ｌ皇 三堡量里垫 Ｄｉａｎｑｉ Ｇ。ｎｇｃｈｅｎｇ ｙｕ ｚｉｄ。ｎｇｈｕａ 发电机转子两点接地保护动作原因排查与分析 单渊博 （阳煤集团发供电分公司生产技术部，山西阳泉０４５０００） 摘要：通过对某电厂３撑机组接地故障进行排查、原因分析，阐述了转子励磁回路交流部分接地反映为转子接地保护的关系， 总结了转子接地故障查找的步骤及范围，为缩短转子接地故障查找时间提供了宝贵的经验。 关键词：转子；励磁系统；接地保护；交流回路；直流回路 Ｏ引言 转子作为发电机重要部件，如果发生两点接地故障且不能 及时得到处理，不仅会造成重大设备事故，而且会影响电力系 统的安全运行，造成较大经济损失。 某电厂３ 发电机组自投产后运行一直正常，从未出现转 子一点接地异常现象。２０１３年１２月２１日，３＃机组在运行过程 中发生转子一点接地报警，时间不到２ ｓ，再一次发生转子两点 接地跳闸。检修人员对励磁一、二次系统进行了排查、分析，最 后查找出故障位置，消除了机组隐患。 １转子接地原因分析 转子绕组接地的原因是多种多样的，从转子接地故障统计 资料分析，主要原因有以下几方面：（１）转子本体及附件绝缘损 坏：转子槽口绝缘损坏、转子槽绝缘和端部绝缘损坏、转子引线 绝缘损坏等引起接地。（２）励磁滑环引起的绝缘降低：碳粉贴 粘在集电环两极，导致集电环碳化，绝缘下降；碳粉将滑环通风 孔局部堵塞，使滑环绝缘局部过热老化引起绝缘降低。（３）励 磁一、二次回路绝缘不良：功率柜、灭磁柜内一次／ｚ．次回路及 引出线接地、脏污、过热引发的励磁回路绝缘不良。（４）保护装 置误动或损坏。 ２接地故障点的查找 ２．１保护装置动作可靠性校验 该发电机组配置许继电气ＷＦＢ－８１０系列微机型发电机成 套保护装置，转子接地保护为转子一点接地加两点接地保护， 其定值如表１所示。 表１转子接地保护定值表 经试验人员校验，保护装置动作正确，不存在装置损坏的 情况。 ２＿２励磁滑环的检查及清扫 用５００ Ｖ摇表摇测发电机励磁滑环绝缘合格，未发现异 常；对碳刷、碳握刷架及通风孔进行检查，有大量碳粉聚积，对 滑环进行了彻底清扫。 ２．３励磁一、二次回路的检查 用５００ Ｖ摇表摇测灭磁柜内二次回路、功率柜直流侧引出 线绝缘合格，未发现异常。随后将励磁滑环所有碳刷取出，拉 １６ 开两台功率柜直流侧刀闸，从端子上拆除进保护装置的转子电 流接线，所有安全措施做好后，合上灭磁开关，给励磁回路通直 流电，主控直流系统绝缘监察装置未报接地异常，说明整个励 磁回路绝缘正常。 以上检查完毕后，启动机组（启励，未进行并网操作），转子 接地仍存在，停运机组，继续查找故障点。 ２．４对转子本体进行交流阻抗测试 如果转子绕组出现匝间短路，则转子绕组有效匝数就会减 少，其交流阻抗就会减小。因此，通过测量转子绕组交流阻抗， 与历次试验数据相比，就可以有效地判断转子绕组是否有匝间 短路。 在排除了转子外回路（主要指励磁回路）接地的情况后，在 汽轮机不同转速下给转子绕组加１００ Ｖ的电压，测试转子在不 同转速下的交流阻抗。测试情况如表２所示（ＣＴ变比：５０／５； 测试温度：风温２３℃）。 表２转子在不同转速下的交流阻抗 机组交接测试报告中，转子在不同转速下的交流阻抗测试 数据如表３所示（ＣＴ变比：５０／５；测试温度：２５℃）。 表３机组交接测试报告中的转子阻抗 《电力设备预防性试验规程》对转子交流阻抗试验规定如 下：在相同试验条件下，与历年数据比较，不应有显著变化。 