 kQ变化，α值在95％左右变化，就地测得碳刷处正／负极对地电压为8 V／240 V，对转子一次回路检查未发现异常。将情况汇报相关部门，联系检修检查，加强对发电机转子电压、电流的监视。外围检查暂时也未能发现故障点，为防止人为造成两点接地，故暂未对励磁碳刷进行维护更换，只作外观的检查，并在机组运行期间采取了以下防范措施。

(1)加强对调节器的检查，确认有无其他故障信号。

(2)将转子接地保护上的数值录入抄表纸。

(3)加强对DCS上转子电流、电压、无功，发电机震动值的监视，出现异常立即汇报。若出现转子电流大幅晃动、电压下降、无功降低等情况应判断为转子接地已发展成两点接地。若接地保护不跳，发电机出现强烈震动，应将发电机紧急解列。

(4)控制机组无功负荷，以限制转子电压在下限运行，并在测量转子对地电压时注意某极对地电压(绝对值)是否继续提高。

申请停机后详细检查，发现故障是由于机组故障录波器的励磁电流测量卡件损坏造成(因原故障录波器的励磁电流测量回路取自调节器输出直流部分)，更换故障录波器卡件后，故障得以消除。为使故障录波器测量回路能与发电机励磁回路的强电隔离，现故障录波器励磁电流改取调节器+ER柜内励磁电流变送器-U18电流，拆除原回路后，重新开机接地现象消失。

3．2异常情况2

3．2．1异常情况及检查

2015-06-12，某机组中修后并网，在升压后，其发电机转子一点接地报警多次并瞬间自复。机组并网后带负荷至310 MW时，发电机转子一点接地保护跳闸，机组解列。查发电机转子绝缘、调节器回路等绝缘良好，待相关领导同意解除发电机转子一点接地保护后(投信号)，机组重新升压并关注转子对地电压数值，升至空载时(转子电压140 V左右，转子电流约为1 945 A)检查发电机转子一点接地保护装置内转子正负极对地电压不平衡，正极对地电压为130 V左右，负极对地电压却只有10 V左右。

于是将发电机转子接地保护装置退出，拉开接地保护装置内转子电压引入开关，在发电机转子电压引入开关处用万用表测量发电机转子对地电压情况，与上述情况基本相同，正负极对地电压偏差较大。待时间推移，机组负荷逐渐增加，其负极对地电压逐渐上升，约两个多小时后，正负极对地电压逐步恢复平衡。

3．2．2原因分析

随着负荷增加，变化的转子电压、电流及定子电流也逐渐增大，转子旋转后的摩擦能也增加，冷氢温度上升较快，而此时定子温度受闭冷水温度的限制，其定子线圈温度不会像冷氢温度那样快速上升，那就会在定冷水进水环型管处产生温差而有冷凝水形成(此处热氢温度最高，定子线圈温度最低)。而当其冷凝水积聚到一定程度后，很可能在转子的绝缘薄弱处形成绝缘下降，从而出现转子对地电压的晃动，从而不断报警，甚至跳闸。随着负荷增加，定子电流增加，定子线圈温度逐步上升，此时冷氢温度投自动(受控)，热氢温度上升没那么快，定冷水与热氢温度偏差缩小，其产生的冷凝水减少，且逐渐被蒸发，转子接地报警信号也逐渐消失。特别是机组检修后，氢冷器放空气困难且难以一次性放干净，造成各组氢冷器的出口温差大，更易出现报警。

4、 RCS-985RE转子接地保护装置运行措施

(1)机组启动期间为避免接地保护装置误动作停机，将转子接地保护改投入信号运行。

(2)机组开机前应加强6号、7号瓦接地、接轴碳刷(编织软铜线)的检查，保证接触良好。

(3)机组并网前，发电机建压后，立即检查转子接地保护的各采样值是否稳定，转子正、负对地电压是否平衡。如有异常，立刻通知相关人员检查处理。

(4)机组并网后，运行人员应加强对转子接地保护的检查，在转子接地保护接地发信后，应进行检查，并通知相关人员处理；同时要加强励磁电流、励磁电压、无功等电气量和机组振动情的监视。

(5)机组正常负荷大于500 MW，运行两天后检查转子接地保护各采样值稳定，转子正、负对地电压平衡，α在50％，泄漏电流小于0．1mA，改为投跳运行。

(6)机组运行过程中，若巡检发现泄漏电流Ixl1、Ixl2大于1 mA，则通知相关人员检查处理。

(7)机组停机过程中负荷小于500 MW时，将转子接地保护改投信号。

参考文献： [1]康伟．发电机转子接地保护跳闸故障的分析与处理[J]．机电信息，2015(9)：88-89．

[2]乔岗杰．关于对方波电压注入式发电机转子接地保护的探讨[J]．晋城职业技术学院学报，2011，4(5)：26-28．