转子接地

转子接地（共7篇）

转子接地 篇1

一、工程概述

贵港航运枢纽是国家实施西江梯级开发、打通大西南水上出海通道的西江航运建设二期工程的主体, 以渠化航道、发展航运为主, 兼顾发电、防洪、灌溉、桥梁及公路交通等综合功能。水电厂为河床式低水头电站, 安装4台单机容量为30MW的灯泡贯流式机组, 总装机容量为120MW。机组的主要设备由国外进口:水轮机和调速器系统由芬兰科瓦纳公司提供;发电机、保护系统、励磁系统、计算机监控系统由瑞士ABB公司提供。机组设计水头为8.5m, 年利用小时为5089～5786小时, 保证出力36～52MW, 设计年发电量为6.12亿千瓦时。1999年2月l日第一台机组并网发电, 1999年9月1日四台机组全部并网发电。

二、转子接地危害

发电机正常运行时, 发电机转子电压 (直流电压) 有几百伏左右, 励磁回路对地电压约为励磁电压的一半, 贵港航运枢纽水电厂机组正常运行时转子对地电压为Ue/2=206V/2=103V, 转子绕组及励磁系统对地是绝缘的。因此, 当转子绕组或励磁回路发生一点接地时, 不会构成对发电机的危害。但转子发生一点接地后更容易发生两点接地。因为发电机转子一点接地后励磁回路对地电压将有所升高。如当励磁回路的一端发生金属性接地故障时, 另一端对地电压将升高为全部励磁电压值, 即比正常电压值高出一倍。

在这种情况下运行, 当切断励磁回路中的开关或一次回路的主断路器时, 将在励磁回路中产生暂态过电压, 在此电压作用下, 可能将励磁回路中其他绝缘薄弱的地方击穿, 从而导致第二点接地。当发电机转子绕组出现不同位置的两点接地或匝间短路时, 会产生很大的短路电流, 可能会烧伤转子本体;另外, 由于部分转子被短路, 是气隙磁场不均匀或发生畸变, 从而使发电机转动时所受的电磁转矩不均匀并造成发电机振动, 损坏发电机。发生两点接地导致机组甩负荷停机, 影响电网的稳定和电能的质量, 造成经济损失。特别是在5～10月丰水期, 库容小, 属于日调节电站, 发生转子一点接地故障, 停机检查造成弃水, 造成更大的经济损失。

三、转子一点接地原理

利用惠斯通电桥原理

惠斯通电桥 (又称单臂电桥) 是一种可以精确测量电阻的仪器。上图1所示是一个通用的惠斯通电桥。电阻R1, R2, R, Rx叫做电桥的四个臂, G为检流计, 用以检查它所在的支路有无电流。当G无电流通过时, 称电桥达到平衡。平衡时, 四个臂的阻值满足一个简单的关系, 利用这一关系就可测量电阻。测量时, 选择适当的电阻作为R1和R2, 用一个可变电阻作为R, 令被测电阻充当Rx, 调节R使电桥平衡, 此时而且可利用高灵敏度的检流计来测零。平衡时, 检流计所在支路电流为零, 当调节电桥使检流计G上的电流为零时, 电桥达到平衡。这时满足以下式:

该保护采用惠斯通电桥原理, 其中转子绕组与大轴接地之间的分布电容CR加上隔离电容CK1和CK2构成电桥桥臂中的一条, 另一桥臂为匹配电容CX支路, 再加上两路高值电阻R支路, 正常情况下测量桥由一个外部的辅助交流电源供电, 当电桥平衡时, 则电桥输出电势非常小, 保护不会动作。

而当发电机转子绕组发生接地故障时, 受接地的影响, 这一桥臂的阻抗发生变化, 电桥平衡被打破, 其输出电势上升, 当输出电压U达到或超过整定值时, 发出报警信号。测量桥需要的交流电源可由发电机出口PT供电, 该供电方式中, 当发电机不运行时保护不投入, 当发电机投入励磁时, 出口PT有电压输入测量桥, 保护投入运行。贵港航运枢纽水电厂采用了这种供电方式, 这就是为什么机组空转没有投励磁或者机组停下时保护信号就会消失的原因。

四、发电机运行中发转子一点接地故障处理

当发电机在运行中发生转子一点接地故障时, 按规程, 如故障不能消除, 运行两小时应停机检查处理。发生转子一点接地故障后, 当班的运行人员应申请停下机组检查: (1) 对机组转子回路的绝缘检查; (2) 校验转子一点接地保护装置; (3) 检查转子外部和内部设备; (4) 检查保护的控制回路接线和端子。