通过比较两组试验数据，转子在不同转速情况下，试验数 据变化不大，可以排除转子绕组接地的可能。 根据上述检查结果，经过认真分析，确认转子接地的故障 点仍在励磁回路上。通过对励磁回路检查情况进行梳理，没有 检查的部位只有功率柜整流模块及交流回路，如整流模块存在 Ｄ ａｎｑ Ｇ。ｎｇｃ ｅｎｇ ｙｕ Ｚ ｄ。ｎｇｈｕａ！皇 三堡主皇垫 ｌ 故障，运行过程中应报“整流故障”，可排除整流模块的问题，由 路的对地电阻，从而判断出接地故障的位置及接地电阻的量 值。原理如图２所示。 ａＥ （１一 ）Ｅ 此决定对功率柜交流回路进行检查。 ２．５功率柜交流侧回路的检查 机组零起升压至发电机额定电压９Ｏ ，用万用表测量功率 柜交流侧电源电压（两台功率柜并联运行），结果如表４所示。 表４功率柜交流侧电压 线电压 电压值／Ｖ 对地电压 电压值／ｖ ＵＡ“ ３４０ ＬＪＡＮ １０ ＵｌＩ ３４０ ＵＢＮ ３２０ ＵＡＬ ＇３４０ ＵｃＮ ３２０ 从测试的电压数据分析，功率柜交流侧线电压平衡，说明 励磁变正常；三相对地电压不平衡，可确定功率柜交流侧Ａ相 电缆及其附属回路绝缘不良，导致Ａ相接地。 机组停运后，拉开两台功率柜交流刀闸，用５００ Ｖ摇表分 别摇测两台功率柜交流刀闸上口绝缘合格，说明交流回路绝缘 正常；用５００ Ｖ摇表摇测功率柜交流刀闸下口绝缘，Ａ相电缆 对地为０。 组织相关技术人员进行分析，可以确定Ａ相电缆绝缘降低 是引起转子接地的原因。更换完电缆后，机组启动成功。 ３接地原因确定及总结 励磁交流回路绝缘降低引起转子接地，分析其原因首先要 了解３｝ｊ｝机组励磁方式和转子接地保护工作原理。 ３≠｝机组采用的是自并励静止可控硅励磁方式，其转子电流 由可控硅全桥整流桥提供，其整流桥电源由在发电机端的励磁 变压器供给，励磁调节器控制可控硅导通角的开度，起到自动 调节发电机机端电压的作用。 当全控桥式整流电路工作在整流状态时，将交流电转变成 直流电，其原理图如图１所示。 ＋Ａ１ ＋ Ｉ ＋ｃＩ ＩＫＲ ／ ｚ 百尺 ２ 百Ｒ ２ ｌ 』， ＺＤＫ Ｊ， ＹＧＫ一 ～ ｒ 日极刀闸‘ Ｉ ＩＫＲＤ Ｉ ＩＫＲＤ Ｉ ＩＫＲＤ ， 阳极刀闸 图１全控桥式整流原理图 从硬件上来看，整流回路交流侧与直流侧无直接联系，交 流侧回路绝缘不良，对直流侧无任何影响，但实质上整流回路 交、直流侧是通过电相联系的，只要两个桥臂可控硅顺序被触 发导通，交流侧与直流侧就建立起回路关系，交流侧有问题势 必会影响直流侧。此外，励磁变低压侧为典型的不接地系统， 发生在低压侧的单相接地故障不会改变线电压之间的大小和 相位，也就不会改变励磁电压的大小。因此，发生在励磁变低 压侧的单相接地故障不会导致发电机失磁保护动作。 保护装置转子接地保护采用乒乓式开关切换原理，通过求 解两个不同的接地回路方程，实时计算转子接地电阻阻值Ｒ 和 接地位置ａ。实质是在发电机运行时轮流测量转子绕组正极、 负极的对地电流，并根据测得的结果计算出转子绕组或励磁回 ｓ 图２转子接地保护原理图ａ Ｓｌ、ｓ２一由微机控制的电子开关Ｒ～接地电阻 一接地点位置 Ｅ一转子电压４个Ｒ一降压电阻Ｒ，一测量电阻 当ｓ１闭合、ｓ２打开时，Ｒ 两端的电压为Ｕ ；当ｓ１打开、 ｓ２闭合时，Ｒ 两端的电压为Ｕ２；／ｘＵ＝Ｕ２～Ｕ ，通过求解两个 不同的接地回路方程，可以实时计算接地电阻和接地位置： Ｒ 一ＥＲ１／（３ＡＵ－－Ｒ１～２／３Ｒ） 口一１／３＋Ｕ ／３△Ｕ 当Ｒ 小于或等于接地电阻整定值时，经延时发转子一点接 地信号。