浅谈提高微机型发电机转子接地保护功能的有效对策

黄河西宁热电有限责任公司 王 锐

在微机型发电机转子绕组运转的过程中，一点接地故障的发生概率较高，由于出现这类故障问题后不会形成相应的回路，因此电流无法通过接地点，也就无法影响到发电机的正常运行。但若这种故障问题未能得到及时有效的处理，造成了两点接地故障，就会形成相应的回路，给电流的通过提供了条件后极易导致转子绕组烧毁，干扰到电网的安全稳定运行[1]。由此可知，深层次分析微机型发电机转子接地保护技术，对于我国电网的可持续稳定运行而言具有深远的意义。

2022年10月13日，某厂600MW 发电机转子接地保护装置发出报警信号，为确保电力系统的稳定可靠运行，该厂立即安排相关人员对发电机保护柜展开检查，经过全面系统的检查后，发现接地点的位置在发电机组A 柜，其发出报警信号并显示出两个重要的告警信息，一个是转子接地高定值7503ms，另一个是直流磁电压318.483U、接地电阻19.861kΩ、接地点位置为49.286，表明转子接地电阻＞规定值。现场工程人员及时采取了复位措施进行处理后报警随之消失，对接地保护装置进行检测后，发现Rg=24.476kΩ。告警前，微机型发电机转子绕组的具体情况与告警的情况，如表1所示。

表1 告警前与告警后微机型发电机转子绕组运行参数

通过对告警前发电机转子绕组运行状态的分析发现。保护动作B 屏的转子接地保护未见异常，处于正常状态并且机组负荷未见明显变动。

1 微机型发电机转子绕组异常问题分析

原因分析。针对微机型发电机转子绕组的异常问题，该厂工作人员立即采取紧急预案，暂停发电机组的运行，并且对相关负荷进行调整，同时对发电机组的各个重要构件进行了全方位的检查，其中包括滑环、励磁系统、碳刷、直流回流母排以及大轴接地碳刷等，对这些构件进行外观检查后，发现均属于正常状态，未见异常情况，对轴电压进行检测后确定为5.3V，这一数值在合理范围内。

为准确排查出发电机转子绕组的异常原因，对保护A 屏展开了检测，主要的工作对象就是A 屏的采样。在实际检测过程中，作业流程为：保护A屏退出转子接地保护——启动B 屏转子接地保护动作——检测B 屏接地电阻。对事故现场B 屏接地电阻进行科学的检测后，可以获得数值24.574kΩ，将A 屏与B 屏的接地电阻进行综合对比分析可知，A屏不存在保护误动的问题，因此可以确定本次事故的主要诱因为发电机转子绕组的绝缘值过低[2]。

为进一步验证事故分析结果的准确性，该厂工作人员通过计算机设备获得励磁系统的运行图纸后，对图纸进行了观察分析，图纸中明确表明，在转子电压回路中存在滤波回路，并且这种回路以叠加的状态与转子接地保护回路连接到了一起，导致发电机转子的接地电阻值小于规范值，即Rg＜25kΩ，这种运行模式与转子接地保护装置的运行原理之间不符，导致A 屏告警。

该厂工作人员对发电机转子保护巡检台账进行查阅后发现，转子的接地电阻值始终在25kΩ 内活动，具体的活动范围为22.7～24.9kΩ。因此能够判断出本次事故的根本原因如下：微机型发电机转子绕组的接地电阻值与保护定值之间较为接近，在保护装置运行的过程中，需要对转子接地电阻进行采样，一旦出现采样偏差超过保护定值，就会触发保护误动作，因此要解决转子绝缘偏低问题，避免因保护装置的采样误差，造成保护动作的告警[3]。

2 解决措施

2.1 方案制定

2022年11月5日，该厂例行对微机型发电机组进行检查维修，为解决绝缘偏低造成的保护误动问题，展开了机组的停运检修，为达成一次检修到位的作业目标，该厂制定了详细的处理方案。

首先，该厂与励磁装置的生产商展开了积极的沟通和交流，在对励磁系统的设计图纸、原理等进行确认后，明确了在励磁系统中设置滤波回路的主要目的，即实现对发电机轴电压的有效控制，针对这一问题，无法采取有效的措施对滤波回路加以优化，因此该厂决定取消滤波回路后，试运行励磁装置，在试运行的过程中，励磁装置仍然处于正常运行状态，因此滤波回路的取消，对励磁装置无不良影响。

其次，对微机型发电机的运行原理进行分析后发现，能够限制轴电压的措施较多，主要涉及到以下几个方面：一是利用接地碳刷实现对大地的直接接地。操作方法为，将接地碳刷设置到发电机组汽轮机侧的大轴位置，在发电机运行过程中，若蒸汽与汽轮机叶面出现碰撞，就会产生相应的静电荷，并转变成轴电流，这时接地碳刷就会发挥作用将轴电流与大地直接接地；二是加装绝缘。这种轴电压限制技术指的是，将新的绝缘安装到发电机励磁装置的侧轴瓦上，同时设置接地碳刷，在接地碳刷的作用下，汽轮机侧大轴顺利接地后，若绝缘油膜出现破损等不良现象，磁通诱发的轴电压会形成相应的闭合回路，但将绝缘层加装到励磁装置的侧轴瓦与大地之间后，闭合回路就无法顺利形成，实现对励磁装置轴颈与轴瓦的有效保护[4]。

