潘作新

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200)

引言

轉(zhuǎn)子一點接地是監(jiān)測汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路絕緣的重要保護,發(fā)電機正常運行時，發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路與大地之間是絕緣的[1]。當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路絕緣降低到一定值時,就會引起轉(zhuǎn)子一點接地報警。轉(zhuǎn)子一點接地分金屬性接地和非金屬接地，一旦再發(fā)生另外一點接地的話，就會觸發(fā)轉(zhuǎn)子兩點接地導(dǎo)致發(fā)電機組跳閘。

1 發(fā)電機及勵磁系統(tǒng)

某公司25 MW 汽輪機發(fā)電機組采用單缸抽汽凝汽式汽輪機C25-3.43/0.7，發(fā)電機采用QF-W25-2空冷無刷交流勵磁發(fā)電機組，電壓為10.5 kV，功率為25 MW，勵磁系統(tǒng)采用GEX-2000 發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器，發(fā)電機保護裝置采用CSC-306E 數(shù)字式發(fā)電機保護裝置，勵磁一點接地保護采用乒乓式工作原理，保護測量電路原理圖如圖1所示。

圖1 保護測量電路原理圖

原理圖中通過輪流接通電子器件S1、S2的三種情況，利用戴維南定理求解三種情況下的回路方程，實時計算轉(zhuǎn)子接地電阻和接地位置。Rs 為實時接地電阻值，此外采用乒乓原理的轉(zhuǎn)子一點接地保護接地電阻與回路接地點的位置和勵磁電壓大小無關(guān)，對于轉(zhuǎn)子回路中任何地點發(fā)生接地故障都具有很高的靈敏度。

2 故障情況及檢查處理

2.1 故障現(xiàn)象

6月27日16時10分，25 MW機組發(fā)電機保護裝置CSC-306E 轉(zhuǎn)子一點接地（電阻0.99 kΩ）報警，對保護裝置CSC-306E 進行復(fù)位后，轉(zhuǎn)子接地電阻值恢復(fù)在11 kΩ，轉(zhuǎn)子一點接地高段報警值為10 kΩ，低段報警值為0.5 kΩ。6月30日轉(zhuǎn)子一點接地報警三次，接地為瞬間接地，復(fù)位后恢復(fù)正常。對正極勵磁碳刷刷架軸固定處絕緣套磨損處進行環(huán)氧樹脂膠修復(fù)后，轉(zhuǎn)子接地電阻上升至1.3 kΩ。運行至9 月2 日，轉(zhuǎn)子一點接地（電阻0.7 kΩ）再次報警，期間有不定期報警信息，組織對勵磁裝置進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)故障原因并進行了處理，轉(zhuǎn)子接地電阻恢復(fù)正常。

2.2 故障一般原因

結(jié)合大量的汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地故障案例，總結(jié)出轉(zhuǎn)子一點接地的主要原因主要有以下五個方面。

⑴轉(zhuǎn)子本體：檢查發(fā)電機轉(zhuǎn)子本體及內(nèi)部絕緣情況，重點關(guān)注集電環(huán)裝置有無異常，勵磁引線、導(dǎo)電螺釘、刷架、絕緣板及碳粉、油污污染情況。

⑵勵磁機：檢查勵磁整流裝置及勵磁機轉(zhuǎn)子繞組回路接地情況；檢查勵磁滑環(huán)小室碳粉積聚情況，檢查勵磁機絕緣監(jiān)測碳刷情況。

⑶勵磁柜：檢查勵磁調(diào)節(jié)器柜內(nèi)主回路及檢測回路情況；檢查勵磁調(diào)節(jié)器輸出至勵磁機電力電纜絕緣情況。[2]

⑷發(fā)電機大軸接地碳刷：檢查發(fā)電機大軸接地碳刷油污污染情況及是否可靠接地。

⑸發(fā)電機保護裝置：對發(fā)電機保護裝置進行保護傳動試驗，是否存在誤動作情況。

2.3 故障排查

結(jié)合現(xiàn)場情況，對以上主要原因進行了逐一檢查測量。

⑴發(fā)電機本體及轉(zhuǎn)子絕緣電阻檢查情況

拆除勵磁機定子后，將勵磁整流裝置與發(fā)電機轉(zhuǎn)子正負極連線斷開后，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行絕緣搖測，阻值為76.9 MΩ，絕緣合格，排除發(fā)電機轉(zhuǎn)子本體原因。

⑵發(fā)電機大軸接地碳刷檢查情況

經(jīng)檢查大軸接地碳刷及刷握周圍有大量油泥，原設(shè)計的接地碳刷體積較小，導(dǎo)致接觸面小，接觸不牢靠，接地阻值偏大現(xiàn)象，對接地碳刷進行清理后，并對接地碳刷進行改造，改造為體積較大的碳刷，但試機后轉(zhuǎn)子一點接地報警仍存在，排除接地碳刷原因。[3]

