关于某660MW超临界汽轮发电机组转子接地故障的分析

王多强

摘  要：2018年7月9日，土耳其某电厂#4机组660MW超临界汽轮发电机组因发电机转子接地报警信号打闸停机。停机后，电气运维人员对机组进行了检查，并未发现明显接地点，测量转子线圈电阻及励磁回路电阻合格后，启动机组。10个小时后，机组再次因转子接地报警信号跳机。文章将对此次故障进行分析。

关键词：660MW;汽轮发电机;转子接地;REG670;发电机轴瓦渗油

中图分类号：TM311        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）26-0098-02

Abstract： On July 9， 2018， the 660MW supercritical turbogenerator set of unit #4 in a power plant in Turkey shut down due to the generator rotor grounding alarm signal. After the shutdown， the electrical operation and maintenance personnel checked the unit， and did not find the obvious contact point. After the rotor coil resistance and excitation loop resistance were qualified， the unit was started. Ten hours later， the unit jumped again because of the rotor grounding alarm signal. This paper will analyze the fault.

Keywords： 660MW; turbogenerator; rotor grounding; REG670; generator bearing oil seepage

引言

随着国际电力市场对发电厂的在效率、环保等方面的要求不断提升，在火力发电方面，越来越多的新建机组采用300MW及以上容量的发电机，为维持电网的高效安全，此类机组必须保持稳定运行。在常见的几种发电机故障中，转子接地故障對生产运行影响较大，对设备的损害比较高，引起了各大电厂专家的重视。对此，国内厂家生产的300MW以上机型在主流设计上尽量避免故障发生，但是由于大型机组的发电机转子质量大，元件多，在机组正常运行时，元件之间必然会收到各种不同的应力冲击，破坏转子母线的绝缘，造成转子接地故障。及时分析转子接地故障的原因，可以尽快使机组恢复生产，对设备和运维人员的危害也会降到最小。

1 机组情况介绍

该2×660 MW超临界燃煤机组位于土耳其南部，#4和#5机组先后在2016年7月31日和2016年8月31日通过168小时连续满负荷运行，机组采用的是由哈尔电机厂有限责任公司生产制造QFSN-660-2型汽轮发电机，励磁系统型号ABB UNITROL6800型，发变组保护系统采用的是ABB公司生产的REG670集成式微机保护装置，转子接地保护系统采用注入电压式保护。

2 转子接地保护原理简介

本机组采用的REG670智能微机保护装置原理如图1所示。

当机组正常生产发电时，发电机励磁绕组对地是绝缘的，在转子绕组发生接地情况时，这种绝缘被破坏。REG670转子接地保护系统的方波注入信号由注入单元REX060中生成，通过耦合电容单元REX061注入发电机励磁电路。在REX061单元中，注入电压和电流信号被放大到与IED的模拟电压输入相适应的水平。在IED中，对测量信号进行评估以检测转子接地故障。

如系统等效电路图所示，阻抗ZMeasured等于转子绕组之间的对地电容（1/ωCrot）和接地故障电阻（Rf）。消除了注入电路中的串联电阻。Rf在有故障情况下非常大，测量阻抗称为转子参考阻抗，可计算为：

方波的注入频率finj是一个设定值，偏离基频。注入频率可设置在75-250Hz范围内。本机组采用的是静态励磁系统，很容易产生注入单元过电压，Rseries是REX061单元中用于防止过电压的保护电阻。

从REX060注入电压和电流作为交流电压传输到IED。在IED保护功能软件中对注入电压和电流进行了测量和分析。

阻抗计算等效电路图如2所示。

净电抗Zbare可以计算为注入电压及注入电流之比：

在非故障操作中，射频非常大。此时阻抗计算如下：

在没有转子接地故障发生时，Rf非常大，此时阻抗计算如下：

参数k1和k2[Ω]在调试期间经测量后设定，在调试期间，校准已知抗故障电阻后，k1和k2用于将测量值转换为一次阻抗值。k1因子将补偿变压器比等因素，以实现与主系统相关的阻抗值。系数k2（Ω）将弥补Zseries阻抗。