在转子发生一点接地故障后，保护装置继续测量接地 电阻和接地位置，此后若再发生转子另一点接地故障，则已测 得的ａ值变化，当其变化值Ａ ａ超过整定值时，保护装置就确认 为已发生转子两点接地故障，发电机被立即跳闸。保护判 据为： Ｉ△ Ｊ＞口 式中，‰为转子两点接地位置变化整定值。 机组在正常运行的情况下，其导通角６Ｏ。＜ ９Ｏ。，转子电 压输出波形如图３所示。 ｒ一————， ／，一 ㈤０ ～ 、－－，———， ＞＝Ｉ《 ，、、 Ｉ－ 一 、 ； ｉ： ； ～一一、 ｉ ｉ＿＿’ ｔ Ｊ－－ ￣－－． 、 、 夸 －－一 ｉ Ｌ．－．、 ｌ （ｂ ０ ：Ｉ 图３ ６０ｏ＜ ≤９Ｄ。时的转子电压输出波形 图３（ａ）为相电压波形，图３（ｂ）为６０。＜ ９Ｏ。时的转子输 出电压波形。从输出电压波形不难看出，每隔６０。依次向共阴 极组或共阳极组的可控硅元件施加触发脉冲，则每隔６０。就有 一个桥臂的元件触发换流，每周期内每桥臂元件导电１２０。，转 子得到的线电压依次为：“ 一“ －－Ｕｂｃ－－Ｕｋ－－Ｕ 一Ｍ 当交流侧Ａ相电源接地时，在一个周期内桥臂＋Ａ可控硅 导通，报转子正极接地；桥臂一Ａ可控硅导通，报转子负极接 地。励磁绕组在一个周期内将交替出现“正极接地”、“正常”、 “负极接地”、“正常”的循环状态。如果不考虑转子接地继电器 的响应时间，则接地继电器就会不断“动作”、“复归”、“再动 作”、“再复归”，而动作持续时间约６．６６７ ｍｓ，复归持续时间约 ３．３３３ ｍｓ。因此在实际装置中，当转子接地保护的返回时间大 于３．３３３ ｍｓ时，保护装置报转子一点接地。 但由于乒乓式两点接地保护固有缺陷， （下转第１９页） 机电信息２０１５年第１８期总第４４４期 １７ Ｄ・ａｎｑ・Ｇ。ｎｇｃｎｅｎｇ Ｙｕ ｚ ｄ。ｎｇｎｕａ！皇 三堡量皇垫 ＿ 限制弧光接地过电压。２）考虑单相接地故障以瞬时性为主的 特点，消弧线圈应采用自动跟踪补偿装置，可实时跟踪、动态快 速可调，以使消弧线圈产生的感性电流足以抵消单相接地电容 电流，令残流很小，以减少对系统供电可靠性的影响。 对于系统中永久性接地故障，通过消弧线圈的补偿作用可 ３００￣６００ Ａ。 电阻的额定电压： ≥１．０５×Ｕ。／√３ 电阻值：Ｒ 一Ｕ ：／ 接地电阻的功率：Ｐｎ—Ｊ ×Ｕ 式中，Ｒ 为中性点接地电阻值；Ｕｏ ｚ为系统标称电压；ＩＲ为选定 的单相接地电流， ＞Ｋ凡，其中Ｋ为系数，取１～２，ｋ为集电 线路电容电流（Ａ）。 ２）接地变压器的型式及参数选择：中性点电阻接地系统用 有效减小接地点电流，降低故障扩大几率；同时，配合可靠的自 动选线装置，正确选出故障线路并作用于跳闸，可提高系统的 安全性、可靠性。 （２）消弧线圈的补偿容量计算： Ｑ＝ＫＸＩｃｘＵ＆ｆ 接地变压器不兼所用变压器时，容量按照接地故障时流过接地 变压器电流对应容量的１／１０选取，接地变压器兼用所用变压 式中，Ｑ为补偿容量（ｋＶＡ）；Ｋ为系数，过补偿取１．３５，欠补偿 按脱谐度确定；Ｉｃ为集电线路的电容电流（Ａ）； 为集电线路 的系统标称电压（ｋＶ）。 ３．３经电阻接地方式 器时其容量还应加上所用负荷容量。