⑶發(fā)電機保護裝置306E檢查、試驗情況

對3號機、4號機保護裝置進行對調(diào)，更換定值，將原一點接地延時時間由2.0 s 更改為8.0 s，試機后故障仍存在。使用繼保儀等對保護裝置進行校驗，模擬轉(zhuǎn)子正負極電壓及人工對試驗線路進行接地試驗，保護裝置均動作正常，排除接地保護裝置誤動作的原因。[3]

⑷勵磁機監(jiān)測碳刷檢查情況

對勵磁機勵磁電壓監(jiān)測碳刷系統(tǒng)檢查（圖3 ②處），發(fā)現(xiàn)正極勵磁電壓監(jiān)測碳刷刷架軸固定處絕緣套磨損，磨損處有一條深痕，見圖2。對磨損處進行環(huán)氧樹脂膠修復(fù)后，絕緣電阻有所上升，但仍偶爾發(fā)生接地報警。

圖2 絕緣套磨損實物圖

⑸勵磁系統(tǒng)至勵磁機電纜檢查情況

根據(jù)勵磁機及整流裝置原理得知，勵磁系統(tǒng)輸出交流電流，在勵磁機定子中產(chǎn)生交變的勵磁磁場，勵磁機轉(zhuǎn)子切割磁力線在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)的交變電流通過整流裝置中的旋轉(zhuǎn)二極管整流又變成直流電流，通過銅排輸出至發(fā)電機轉(zhuǎn)子中，對勵磁柜至定子勵磁機的電纜進行絕緣搖測，阻值為20 MΩ，絕緣合格，排除勵磁電纜故障。

⑹勵磁整流裝置檢查情況

對勵磁整流裝置進行絕緣搖測，阻值為115 kΩ，低于標(biāo)準(zhǔn)0.5 MΩ，對比新整流裝置備件絕緣阻值為291 MΩ，通過絕緣阻值對比分析判斷勵磁整流裝置絕緣不合格。將勵磁轉(zhuǎn)子繞組與整流裝置斷開（圖3 ①處），單獨測量勵磁轉(zhuǎn)子繞組，阻值為75 MΩ，絕緣合格，排除勵磁轉(zhuǎn)子繞組原因，綜合排除法，分析判斷整流裝置絕緣存在問題。

圖3 發(fā)電機及勵磁機原理圖

進一步組織對勵磁整流裝置拆卸解體檢查，搖測二極管對整流裝置外殼絕緣42.8 MΩ，絕緣合格，二極管本體正向?qū)妷簽?.37 V 左右，反向耐壓1 000 V合格，二極管正常。對阻容保護元件進行絕緣搖測，負極三組阻容元件電阻對外殼均為絕緣1.26 GΩ 左右，電容為223 μF，正常。而正極其中兩組用萬用表測量電阻對外殼（電阻散熱片）阻值為70 kΩ 和300 kΩ 左右，用搖表搖測絕緣電阻為7 kΩ（<0.5 MΩ），絕緣不合格。通過整流裝置阻容元件檢查發(fā)現(xiàn)，阻容元件中的電阻底座尺寸與整流裝置外圈尺寸匹配不合適，導(dǎo)致固定電阻的螺絲及墊片與整流裝置外殼距離較近，長時間運行過程中，整流裝置阻容元件碳粉聚集，螺絲表面絕緣漆損壞等影響下導(dǎo)致電阻散熱片與外殼接觸，引起絕緣不良是最終造成此次轉(zhuǎn)子接地報警的直接原因。

3 防范措施

⑴對發(fā)電機保護裝置中接地電阻數(shù)據(jù)上傳至上位機，根據(jù)曲線趨勢進行分析判斷轉(zhuǎn)子接地情況，一旦發(fā)現(xiàn)絕緣電阻持續(xù)下降，及時結(jié)合檢查進行處理。

⑵結(jié)合檢修，每年對勵磁機外罩拆除，對勵磁整流裝置、勵磁電樞繞組，轉(zhuǎn)子接地碳刷絕緣套進行壓縮風(fēng)吹掃，絕緣搖測，記錄絕緣阻值，并將檢修項目固定到檢修標(biāo)準(zhǔn)中。

⑶與廠家進行技術(shù)交流，更改電阻底座的尺寸或者將螺絲及墊片改為絕緣材質(zhì)，避免電阻底座固定螺絲與整流裝置外圈距離較近導(dǎo)致轉(zhuǎn)子回路絕緣不良的情況發(fā)生。

4 結(jié)語

轉(zhuǎn)子一點接地保護能實時監(jiān)測轉(zhuǎn)子及回路對大軸絕緣電阻的大小，若發(fā)電機運行中發(fā)生非金屬轉(zhuǎn)子一點接地報警后，按照規(guī)范機組可觀察運行情況，但要立即采取相應(yīng)的處理措施消除一點接地報警。[4]本文針對交流無刷勵磁汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子非金屬性一點接地報警，對報警的原因進行了逐步檢查，通過排除法最終確認了故障原因并制定了防范措施，對其他交流無刷勵磁汽輪發(fā)電機出現(xiàn)轉(zhuǎn)子接地報警查找處理提供了參考依據(jù)。