发电机转子接地故障分析及处理

杨联联，张 岩

（1.淮浙煤电有限责任公司凤台发电分公司，安徽 淮南 232131；2.浙江省电力试验研究院，杭州 310004）

发电机转子接地故障分析及处理

杨联联1，张 岩2

（1.淮浙煤电有限责任公司凤台发电分公司，安徽 淮南 232131；2.浙江省电力试验研究院，杭州 310004）

通过一起发电机转子一点接地保护装置频繁告警故障的分析查找，分析了可能导致保护装置动作的各种情况，通过逐一排查，最终发现和消除了故障产生的原因，并总结得出查找此类故障的步骤和建议，可供应用同类保护装置的发电机组参考。

转子绕组；接地保护；接地刷辫；软连接

1 故障现象

凤台发电厂一期工程为2×600 MW超临界燃煤发电机组，发电机为东方电机股份有限公司生产的QFSN-600-2-22C，转子绕组采用氢气冷却方式。转子接地保护装置采用南京南瑞继保电气有限公司RCS-985注入式转子接地保护，2台机组于2008年8月投入运行，转子一点接地保护投发信，装置运行稳定。

继保人员在某次日常巡检时发现转子接地保护装置显示接地点位置α为0.7%，接地电阻Rg为15 kΩ，但未达到告警定值10 kΩ，而正常运行时α位置应该在50%、接地电阻Rg为300 kΩ。显示接地时间大约持续15 min。

检修人员到达现场后，在转子接地保护屏测量正对地电压约270 V，负对地电压约50 V。技术人员赶往1号发电机平台，检查发现大轴接地刷辫跳动且有火花，充分按压大轴接地刷辫后，打开碳刷小室门测量正极碳刷对地及负极碳刷对地均正常，转子接地保护报警消失，处理结束后初步认为发电机大轴在高速旋转期间，因刷辫和大轴表面不光滑、接触面不平整、表面受污、刷辫接触压力不够等因素，可能导致接地刷辫跳变接触不良、电容充放电、转子接地保护接地电阻减小等情况；接地电阻减小后，发电机正、负对地电压不平衡的原因为：发电机励磁回路为浮地系统，发电机大轴不接地时会造成励磁系统接地点漂移，而且往励磁负极漂移，从而使正、负对地电压不平衡。检修人员对接地刷辫及刷辫接触大轴的地方进行了彻底的清理及紧固。同时，对励磁机正、负极碳刷也进行检查、更换及碳粉清理工作，确保励磁机正、负极碳刷及接地刷辫正常稳定运行。

随后几天内转子接地保护又多次启动，其中有5次持续时间超过3 s，但每次等检修人员到达后接地告警已消失。虽然对大轴接地刷辫进行充分清洗及紧固，但未能彻底消除转子接地保护发生告警的情况。

2 转子接地保护配置及原理

RCS-985注入式转子接地保护的原理是在转子绕组的正负两端与大轴之间注入方波电源，实时求解转子对地的绝缘电阻值，注入电压由保护装置产生。装置的工作电路如图1所示，Rx为测量回路电阻，Ry为注入式大功率电阻，Us为注入电源模块，Rg为转子绕组对大轴的绝缘电阻。

根据双端注入式转子接地保护原理，可得到图2所示的等效电路。

图1 双端注入式转子接地保护原理

图2 等效电路

图2中Cy为励磁回路对地电容。注入周期整定为1 s，每秒变极性2次，当发电机正常运行时，可认为Rg=∞，由于注入式大功率电阻Ry阻值为47 kΩ，注入电源在变极性过程中的暂态现象早已结束。通过测量方波电源在正半波和负半波两种状态下的稳态泄漏电流i1、i2，可求解出转子接地电阻Rg=2Us/（i1-i2）-（Rx+0.5Ry），进而判断是否存在转子接地。

3 接地故障分析

发电机励磁绕组高速旋转时极易发生一点接地故障。转子接地故障可以分为永久性接地故障、瞬时性接地故障和断续性接地故障。永久性接地故障主要是由于转子回路对地绝缘降低或者励磁回路接地造成的。瞬时性接地故障主要是由于发电机内部积累大量碳粉、铁屑等杂质，在发电机运行时，转子高速旋转的风力带动杂质飞扬，当密度达到一定程度时，对大轴形成导电层，进而发生转子接地，这类故障通常在清扫发电机内部及励磁机碳刷后就能消除；也有可能因转子滑环、槽及槽口、引线等部位绝缘损坏造成。

3.1 保护装置及二次回路检查

每台机组配置2套发电机转子接地保护，正常运行时1套投入运行、另1套冷备用。如果保护装置采样不准确，将直接影响装置对接地电阻的测量结果。对2套保护装置进行校验后，未发现异常，因而排除了保护装置自身原因导致故障的可能。保护装置的输出端与发电机转子大轴的正负极相连接，二次回路检查对地和线间绝缘良好，因此也可排除二次回路的原因。

3.2 注入电压周期定值检查

机组励磁回路对地电容一般不会变化，在转子接地保护投产调试期间，曾根据转子对地电容的大小对注入电压周期进行整定。随着励磁系统的运行，RC轴电压回路的电容性能可能发生变化，目前整定的注入电压周期有可能已经不能满足稳态电流的计算要求。故将注入电压的周期由1 s调整为1.5 s，结果在观察期间接地电阻仍有变化，因此也可排除注入电压周期的影响因素。

