薛鵬 李艷敏

摘 要：文章通過(guò)對(duì)本廠所應(yīng)用的GE EX2100轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的介紹，結(jié)合電氣一次系統(tǒng)，對(duì)可能引起轉(zhuǎn)子接地的原因進(jìn)行了分析，為快速定位故障原因提供參考，并針對(duì)由不同原因引起的轉(zhuǎn)子接地提出相對(duì)應(yīng)的處理方法。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子接地保護(hù)；原因分析；處理方法

引言

大唐呂四港發(fā)電責(zé)任公司一期4×660MW火力發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)，采用美國(guó)GE公司生產(chǎn)的EX2100型自并勵(lì)磁系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)交流輸入電源取自發(fā)電機(jī)機(jī)端，經(jīng)勵(lì)磁變壓器供給整流裝置，經(jīng)整流裝置整流后直接輸出至轉(zhuǎn)子繞組。交流電源輸入、直流電源輸出均采用封閉母線。

在正常情況下，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路對(duì)地之間有一定的絕緣電阻與分布電容，當(dāng)勵(lì)磁繞組絕緣嚴(yán)重下降時(shí)，勵(lì)磁回路有可能出現(xiàn)一點(diǎn)接地故障。勵(lì)磁回路發(fā)生一點(diǎn)接地，由于不構(gòu)成電流回路，對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行沒(méi)有直接影響，但勵(lì)磁回路對(duì)地電壓升高，在正常運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)子繞組絕緣薄弱環(huán)節(jié)，或切斷勵(lì)磁回路線路、一次回路主斷路器時(shí)，將在勵(lì)磁回路中產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)電壓，可能出現(xiàn)第二個(gè)接地點(diǎn)，形成兩點(diǎn)接地故障。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生兩點(diǎn)接地后，使相當(dāng)一部分繞組短路。由于電阻減小，所以另一部分繞組電流增加，破壞了發(fā)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的對(duì)稱性，引起發(fā)電機(jī)劇烈振動(dòng)，同時(shí)無(wú)功出力降低。另外，轉(zhuǎn)子電流通過(guò)轉(zhuǎn)子本體，如果電流較大，可能燒壞轉(zhuǎn)子和磁化汽輪機(jī)部件，以及引起局部發(fā)熱，使轉(zhuǎn)子緩慢變形而偏心，進(jìn)一步加劇振動(dòng)。因此在發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地時(shí)，必須迅速查找引起接地的原因，并盡快制定合理的處理方案，以保證發(fā)電機(jī)的安全、穩(wěn)定。

1 GE EX2100轉(zhuǎn)子接地保護(hù)

1.1 GE EX2100轉(zhuǎn)子接地保護(hù)工作原理

GE EX2100勵(lì)磁系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)由勵(lì)磁接地監(jiān)測(cè)板（EGDM），信號(hào)衰減及采樣板（EXAM）組成?？刂破鱉1、M2、C分別獨(dú)立的接地檢測(cè)板（EGDM M1、M2、C）組成冗余的勵(lì)磁接地檢測(cè)模塊。由當(dāng)前主控制器對(duì)應(yīng)的EGDM M1或M2（由控制器C決定）產(chǎn)生一個(gè)±50VDC，0.2Hz的方波電源，經(jīng)信號(hào)衰減及采樣模塊疊加在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組正負(fù)端與地之間，當(dāng)勵(lì)磁變低壓側(cè)至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組間任一點(diǎn)發(fā)生接地時(shí)，電流通路即構(gòu)成，經(jīng)過(guò)采樣電阻，主控制器即可測(cè)得該回路一點(diǎn)接地，而該回路的絕緣電阻亦可根據(jù)流經(jīng)采樣電阻的泄露電流計(jì)算而得，EGDM M1、M2、C都對(duì)該泄露電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣并送至各自控制器，計(jì)算結(jié)果與設(shè)定值比較后輸出報(bào)警或跳閘信號(hào)，并經(jīng)三取二后出口。該保護(hù)靈敏，可靠。

1.2 雙端注入式轉(zhuǎn)子繞組接地保護(hù)原理

圖1中，Ufd為轉(zhuǎn)子電壓，Us為注入方波電源電壓，Ry為注入大功率耦合阻抗，Rm為注入回路測(cè)量電阻，im為轉(zhuǎn)子繞組接地故障泄漏電流，？琢為以百分比表示的轉(zhuǎn)子繞組故障接地位置（負(fù)端為0%，正端為100%），Rg為轉(zhuǎn)子繞組接地過(guò)渡電阻。

注入式轉(zhuǎn)子繞組接地保護(hù)方波電源有正負(fù)半波兩種狀態(tài)，對(duì)應(yīng)測(cè)量電流為im1、im2，對(duì)應(yīng)方波電壓為Us1、Us2。為方便分析，可假定方波電源兩種狀態(tài)下轉(zhuǎn)子電壓不變。根據(jù)等效電路，可推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子繞組接地故障過(guò)渡電阻Rg和接地位置？琢，其計(jì)算式為

2 轉(zhuǎn)子接地的原因分析

2.1 工作人員在勵(lì)磁回路上工作，因不慎誤碰、誤接線或其他原因造成轉(zhuǎn)子接地。

2.2 轉(zhuǎn)子滑環(huán)絕緣損壞、轉(zhuǎn)子槽口絕緣損壞、轉(zhuǎn)子槽絕緣和端部絕緣損壞、轉(zhuǎn)子引線絕緣損壞等引起接地。

