[摘要]貴港航運樞紐水電廠安裝有4臺30MW燈泡貫流式水輪發(fā)電機。發(fā)電機是水電廠的主要設(shè)備,當發(fā)電機發(fā)生一點接地故障后,要及時排查處理,以免擴大發(fā)生轉(zhuǎn)子兩點接地故障,造成發(fā)電機損壞,給企業(yè)造成經(jīng)濟損失,同時也影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定和電能質(zhì)量。文章分析其原因,提出處理辦法。
[關(guān)鍵詞]發(fā)電機;轉(zhuǎn)子;一點接地;原因分析
[作者簡介]禤德釗,貴港航運樞紐分公司助理工程師,廣西貴港,537100
[中圖分類號] TM64 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-7723(2012)04-0052-0002一、工程概述
貴港航運樞紐是國家實施西江梯級開發(fā)、打通大西南水上出海通道的西江航運建設(shè)二期工程的主體,以渠化航道、發(fā)展航運為主,兼顧發(fā)電、防洪、灌溉、橋梁及公路交通等綜合功能。水電廠為河床式低水頭電站,安裝4臺單機容量為30MW的燈泡貫流式機組,總裝機容量為120MW。機組的主要設(shè)備由國外進口:水輪機和調(diào)速器系統(tǒng)由芬蘭科瓦納公司提供;發(fā)電機、保護系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)由瑞士ABB公司提供。機組設(shè)計水頭為8.5m,年利用小時為5089~5786小時,保證出力36~52MW,設(shè)計年發(fā)電量為6.12億千瓦時。1999年2月l日第一臺機組并網(wǎng)發(fā)電,1999年9月1日四臺機組全部并網(wǎng)發(fā)電。
二、轉(zhuǎn)子接地危害
發(fā)電機正常運行時,發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓(直流電壓)有幾百伏左右,勵磁回路對地電壓約為勵磁電壓的一半,貴港航運樞紐水電廠機組正常運行時轉(zhuǎn)子對地電壓為Ue/2=206V/2=103V,轉(zhuǎn)子繞組及勵磁系統(tǒng)對地是絕緣的。因此,當轉(zhuǎn)子繞組或勵磁回路發(fā)生一點接地時,不會構(gòu)成對發(fā)電機的危害。但轉(zhuǎn)子發(fā)生一點接地后更容易發(fā)生兩點接地。因為發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地后勵磁回路對地電壓將有所升高。如當勵磁回路的一端發(fā)生金屬性接地故障時,另一端對地電壓將升高為全部勵磁電壓值,即比正常電壓值高出一倍。
在這種情況下運行,當切斷勵磁回路中的開關(guān)或一次回路的主斷路器時,將在勵磁回路中產(chǎn)生暫態(tài)過電壓,在此電壓作用下,可能將勵磁回路中其他絕緣薄弱的地方擊穿,從而導(dǎo)致第二點接地。 當發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)不同位置的兩點接地或匝間短路時,會產(chǎn)生很大的短路電流,可能會燒傷轉(zhuǎn)子本體;另外,由于部分轉(zhuǎn)子被短路,是氣隙磁場不均勻或發(fā)生畸變,從而使發(fā)電機轉(zhuǎn)動時所受的電磁轉(zhuǎn)矩不均勻并造成發(fā)電機振動,損壞發(fā)電機。發(fā)生兩點接地導(dǎo)致機組甩負荷停機,影響電網(wǎng)的穩(wěn)定和電能的質(zhì)量,造成經(jīng)濟損失。特別是在5~10月豐水期,庫容小,屬于日調(diào)節(jié)電站,發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地故障,停機檢查造成棄水,造成更大的經(jīng)濟損失。
三、轉(zhuǎn)子一點接地原理
利用惠斯通電橋原理
惠斯通電橋(又稱單臂電橋)是一種可以精確測量電阻的儀器。上圖1所示是一個通用的惠斯通電橋。電阻R1,R2,R,Rx叫做電橋的四個臂,G為檢流計,用以檢查它所在的支路有無電流。當G無電流通過時,稱電橋達到平衡。平衡時,四個臂的阻值滿足一個簡單的關(guān)系,利用這一關(guān)系就可測量電阻。測量時,選擇適當?shù)碾娮枳鳛镽1和R2,用一個可變電阻作為R,令被測電阻充當Rx,調(diào)節(jié)R使電橋平衡,此時而且可利用高靈敏度的檢流計來測零。平衡時,檢流計所在支路電流為零,當調(diào)節(jié)電橋使檢流計G上的電流為零時,電橋達到平衡。這時滿足以下式:R■■=■R
該保護采用惠斯通電橋原理,其中轉(zhuǎn)子繞組與大軸接地之間的分布電容CR加上隔離電容CK1和CK2構(gòu)成電橋橋臂中的一條,另一橋臂為匹配電容CX支路,再加上兩路高值電阻R支路,正常情況下測量橋由一個外部的輔助交流電源供電,當電橋平衡時,則電橋輸出電勢非常小,保護不會動作。
而當發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生接地故障時,受接地的影響,這一橋臂的阻抗發(fā)生變化,電橋平衡被打破,其輸出電勢上升,當輸出電壓U達到或超過整定值時,發(fā)出報警信號。測量橋需要的交流電源可由發(fā)電機出口PT供電,該供電方式中,當發(fā)電機不運行時保護不投入,當發(fā)電機投入勵磁時,出口PT有電壓輸入測量橋,保護投入運行。貴港航運樞紐水電廠采用了這種供電方式,這就是為什么機組空轉(zhuǎn)沒有投勵磁或者機組停下時保護信號就會消失的原因。
四、發(fā)電機運行中發(fā)轉(zhuǎn)子一點接地故障處理
當發(fā)電機在運行中發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地故障時,按規(guī)程,如故障不能消除,運行兩小時應(yīng)停機檢查處理。發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地故障后,當班的運行人員應(yīng)申請停下機組檢查:(1)對機組轉(zhuǎn)子回路的絕緣檢查;(2)校驗轉(zhuǎn)子一點接地保護裝置;(3)檢查轉(zhuǎn)子外部和內(nèi)部設(shè)備;(4)檢查保護的控制回路接線和端子。
轉(zhuǎn)子一點接地故障常見原因是:(1)轉(zhuǎn)子外部接地:轉(zhuǎn)子勵磁電纜接地、碳刷架燒損、轉(zhuǎn)子勵磁電纜因鐵線夾得太緊造成絕緣降低、碳刷粉塵過厚;(2)轉(zhuǎn)子內(nèi)部接地:磁極上游側(cè)螺桿受潮接地、磁極線圈與鐵芯間有絲狀物插入造成接地、磁極上游側(cè)線圈與鐵芯的縫隙有油泥引起接地;(3)保護裝置回路引起接地:大軸一點接地回路端子松動導(dǎo)致不平衡發(fā)轉(zhuǎn)子接地信號、保護裝置回路設(shè)備老化造成誤發(fā)轉(zhuǎn)子接地信號。
五、結(jié)語
通過上述分析得知,引起發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地故障發(fā)生的原因有許多,但是掌握了轉(zhuǎn)子一點接地保護的原理,定期對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)進行檢查、清潔,就能很好地預(yù)防發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地故障的發(fā)生,確保發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行。
[參考文獻]
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