最后，与发电机生产商沟通协商后确定，将滤波回路取消后在技术层面不会对发电机的正常运行造成不良影响。因此本次事故的最终解决方案为：将励磁装置中的滤波回路取消，确定对装置本身以及发电机无任何影响后，设置接地碳刷并加装绝缘层。为确保发电机能够长期处于稳定运行的状态，取消滤波回路后，对发电机运行的各项参数值进行实时监测，掌握轴电压值的具体情况，确保轴电压值与历史记录不存在明显偏差。

2.2 方案效果

为验证本方案的实施效果，展开系统的检测工作，主要是从以下几方面入手。

对发电机A 屏转子接地保护与B 屏转子接地保护进行检验，确定采样、出口等均不存在任何异常后，可以确定本次事故的诱因与保护装置本身无关；对发电机励磁装置侧轴瓦对地绝缘进行检测，在绝缘1000V 电阻表的作用下，可以确定侧轴瓦对地绝缘的电阻值为1200MΩ，符合发电机的规范运转要求；对发电机汽轮机侧大轴接地碳刷进行检测，确定电阻值为0MΩ，符合发电机规范运转要求；对发电机转子绕组回路绝缘进行检测，主要的检测方法为：将碳刷拆除后，检测出的绝缘电阻值为1300MΩ。对励磁装置直流侧刀闸进行检测后，确定直流母排绝缘为0MΩ。上述数值为滤波回路未取消情况下的绝缘电阻值，将滤波回路取消后，对励磁装置的直流母排绝缘检测后，明确电阻数值为900MΩ。

通过对方案实施效果的分析可知，该厂发电机组转子告警的实质原因为滤波回路，因此将滤波回路取消，利用其他的方式限制轴电压后，能够有效解决发电机转子保护误动问题[5]。

3 微机型发电机转子绕组接地保护技术应用策略

在微机型发电机转子绕组运行期间，接地保护技术的应用具有针对性，在判断一点接地过程中，方式方法较多，其中一种是对转子一点接地的报警系统进行检查，采取复归的方式，若能够顺利复归，证明一点接地故障属于瞬时接地故障。若未能顺利复归，需要对转子一点接地的报警系统展开进一步的分析和排查，确定是否存在一极接地的情况，最终确认是励磁回路的故障问题还是测量保护回路的故障问题，在此基础上，采取有针对性的解决措施。

3.1 发电机转子一点接地保护

微机型发电机转子一点接地保护技术的运行模式主要有两种，一种是乒乓式保护模式，这种工作模式较为成熟，并且在该厂得到了有效应用。乒乓式接地保护技术指的是，以2个接地回路方程为导向，由于这两个方程之间存在显著的不同，因此计算出第一个方程后，能够掌握发电机转子接地的电阻值，获得第二个方程的数值后，能够掌握发电机转子接地的具体位置。在乒乓式接地保护装置运行期间，转子一点接地保护采样接线主要涉及到电子开关、接地点以及降压电阻等内容，其中S1与S2即电子开关，主要由微机控制；a、Rg、E分别代表的是接地点的具体位置、接地电阻以及转子电压；2个降压电阻、1个测量电阻分别用R与R1表示，如图1所示。

图1 乒乓接地保护技术原理

明确转子一点接地保护切换的具体原理后，利用2个不同的接地回路方程，准确计算出接地点的位置，并进行追踪和记录后，能够预判出转子两点是否存在想要接地动作，进而为转子两点接地故障的处理做好充足的准备。这种一点接地保护技术可能会出现保护误动作的问题，因此该厂结合微机型发电机转子的实际情况，设置了启动乒乓式接地保护技术的判断依据，即当接地电阻＞40V 时，则启动转子一点乒乓式接地保护；在接地电阻≤整定值的情况下，则延迟发送转子一点接地保护启动的信号。另一种为注入式保护，由于这种接地保护技术仍处于发展阶段，因此在该厂的应用范围较小，不作详细介绍。

3.2 发电机转子两点接地保护

转子两点接地保护技术是以一点接地保护技术为基础，即当微机型发电机转子回路的接地装置再次启动保护动作后，就发射相应的信号，该厂的工作人员将采用人工的作业模式，启动两点接地保护装置，在这种作业条件下，保护装置的Rg与E均会发生不同程度的变化，一旦这种变化值＞该厂的规定值，发电机转子两点接地保护装置，就会直接作用于停机。

为有效提高微机型发电机转子接地保护功能，还要加强对电力检测装置的应用，在操作各种装置的过程中，需要将重点放在两方面，一方面是针对＜1MW 的发电机转子一点接地故障，应配置检测装置。另一方面是针对＞1MW 的的发电机转子一点接地故障，应配置相应的动作延迟装置，同时还要减负荷平稳停机或者动作于程序跳闸。

具体而言，造成微机型发电机转子绕组故障的原因较多，不同的诱因影响程度以及解决措施也应有所不同，因此,在电厂运行过程中，需要结合实际情况，制定有针对性的故障解决方案，将保护误动作问题的发生概率控制在最小范围内，为电力系统的稳定运行提供坚实的保障[6]。

综上所述，发电机转子绕组是发电厂重要的一次设备，做好发电机转子绕组的保护与调节，对于发电厂的可靠运行而言具有重要的作用。在发电机转子保护装置运行的过程中，极易出现接地保护误动作，这就需要发电厂对接地保护误动作的原因进行深入分析和研究，掌握造成接地保护误动作的诱因后，采取科学合理的解决措施，通过对某厂微机型发电机绕组接地保护误动作原因的分析后，发现滤波回路是诱发保护误动作的主要原因，相关解决措施能够为从业人员提供参考和借鉴。