考虑到接地变压器“长时 间空载，短时间过载”的特点，接地变压器容量的选择应充分利 用变压器的过负荷能力。 （１）当３５ ｋＶ集电线路以电缆线路为主时，单相接地故障 时单相接地电容电流较大，根据工程经验，有时可达１５０ Ａ以 ４结语 风电场中性点接地方式的选择应结合集电线路接线方式、 上（故障电流水平为４００ １ ０００ Ａ），若使用消弧线圈接地则需 要消弧线圈容量很大，消弧线圈设计困难、制造成本高、运行功 耗大、不经济，宜选用中性点经电阻接地方式：１）采用电阻接地 ３５ ｋＶ侧电容电流大小进行综合考虑。对于架空线、电缆混联 线路组成的３５ ｋＶ系统，中性点接地方式建议优先考虑经电阻 接地。 方式时宜选用成套接地电阻装置，且接地电阻值的选择要充分 考虑继保技术要求、故障电流对电气设备的影响、供电可靠性、 人身安全等；２）中性点接地电阻装置应满足ＤＬ／Ｔ７８０－－２００１ ［参考文献］ Ｅｌｉ水利电力部西北电力设计院．电力工程电气设计手册［Ｍ］．北 京：中国电力出版社，１９８９． 《配电系统中性点接地电阻器》要求；３）中性点接地电阻装置的 绝缘水平应与相应的电压等级匹配；４）接地电阻回路中应装设 中性点电流监测装置或接地电阻温升监测装置。 Ｃ２］李润先．中压电网系统接地实用技术［Ｍ］．北京：中国电力出版 社，２００２． （２）接电阻装置中性点引出方式可采用接线为Ｚｎ型接地 变压器加接地电阻或带平衡绕组的Ｙ）ｒ０接线变压器加接地电 阻，目前两种方均有使用，现以前者为例介绍如何选择接地电 阻和接地变压器的参数。 １）接地电阻的选择：在中性点经电阻接地方式中，接地电 阻的选择直接会影响到系统单相接地时流经接地点的电流。 结合工程实践，一般将单相接地时流过接地点的电流控制在 （上接第１７页） 收稿日期：２０１５—０４—２０ 作者简介：朱守明（１９７１一），男，江苏沛县人，工程师，研究方 向：新能源建设（风电建设）。 在开关频繁切换过程中过渡电阻的变化会使接地点位置的计 算产生误差，造成一定的接地点位置变化，从而对两点接地的 判断产生影响，导致两点接地保护误动。 此次发电机转子接地检查，由于查找人员现场经验不足， 经验。 ［参考文献］ ［１］张保全，尹项根．电力系统继电保护ＥＭ］．２版．北京：中国电力 出版社，２０１０． 技术力量有限，在查找过程中多了一些周折，但最终还是将问 题解决。分析总结此次接地查找过程中的得与失，得出如下转 Ｅ２］ＤＬ／Ｔ５９６—２００５ 电力设备预防性试验规程Ｅｓ］． Ｅ３］ＷＦＢ－８１０微机发电机变压器组保护装置技术说明书［ｚ］． 子接地检查步骤：（１）检查功率柜交流侧回路及相关的连接线 路；（２）检查功率柜直流侧回路及相关的连接线路；（３）励磁滑 环检查；（４）保护装置检查；（５）通过试验对转子进行检查。 这就为今后机组发生类似事故时更迅速、更有效地解决问 题提供了参考意见。 ４结语 本单位通过对这次发电机转子接地故障的排除，积累了 宝贵的现场经验，提高了解决现场问题的能力，掌握了解决现 收稿日期：２０１５—０４—２０ 场问题的有效方法和途经，避免了盲目作业和更多的经济损 失，同时为兄弟单位发生同类型故障的查找提供了可借鉴的 作者简介：单渊博（１９７Ｏ一），男，河北井陉人，机电工程师，主 要从事发电厂电气运行及电网安全供电技术管理工作。 机电信息２０１５年第ｌ８期总第４４４期 １９