转子一点接地故障常见原因是: (1) 转子外部接地:转子励磁电缆接地、碳刷架烧损、转子励磁电缆因铁线夹得太紧造成绝缘降低、碳刷粉尘过厚; (2) 转子内部接地:磁极上游侧螺杆受潮接地、磁极线圈与铁芯间有丝状物插入造成接地、磁极上游侧线圈与铁芯的缝隙有油泥引起接地; (3) 保护装置回路引起接地:大轴一点接地回路端子松动导致不平衡发转子接地信号、保护装置回路设备老化造成误发转子接地信号。

五、结语

通过上述分析得知, 引起发电机转子一点接地故障发生的原因有许多, 但是掌握了转子一点接地保护的原理, 定期对发电机励磁系统进行检查、清洁, 就能很好地预防发电机转子接地故障的发生, 确保发电机的安全稳定运行。

摘要：贵港航运枢纽水电厂安装有4台30MW灯泡贯流式水轮发电机。发电机是水电厂的主要设备, 当发电机发生一点接地故障后, 要及时排查处理, 以免扩大发生转子两点接地故障, 造成发电机损坏, 给企业造成经济损失, 同时也影响到电网的稳定和电能质量。文章分析其原因, 提出处理办法。

关键词：发电机,转子,一点接地,原因分析

参考文献

[1]马玉新.小龙水电站发电机转子一点接地问题探讨[J].水电厂自动化, 2008, (1) .

[2]陈文添.水轮发电机组转子一点接地的分析与查找[J].广西电力, 2005, (3) .

电阻分压式转子接地保护改进算法 篇2

关键词：转子接地,电阻分压,乒乓式,注入式,测量电阻,接地位置

0 引言

转子一点接地故障是发电机常见的一种故障形式[1,2], 保护采用的转子电压一般直接取励磁绕组的全电压。文献[3-5]中提到, 对于大型发电机组, 转子电压比较高。在长期运行、电缆老化的情况下, 转子电压二次回路绝缘水平有可能降低, 因此存在隐患。文献[6]指出, 大型发电机组的强励电压能达到1 500V, 直接将全电压引入保护屏, 将给装置运行和维护带来一定的潜在危险。同时, 现有的转子接地设计方案大多采用文献[7]中所提到的通过切换转子大轴的方式实现2套转子接地保护互相投退的方式, 该方案无法正确区分励磁绕组端部与保护测量引线的接地, 这是目前采用全电压引入的转子接地保护的缺陷。对于形成稳态的第2点接地, 现有的关于接地位置和阻值的计算大多为一点接地的等效变化值, 与实际接地电阻和位置存在一定误差, 不能为现场故障点定位提供有效的参考依据。

本文对国内使用最多的乒乓式与低频电源注入式2种转子接地保护[8]采用转子分压方式, 从而改进了转子接地电阻及接地位置算法, 优化了转子接地保护抽取电压设计方案。通过理论分析和PSCAD/EMTDC仿真数据, 验证了改进算法的可行性和有效性。

1 常规转子接地保护

1.1 注入式接地保护

低频电源注入式转子接地保护分为单端注入和双端注入2种。单端注入式等效电路如图1所示。图中:Rx为采样回路电阻;Ry为注入回路大功率电阻;Us为注入电源电压;Ur为励磁电压;Rg为转子绕组对大轴绝缘电阻;在离转子绕组正端α位置发生一点接地。

设Ux+为正半波时采样电阻Rx两端电压, Ux-为负半波采样电阻Rx两端电压, 由此可以得到[2]:

对于双端注入式转子保护, 其等效电路如图2所示, 图中:Ra, Rb, Rc为转子回路分压电阻, 且Ra=Rc=0Ω。

工程上认为在发生转子接地故障切换周期内, 励磁电压近似不变, 由此得出接地电阻计算公式与式 (1) 相同, 即式 (1) 为注入式转子接地电阻一般表达式。计算可得接地位置[2]为:

1.2 乒乓式接地保护

乒乓式转子接地保护是另一种被广泛使用的转子接地保护[2,3,4,5,6], 其原理图如图3所示。

图3中:S1和S2为电子开关;I1和I2为S1打开、S2闭合时对应回路流过的电流, 其为实测值。Ra=Rc=0Ω, 可以得出转子接地电阻[9]Rg为:

