胡昌雄，李 冬

(清江隔河巖水力發(fā)電廠，湖北 長陽 443503)

發(fā)電機轉子在運行過程中，有時會發(fā)生轉子繞組對地短路的現(xiàn)象，俗稱轉子接地[1]。清江隔河巖水力發(fā)電廠3號發(fā)電機配置了安德里茨水電研發(fā)的轉子一點接地保護，該保護共設有兩段，經(jīng)一定延時后報信號，未設跳閘。該保護與轉子直接相接，用于監(jiān)視轉子回路的絕緣水平，監(jiān)視范圍不僅包括轉子回路，還包括與轉子回路相連的勵磁系統(tǒng)。轉子繞組一點接地故障本身并不會對發(fā)電機造成嚴重危害，如果不及時處理再發(fā)展為轉子兩點接地故障，將會嚴重威脅發(fā)電機的安全。

1 保護原理

3號發(fā)電機配置的是安德里茨公司水電生產(chǎn)的DRS數(shù)字式保護系統(tǒng)，該保護裝置安裝了一個UAKB模塊，通過該模塊，一個約50 V的低頻電壓加于轉子回路來檢測轉子絕緣狀況，該模塊的輸出為一個近似直流電壓量，通過2個47K電阻耦合到勵磁回路來測量對地絕緣電阻，這個電壓通過“特殊模擬量輸入”進入處理單元VE進行處理，如圖1。為實現(xiàn)該功能，與絕緣水平有關的該直流電壓量每周波采樣12次并與整定值進行比較，如果在12個連續(xù)的采樣中測量電阻均小于整定值，保護發(fā)出跳閘起動信號并開始延時，延時到達時起動信號不消失則動作于跳閘。

圖1 轉子一點接地保護原理圖

接地電阻可按下式計算：

2 事件經(jīng)過

2019-02-09日13:00許，3號發(fā)電機在運行過程中監(jiān)控主站頻繁報3號發(fā)電機轉子一點接地保護動作/復歸，巡視發(fā)電機上下風洞和集電環(huán)室，無滲水等異常現(xiàn)象，現(xiàn)地檢查保護裝置并接入便攜機查看，發(fā)現(xiàn)轉子一點接地保護兩段均多次動作，監(jiān)視轉子對地絕緣值發(fā)現(xiàn)其絕緣值多次降低到0 kΩ，決定等負荷低谷停機后再處理。

晚上10時許，3號發(fā)電機停機，轉子一點接地保護不再動作。檢查勵磁柜內(nèi)可控硅下端陰極陽極，與設備外殼間隙合格，無接地可能；在勵磁柜陰極和陽極上測量轉子回路對地絕緣，絕緣值合格；對轉子UAKB測量模塊、相關測量回路進行了檢查，無異常。從保護原理上來看，無論發(fā)電機在任何狀態(tài)，UAKB模塊是一直監(jiān)視轉子對地絕緣的，停機狀態(tài)下轉子一點接地保護不再動作，可基本排除是UAKB模塊及其測量回路的問題。

開機至第六步空轉30 min，轉子一點接地保護未動作，監(jiān)視轉子對地絕緣值一直大于100 kΩ；開機第七步起勵建壓、轉子一點接地保護又出現(xiàn)頻繁動作/復歸的情況，監(jiān)視轉子對地絕緣值多次下降到0 kΩ；可以看出轉子對地絕緣值降低與起勵建壓有關，可能給轉子加壓后破壞了轉子薄弱部分的絕緣。之后對轉子中心體及勵磁引線及整個直流部分進行了檢查，仔細檢查了上下風洞無滲水情況發(fā)生，對集電環(huán)室進行了清掃，開機空轉再起勵建壓，仍然是一起勵建壓就頻繁報轉子一點接地保護動作/復歸，問題仍沒有解決。

通過分析主站各報文的時間先后關系，注意到在投入電制動時從未報出轉子一點接地保護動作。既然轉子對地絕緣值降低與起勵建壓有關，那么投入電制動時也是給轉子加了勵磁電壓的，可在投入電制動時從未報出轉子一點接地保護動作；如果是轉子因為輸入了勵磁電壓破壞了薄弱部分的絕緣，那么應該在投入電制動時也報轉子一點接地保護動作才合理；據(jù)此可推測轉子回路沒問題。

