大轴碳刷接触不良引起转子一点接地保护动作分析

樊晓静

（通辽霍林河坑口发电有限责任公司,内蒙古霍林郭勒，029200）

0 引言

为了大型发电机组的安全运行，无论水轮发电机或汽轮发电机，在励磁回路一点接地保护动作发出信号后，并自动投入转子两点接地保护。在励磁回路一点接地保护动作期间应立即转移负荷，实现平稳停机检查。目前大型发电机转子接地保护多采用乒乓式原理和注入式原理，其中注入式原理在未加励磁电压情况下也能监视发电机转子绝缘。下面，我就一起真实的发电机大轴碳刷接触不良引起转子一点接地保护动作事件进行分析，便于有序排查发电机转子接地保护动作。

1 事件

1.1 故障发生过程

某2*600MW火力发电厂，汽轮发电机型号为QFSN-600-2YHG，转子绕组采用氢气冷却方式，自并励励磁系统。转子接地保护采用PCS-985RE型转子接地保护装置，乒乓式一套（投运），注入式一套（备用）。一点转子接地投入信号，一点接地保护动作后自动投入两点接地保护跳闸。接地保护定值20kΩ，一点接地保护动作时间5s，两点接地保护动作时间1s。

某天，单元集中控制室控制盘来“1号发电机转子一点接地”报警信号。接到运行人员通知的继电保护检修人员立即赶往生产现场检查，发现1号发电机励磁设备间内乒乓式转子接地保护装置发报警信号后自动复归，且转子正负对地电压、接地电阻、接地位置等参数不停的在一定幅度内摆动。根据继电保护及自动装置运行规程，退出1号发电机乒乓式转子接地保护装置投入1号发电机注入式转子接地保护装置继续观察。次日，1号发电机注入式转子接地保护装置又连续两次发“转子一点接地报警”信号后自动复归。检查转子接地保护装置动作报告采样显示正对地电压：165.5V，负对地电压-50.1V，转子接地电阻18.61kohm，转子接地位置14.3%，泄露电流1：-0.616mA，泄露电流2：0.123mA。

1.2 故障排查过程

初步分析1号发电机转子一点接地为瞬时性故障，首先重点检查转子接地保护装置测量采样回路及其二次系统，再检查发电机转子绕组及其励磁回路一次系统。根据初步分析，对1号发电机转子接地保护屏内部二次接线无松动、过热现象，端子排接线紧固、可靠；检查1号发电机励磁柜内二次仪表、计量装置外观完整和接线紧固；在1号发电机转子一点接地报警、复位期间没有1号发电机励磁回路上的检修作业。结合1号发电机转子一点接地保护动作时断时续情况，对1号发电机汽侧大轴滑环接地碳刷进行检查，发现发电机大轴接地碳刷与大轴滑环之间打火，造成转子滑环对地频繁放电。

1.3 故障分析过程

根据发电机大轴接地碳刷与大轴滑环之间打火现象，初步判断发电机转子滑环对地频繁放电致使1号发电机转子接地保护装置采集到转子绕组正负对地电压和转子绕组正负对地泄露电流频繁变化。故计算出的转子回路接地电阻和转子回路对地泄露电流在不断摆动变化，导致转子接地保护装置计算出转子回路接地电阻gR值低于保护定值后且持续时间大于保护整定时间，1号发电机转子接地保护装置发出“转子一点接地报警”信号。

为保证故障现象和故障分析存在因果关系，且分别满足乒乓式转子绕组接地保护和注入式转子绕组接地保护原理，特此进行保护原理验证。

1.3.1 乒乓式转子接地保护原理验证

乒乓式转子绕组接地保护使用乒乓式开关切换原理，通过内部软件计算转子回路接地电阻gR和接地位置a，并记忆接地位置a。从乒乓式转子接地保护原理方程看出转子绕组电压正负对地电压计算结果直接影响转子接地电阻gR的计算结果。当发电机大轴接地碳刷与大轴滑环打火，不能可靠严密接触，发电机大轴接地碳刷与大轴滑环接触电阻频繁摆动变化，造成转子绕组电压正负对地电压计算结果发生变化，当转子绕组正负电压偏移到一定程度，接地电阻gR就会小于转子一点接地保护定值，接地位置a发生位移，所以转子一点接地保护会发报警信号。

1.3.2 注入式转子接地保护原理分析

注入低频方波电压转子绕组接地保护采用双端注入方式，在转子绕组的两端与大轴间注入低频方波电源，低频方波频率可在0.1-1Hz之间调整，通过测量方波电压两种状态下的转子泄露电流，计算转子接地电阻的阻值。从注入式转子接地保护原理看出转子绕组正负对地泄露电流的计算结果直接影转子接地电阻gR的计算结果。转子绕组的两端注入电压不变，当发电机大轴接地碳刷与大轴滑环打火，不能可靠严密接触，发电机大轴接地碳刷与大轴滑环接触电阻频繁摆动变化，造成转子绕组正负对地泄露电流计算结果发生变化。当转子绕组正负对地泄露电流增大到一定程度，接地电阻gR就会小于转子一点接地保护定值，接地位置a发生位移，所以转子一点接地保护会发报警信号。

通过乒乓式转子绕组接地保护原理和注入式转子绕组接地保护原理验证分析，当发电机大轴接地碳刷与大轴滑环打火，造成转子滑环对地频繁放电，从而造成大轴滑环对地电阻R频繁变化。这时转子接地保护装置计算出转子绕组电压正负对地电压发生偏移和转子绕组正负对地泄露电流频繁变化，故转子接地保护装置计算出的接地电阻gR低于保护定值且持续时间大于保护整定时间，接地位置a发生位移，所以转子接地保护装置发报警信号。说明故障现象和故障理论分析存在因果关系，且分别满足乒乓式转子绕组接地保护和注入式转子绕组接地保护原理。

1.4 故障处理过程

针对发电机大轴接地碳刷与大轴滑环之间打火，造成转子滑环对地频繁放电问题，检查原因是接地碳刷刷架弹簧压力不足造成大轴接地碳刷与滑环接触力够造成打火。经过检修人员对发电机大轴碳刷刷架缺陷进行处理，见图1。处理后1号发电机转子接地保护装置采样正确，各采样参数稳定。

图1 处理后转子大轴接地碳刷及刷架

2 结束语

发生发电机转子一点接地保护动作报警时，首先重点检查转子接地保护装置测量采样回路及其二次系统，再检查发电机转子绕组及其励磁回路一次系统。特别存在转子接地保护装置间断性发出报警信号和保护装置采样参数不停的在一定幅度内摆动现象，就要首先检查发电机大轴接地碳刷是否存在打火或刷架压力不足现象。这样通过有序的发电机转子一点接地故障排除，会大大缩短故障排查时间也会减少经济损失。