式中:I1′和I2′为S1闭合、S2打开时对应回路流过的电流, 其为实测值;R为桥臂电阻。

计算可得接地位置α为:

现有的转子接地保护都使用全电压引入保护屏, 参与转子接地计算, 只要在励磁电压稳定的前提下, 可以真实反映转子绕组实际对地绝缘电阻阻值, 且与接地位置无关。然而上述方案仍存在以下不足。

1) 对于大型发电机组, 其励磁电压很高, 在长期运行、电缆老化的情况下, 转子电压二次回路绝缘水平有可能降低;并且如此高的电压接入保护屏, 给设备、人员的安全也带来一定程度的隐患。

2) 对于励磁绕组正负两端发生接地和测量回路的引线接地无法正确区分。

3) 发生第2点接地故障时, 只有一点接地位置相对变化量Δα显示, 不能为现场对于故障点定位提出更多参考数据。

针对上述问题, 本文采用电阻分压式转子接地保护, 既可降低接入保护屏的励磁电压, 又可利用对不同抽取电阻的切换, 正确定位接地故障是发生在励磁回路上还是在测量回路引线上, 并能计算定位第2点接地故障的接地阻值及位置, 为现场故障点排查提供理论数据。

2 电阻分压式计算分析

转子电压经电阻分压后接入, 发电机转子发生经Rg接地故障。

2.1 经电阻分压的注入式保护计算

单端注入式的转子接地保护, 由于不存在分压问题, 因此其等效电路与图1一致, 不影响计算结果。双端注入式转子接地保护电阻分压后的等效电路如图2所示, 由于励磁绕组阻值相对于分压电阻阻值很小, 可以近似忽略[10]。此时, 计算接地电阻值为:

2.2 经电阻分压的乒乓式保护计算

乒乓式转子接地保护电阻分压等效电路如图3所示, 接地电阻值的表达式为:

对比式 (5) 和式 (1) 、式 (6) 和式 (3) 可知, 对于使用电阻分压的双端注入式和乒乓式转子接地保护, 若使用全电压接入的一般表达式 (式 (1) 和式 (3) ) , 计算将会出现较大误差。然而当出现以下特殊情况时, 式 (5) 与式 (1) 、式 (6) 与式 (3) 只相差一个常量。

当Ra=Rc时, 式 (5) 可以化简为:

将式 (7) 代入图2正半波回路方程, 解出接地位置为:

比较式 (8) 与式 (2) , 当Ra=Rc时, 对于注入式转子接地保护, 接地位置计算不受影响。

当Ra=Rc时, 式 (6) 可化简为:

将式 (9) 代入图3回路方程, 并设定Rg′的表达式与式 (3) 中Rg的表达式完全一致, 则计算可得接地位置为:

由此可知, 当Ra=Rc时, 乒乓式转子接地保护接地位置的计算不受影响。

从上述分析可知, 在选择经分压电阻分压后进入转子接地保护装置时, 只要满足抽取电压两端分压电阻阻值相同, 接地位置计算就不受影响。保护装置只需进行简单处理, 就可以既满足降低测量回路转子电压的要求, 又满足接地电阻及接地位置的准确计算。

3 改进方案及算法

由于分压电阻与励磁回路是并联关系, 因此在Ra=Rc的前提下, 保护测量引线上发生接地, 测得的接地位置符合以下关系:α=Ra/ (Ra+Rb+Rc) 或α= (Rb+Rc) / (Ra+Rb+Rc) 。

在一点接地位置与上述特殊位置接近时, 可以通过调整不同的抽取比例, 根据接地位置是否按规律变化来判断出接地点是在励磁回路上, 还是测量回路引线上。

在转子经Rg1一点接地形成稳定后, 投入转子两点接地保护。设在β位置发生第2点接地故障, 接地电阻为Rg2, 忽略励磁绕组本身阻值, 保护测量到的接地阻值Rf实际为Rg1与Rg2的并联电阻。而测量到的等效一点接地位置α′为α与β的中间某点位置, 该点位置与Rg1和Rg2的阻值有关, 存在以下关系:

经化简后得到第2点接地故障的接地电阻与接地位置分别如式 (12) 、式 (13) 所示。

根据第2节分析可知, 只要选择合理的抽取位置, 经过简单修改计算公式, 转子保护就能实现接地电阻、接地位置计算。对于励磁回路接地与测量回路引线接地的区分, 通过不同比例的抽取电阻切换, 由接地位置的变化来进行判断。