對整個勵磁變低壓側對地測試絕緣為0 kΩ，經(jīng)拆解勵磁變低壓側至勵磁柜可控硅上端頭之間的電纜再次檢查，確定是C相某根電纜對地絕緣為0 kΩ，查看該電纜發(fā)現(xiàn)其表皮破損搭接在電纜橋架上，如圖2。經(jīng)包扎處理該根電纜，開機建壓至第七步，轉子一點接地保護不再動作，查找出轉子一點接地保護動作是勵磁變低壓側C相某電纜表皮破損搭接電纜橋架導致的。

圖2 表皮破損的C相某根電纜圖

3 事件分析

本次轉子一點接地保護動作的顯著特點是：只在開機建壓后才報轉子絕緣降低，而且在停機投電制動時不報轉子絕緣降低故障，機組停機狀態(tài)下也不報轉子絕緣降低故障。查找整個轉子回路，從轉子本體到可控硅下端頭，整個直流部分都找不出問題，最終確定故障原因在勵磁變低壓側，屬交流部分。

3號發(fā)電機在投入電制動時屬于他勵方式，由外來廠用電作為勵磁電源，經(jīng)電制動變壓器降壓后，再通過電制動整流柜整流后給轉子加勵磁電壓形成磁場，從而使定子和轉子在磁場的相互作用下讓發(fā)電機停止轉動。3號發(fā)電機在停機投電制動時不報轉子絕緣降低故障，可看出因轉子被輸入勵磁電壓導致轉子本體絕緣降低的可能性不大，可說明轉子本體部分存在接地的可能性不大。

3號發(fā)電機正常運行時勵磁方式為自并勵靜止勵磁方式，勵磁功率取自勵磁變低壓側，經(jīng)可控硅整流后輸入到發(fā)電機轉子上用以形成磁場。勵磁變高壓側為星形接法，與發(fā)電機機端相連，勵磁變低壓側為三角形接法，與勵磁柜可控硅上端相連，如圖3。

從轉子一點接地保護接線圖上來看：

1)3號發(fā)電機在勵自并勵建壓時，可控硅導通，轉子陰陽極通過可控硅和勵磁變低壓側形成直接電的聯(lián)系，UAKB轉子絕緣測量裝置發(fā)出的近似直流電壓可加到勵磁變低壓側上，可測量勵磁變低壓側絕緣情況，而其他情況下，可控硅關斷，無法測量勵磁變低壓側絕緣情況；

圖3 3號發(fā)電機自并勵方式下勵磁系統(tǒng)及轉子一點接地保護接線圖

2)勵磁變低壓側和高壓側之間無直接電的聯(lián)系， UAKB轉子絕緣測量裝置發(fā)出的近似直流電壓無法加到勵磁變高壓側上，無法測量勵磁變高壓側的絕緣情況。

綜上所述，3號發(fā)電機轉子一點接地保護的保護范圍是轉子本體、可控硅、勵磁變低壓側及其之間的連接導體，本次轉子一點接地保護的動作，正是勵磁變低壓側C相某電纜表皮破損搭接電纜橋架導致的。

4 結 語

導致轉子一點接地保護動作的原因很多，通常情況下，轉子受潮、機械振動、勵磁引線接地等直流部分接地均可造成轉子一點接地故障。從事繼電保護工作需要透徹理解轉子一點接地保護的原理及其保護范圍，整個勵磁回路從勵磁變低壓側一直到轉子繞組都可認為是轉子回路[2]。如果轉子一點接地保護動作與發(fā)電機自并勵建壓存在關聯(lián)，就應當著重檢查勵磁變低壓側，不能只常規(guī)檢查轉子及直流部分。本文介紹了一例比較特殊的轉子一點接地故障處理與分析過程，其接地點在勵磁變低壓側交流部分，希望本文能給繼電保護工作者查找轉子一點保護接地故障時提供參考。