在非故障条件下测量的健康阻抗在以后的文章中称为参考阻抗。

在IED中，测量阻抗与参考阻抗进行比较。在接地故障情况下，对故障阻抗进行估计，并与设定值RAlarm和RTrip进行比较。

通过方程给出的复变换，将实测阻抗值转化为实际阻抗值，将测量值转化为一次阻抗值。

如果Rf

如果Rf

3 #4机组转子一点接地跳闸检查经过

2018年7月9日凌晨0点53分，#4发电机转子接地保护系统监测到转子绕组对地绝缘电阻值低于机组跳机值并且持续1秒以上，机组跳闸，机组停机后，维护团队测量转子绕组正、负级与地之间绝缘为1.16MΩ，测量绝缘时保持转子绕组导体一次二次侧各元件连接均未解列。

2018年7月9日早6点10分，经检查恢复后，机组符合再次启动条件，#4机组恢复并网运行。

2018年7月9日下午16时02分， #4发电机转子接地保护系统监测到转子绕组对地绝缘电阻值再次低于机组跳机值并且持续1秒以上，机组跳闸，本次停机后，现场运行及维护人员决定对机组进行详细的检查，解体转子绕组导体上的二次仪表，并解体转子绕组，分别测量对地绝缘值，并彻底清理转子绕组和发电机小轴间内的污物。

2018年7月11日，早上6点56分，#4机组并网运行，并网后通过发电机保护屏观察转子接地阻值在14000-26000Ω之间波动。因阻值波动较大，就地清理转子接地碳刷与大轴之间的油污，发现#4机发电机保护屏转子接地阻值指示-1000Ω即无穷大。

2018年7月13日，检查发现#4机发电机保护屏转子接地阻值指示-1000Ω即无穷大，偶尔变化为20000Ω左右。经运行维护团队研究，应缩短定期检查清理转子接地碳刷的工作周期，且接地碳刷与大轴之间有油污，故此工作周期更改为一个星期。

2018年9月04日，维护团队更换#4发电机转子接地碳刷、更换后发电机保护屏转子接地阻值指示-1000Ω即无穷大。

4 原因分析

根据现场检查的情况，转子绕组接地可能的原因有以下几个方面：（1）在检修过程中有金属异物等遗留或进入转子绕组造成接地。（2）集电环处碳粉堆积或者污垢较多造成发电机转子绝缘降低。（3）励磁回路的故障。（4）ABB设计图纸要求REX060與REX061之间的电缆，应该是屏蔽双绞线，截面大于1.5mm2，屏蔽层应可靠接地，另外现场继电器REG670，REX060和REX061的机箱，都应使用截面大于4mm2的接地线可靠接地，电缆都有抗干扰的要求。（5）现场保护跳闸定值可能过于灵敏，尤其是对于现场干扰较强的情况，风险较大。

5 结束语

根据#4机组自发电以来的运行情况记录、各项保护数据及本次事故前后对发电机绝缘的测量数据，判断发电机转子绕组应该不存在接地情况，转子接地保护系统检测的对地绝缘较低的原因可能是发电机小轴室中的油污固定了碳刷摩擦产生的碳粉在励磁小轴表面，这缩短了绝缘距离，当堆积量过高时，造成转子绕组附近某处空气电离，直至击穿。

根据本次事故本文提出以下几点建议。

（1）停机期间，拆除所有刷握及碳刷对发电机转子绕组绝缘进行测量，转子绕组的绝缘电阻值在10-30℃时不小于0.5MΩ。（2）如果停机时发电机转子绕组绝缘电阻小于0.5MΩ，则需要对发电机集电环碳刷装置进行清理，排除积碳、污垢等造成绝缘低的请况，如果该措施无效果，将考虑联系制造厂派专业技术人员查找接地点并进行处理，必要时可能需要抽出转子。（3）检测发电机氢水油系统油侧，氢侧，空侧压差，定期检查差压阀工作情况，防止漏油，渗油情况发生。（4）定期检查大轴接地碳刷及集电环碳刷的磨损情况，保证大轴接地良好，集电环碳刷接触良好。

综合分析本次事故，得出以下结论，大型汽轮发电机组运行情况复杂，当发生转子接地保护跳闸时，除分析励磁绕组真实的接地情况外，也要对励磁绕组的所处的环境，保护系统本身的情况进行排查，从多方面考虑分析故障原因，另外，对机组存在的长期问题不可任其存在而不解决，这类问题往往会引发其他故障，最终导致严重后果。

参考文献：

[1]李沁.一起燃气轮发电机转子接地故障原因浅析[J].电气技术，2018，19（11）：100-103+107.

[2]杜伟.火力发电厂发电机励磁系统常见故障分析[J].科技风，2018（32）：173.

[3]樊晓静.大轴碳刷接触不良引起转子一点接地保护动作分析[J].电子测试，2018（20）：112-113.