2.3 長(zhǎng)期運(yùn)行絕緣老化、因雜物或振動(dòng)使轉(zhuǎn)子部分匝間絕緣墊片位移，將轉(zhuǎn)子通風(fēng)孔局部堵塞，使轉(zhuǎn)子繞組絕緣局部過(guò)熱老化引起轉(zhuǎn)子接地。

2.4 鼠類等小動(dòng)物竄入不是全部封閉的勵(lì)磁回路，引起轉(zhuǎn)子接地。

2.5 定子進(jìn)出水之路絕緣引水管破裂漏水引起轉(zhuǎn)子接地。

2.6 直流封閉母線內(nèi)濕度過(guò)大引起。本廠勵(lì)磁直流輸出采用封閉母線，經(jīng)過(guò)三個(gè)轉(zhuǎn)彎引至轉(zhuǎn)子繞組的滑環(huán)刷架處。該封閉母線在主廠房6.4M有一進(jìn)風(fēng)口，整個(gè)封閉母線與外界非隔絕關(guān)系。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察運(yùn)行，空氣中濕度較大時(shí)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子接地絕緣影響較大，使接地阻值從兆歐級(jí)下降至千歐級(jí)；機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)，每次機(jī)組啟動(dòng)前均需對(duì)勵(lì)磁直流封母進(jìn)行烘干、加熱，轉(zhuǎn)子絕緣才能滿足起機(jī)要求。機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，若空氣中的濕度較大，勵(lì)磁直流母線運(yùn)行發(fā)熱不能與進(jìn)入封母的潮氣進(jìn)行平衡，尤其是在封母轉(zhuǎn)彎處更容易聚集潮氣，且不容易散發(fā)，潮氣作用在封母內(nèi)母排支撐架上引起絕緣下降。

2.7 轉(zhuǎn)子滑環(huán)刷架污染、堆積碳粉嚴(yán)重，引起接地。

轉(zhuǎn)子回路一點(diǎn)接地時(shí)，因一點(diǎn)接地形不成電流回路，故障點(diǎn)無(wú)電流通過(guò)，勵(lì)磁系統(tǒng)仍保持正常狀態(tài)，不影響機(jī)組的正常運(yùn)行?？崔D(zhuǎn)子接地信號(hào)能否復(fù)歸，若能復(fù)歸則為瞬時(shí)接地，若不能復(fù)歸，則用萬(wàn)用表測(cè)量轉(zhuǎn)子正負(fù)極對(duì)地電壓，如發(fā)現(xiàn)某極對(duì)地電壓降為零，另一極對(duì)地電壓升至全電壓，說(shuō)明確實(shí)發(fā)生了一點(diǎn)接地。

3 轉(zhuǎn)子接地的處理方法

3.1 檢查勵(lì)磁回路是否有人工作，如系工作人員引起，應(yīng)予糾正。

3.2 檢查勵(lì)磁回路各部位有無(wú)明顯損傷或因臟污接地，若因臟污接地應(yīng)進(jìn)行吹掃。

3.3 對(duì)有關(guān)回路進(jìn)行詳細(xì)外部檢查，必要時(shí)輪流停用整流柜，以判明是否由于整流柜直流回路接地引起。

3.4 做好與勵(lì)磁回路有關(guān)的各房間進(jìn)出門(mén)的管理。進(jìn)入、離開(kāi)房間后及時(shí)將門(mén)關(guān)閉，檢查防小動(dòng)物擋板是否良好，避免小動(dòng)物誤入勵(lì)磁回路。

3.5 對(duì)于轉(zhuǎn)子絕緣受濕度影響較大的勵(lì)磁回路，可以考慮在勵(lì)磁封母入風(fēng)口采取措施去除進(jìn)入封母內(nèi)空氣的潮氣，保持封母內(nèi)空氣的干燥，提高轉(zhuǎn)子回路對(duì)地絕緣。

3.6 若轉(zhuǎn)子接地為一點(diǎn)穩(wěn)定金屬性接地，且無(wú)法查明故障點(diǎn)，除加強(qiáng)監(jiān)視機(jī)組運(yùn)行外，在取得調(diào)度同意后，申請(qǐng)盡快停機(jī)處理。

3.7 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地運(yùn)行，若機(jī)組又發(fā)生欠勵(lì)磁或失步，一般可認(rèn)為轉(zhuǎn)子接地已發(fā)展為兩點(diǎn)接地，這時(shí)應(yīng)立即人為停機(jī)。當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生兩點(diǎn)接地時(shí)，轉(zhuǎn)子電流表指示劇增，轉(zhuǎn)子和定子電壓指示降低，無(wú)功功率指示明顯降低，功率因數(shù)提高甚至進(jìn)相，機(jī)組振動(dòng)變大。嚴(yán)重時(shí)，可能發(fā)生發(fā)電機(jī)失步或失磁保護(hù)動(dòng)作跳閘。

參考文獻(xiàn)

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[2]高春如，大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定計(jì)算與運(yùn)行技術(shù)（第二版），北京：中國(guó)電力出版社，2010.