3.3 励磁碳刷与大轴接地检查

在转子接地保护告警时曾发现刷辫打火，由于当接地刷辫与大轴频繁接触时，转子绕组对地电容频繁充放电，这时转子接地保护采集到的电流为暂态电流，故计算出的接地电阻也在变化，有可能影响转子一点接地保护接地电阻值的测量，导致转子接地保护装置发信。人为模拟接地刷辫一侧脱离大轴、另外一侧频繁接触大轴，检查转子接地保护测量的接地电阻及接地位置变化情况，发现接地电阻变化范围在20 kΩ～150 kΩ，并未达到保护动作值。同时对正负极碳刷进行碳粉清理、检查更换，并对接地刷辫及刷辫接触大轴的地方进行彻底清理及紧固后，仍然出现转子一点接地保护发信的情况，因此判断励磁碳刷和大轴接触不良也不是导致发电机转子保护发信的原因。

3.4 励磁回路检查

发电机转子电压由励磁系统提供，该电压是励磁变输出至励磁整流柜后经整流再接入发电机转子线圈，用于向发电机的磁场绕组提供直流电流。根据第一次接地报警时发电机转子正、负极对地电压不平衡的情况，为进一步论证发电机励磁系统是否存在接地点，人为解除大轴的接地刷辫，以测量发电机励磁电压是否漂移，漂移幅度是否达到60 V。解除大轴的接地点，测量正、负极对地电压较接地前向负极漂移约20 V，但同时也发现正极对地及负极对地电压相差50 V。考虑到第一次接地报警消失后测量励磁正、负极对地电压基本平衡，因而打开励磁小室出线柜门，恢复大轴接地点，并在励磁小室出线柜测量励磁正、负极对地电压，此时发现保护装置接地电阻又发生变化且持续时间较长。检查确认发电机接地刷辫接触良好，立即打开碳刷小室门作进一步检查，发现接地报警消失；关闭碳刷小室后，转子接地保护装置又发一点接地告警信息，由此推断转子接地保护告警可能与励磁小室出线柜有关。

在仔细检查励磁小室出线时，发现出线柜上方励磁母排软连接处的橡胶外壳部分因负压向励磁直流母排方向凹进，橡胶外壳很可能与励磁负极母排接触。将橡胶外壳往外拉出后，转子接地保护告警信息复归，且发电机励磁电压正常，故断定该故障是因励磁母排橡胶外壳与励磁负极母排接触引起。

利用机组调停机会检查励磁出线软连接，发现橡胶外壳对地绝缘电阻约十几欧姆。橡胶外壳在负压及电磁力、震动等作用下，造成与励磁负极母排软连接的螺杆接触，导致负极接地，拆下来的橡胶皮上有与螺杆明显接触的痕迹。打开碳刷小室门后，负压破环，橡胶外壳远离励磁母排，励磁回路对地绝缘恢复，励磁电压正常，转子接地保护动作信号消失。

至此，导致凤台发电厂转子接地保护频繁发信的原因已基本确定：

（1）发电机碳刷小室因进风孔滤网堵塞，正负刷架下的风扇连续运转，造成碳刷小室及发电机励磁母排风道形成很大的负压，以致软连接处的橡胶外壳与励磁母排相互接触。

（2）软连接处的橡胶外壳绝缘不良。机组调停期间对软连接处进行检查，发现橡胶外壳长期被负压吸进后部分已糟化，绝缘也不合格。

（3）软连接与母排连接的螺丝安装方式不合理。软连接与母排连接的螺杆应朝向里侧，但检查却发现螺杆朝向外侧，缩短了母排与橡胶外壳的距离，在负压及震动的作用下，螺杆很容易碰触到绝缘已不合格的橡胶外壳。

4 采取的措施

发电机转子接地保护频繁告警的原因查明后，结合机组检修对励磁母线软连接橡胶进行加固，并检查励磁母线软连接螺丝的安装情况，对类似不合理的地方进行整改。同时，在日常运行维护中定期检查清理碳刷小室的滤网、接地刷辫及正、负极碳刷，加强对软连接处橡胶外壳的检查，发现不合格后立即进行更换或采取加强绝缘的措施。采取上述措施后，机组未再出现转子一点接地保护发信的情况。

5 结语

转子接地保护装置会因某些外界因素的影响导致接地刷辫、正负极碳刷接触不良或接触电阻增大，有可能引起转子接地保护误动或拒动，直接影响保护动作的正确率。

当转子一点接地报警时，一般应先检查、清洗、紧固接地刷辫和正负极碳刷，再检查转子电压引入励磁系统、故障录波、转子接地保护屏的回路及保护装置有无异常等；排除外部回路影响后，再考虑停机检查发电机本体及励磁系统的接地故障。

对于不稳定的接地，除不停机检查项目外还应加强监视，可接入录波器进行跟踪，通过接地时励磁电压、绕组温度、励磁电流、机组振动情况等综合判断接地状态，再决定是否停机检查。

[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用（第二版）[M].北京:中国电力出版社，2001.

（本文编辑：龚 皓）

Generator Rotor Ground Fault Analysis and Treatment

YANG Lian-lian1，ZHANG Yan2
（1.Huazhe Coal&Power Co.，Ltd Fengtai Power Branch，Huainan Anhui 232131，China; 2.ZheJiang Electric Power Testand Research Institute，Hangzhou 310004，China）

This paper analyzes various reasons for frequent fault alarms of single-point grounding protection device of generator rotor through the analysis and examination and the causes of faults are found and eliminated eventually after investigation.It sums up the procedures and suggestions as for detecting faults of its kind to offer a reference for generating units with same type of protection devices.

rotor winding；grounding protection；brush cord；soft connection

TM621.3

B

1007-1881（2010）08-0034-03

2010-04-09

杨联联（1981-），女，安徽淮南人，工程师，从事继电保护工作。

张 岩 （1975-），男，山东文登人，工程师，从事电网生产管理工作。