现对分压电阻的选取和保护装置定值设置作如下建议。

1) 分压电阻应装设于励磁柜中, 且分压电阻阻值不宜过大, 过大的分压电阻将会使得保护取样回路的电压、电流减小, 降低保护的灵敏度。

2) 分压电阻宜采用大功率电阻, 满足现场长期带电运行需要, 电压抽取比例建议在1/3~1/2之间, 抽取比例过小, 会使得乒乓式采样回路数值过小而引起计算误差。

3) 在满足Ra=Rc的前提下, 在励磁柜中安装切换空气开关, 使转子接地保护可满足抽取不同比例的励磁电压。通过对不同抽取电压的切换, 能定位接地故障是发生在测量回路引线上还是发生在励磁回路中。该切换回路只在无法确定励磁回路故障还是测量回路引线故障时使用。

4) 定值项中提供可整定的分压系数, 满足现场不同抽取比例, 用于接地位置的计算。

5) 所抽取分压电阻两端阻值开放整定, 由于推导是在Ra=Rc的前提下得出, 只需显示一个电阻值整定即可, 以“r”表示, 当转子电压使用全电压引入时, 整定r=0Ω。

6) 当第1点接地电阻过小时, 由于无法检测后期是否发展为两点接地[11], 同时经措施3验证为非测量回路接地后, 宜转移负荷并平稳停机进行检查。

4 仿真分析

4.1 仿真模型介绍

在PSCAD/EMTDC上建立励磁绕组经分压抽取后的转子接地仿真模型。励磁绕组采用三峡左岸电厂ALSTOM机组4段π形等效电路来表示, 如图4所示。其中仿真参数见附录A。

仿真中设定发电机空载情况下0s发生一点接地故障, 接地电阻为Rg, 故障点位置α=0.4情况下分别检测不同Rg值对应的测量阻值、接地位置的精度和误差。转子接地按照1/2电压抽取, 切换周期为2s。

电阻分压乒乓式和双端注入式仿真模型分别见附录A图A1和图A2。

空载励磁电压Ea波形如图5所示, 仿真数据均为发电机空载情况下采集并计算。

4.2 电阻分压设计方案

经大功率分压电阻分压的设计方案如图6所示, 其中分压电阻取为:Ra1=Rc1=3kΩ, Ra2=Rc2=1kΩ, Rb=4kΩ。K1和K2为不同抽取比例切换开关, 当K1投入、K2打开时抽取比例为1/2, 当K1打开、K2投入时抽取比例为1/3;FU1和FU2为高压熔断器。建议分压电阻和空气开关就地安装于励磁柜中。

4.3 电阻分压一点接地仿真

在发电机转子经1kΩ和5kΩ接地时, 测得的乒乓式接地阻值、位置波形如图7所示, 其测量及计算数据见附录A表A1。

双端注入式转子经1kΩ和5kΩ接地时, 计算测得的接地阻值、位置波形如图8所示, 其测量及计算数据见附录A表A2。

从图7和图8可以看出, 在一点接地稳定后, 采用分压方式的乒乓式与双端注入式保护均能准确反映应接地电阻及接地位置。

4.4 第2点接地测量精度

在转子一点接地稳定后, 第1点的接地位置为0.4, 接地电阻取为1kΩ。仿真中固定第2点阻值为5kΩ, 接地位置分别取0, 0.5, 1.0这3个位置, 来校验分压式转子接地保护对第2点接地电阻、位置测量的精度, 分压抽取比例为1/2。乒乓式测量结果如图9所示。

图9中第2点接地阻值与接地位置取进入稳态后所测量的数据, 以下各图取值均参照此原则。双端注入式测量结果如图10所示。

从图9和图10可以看出, 电阻分压乒乓式、注入式对第2点接地阻值、接地位置计算准确。受篇幅所限, 本文只详细列出电阻分压式两点接地以及双端注入式两点接地精度数据, 如表1和表2所示。

通过比较得出第1点接地电阻较大时, 第2点接地阻值与接地位置较准, 而第1点阻值较小时, 第2点接地阻值与接地位置计算将有一定误差。电阻分压方式的转子接地保护在第1点接地电阻为1kΩ时, 第2点接地位置、阻值计算与实际接地位置及阻值误差小于5%, 能正确反映两点接地, 可以为现场故障点定位提供准确数据。

4.5 不同抽取比例对绕组接地位置计算影响

选择1/3抽取比例时, 转子绕组接地位置在α=40%, 乒乓式和双端注入式保护测得接地位置波形如图11所示, 其仿真数据见附录A表A3。

由图7、图8和图11的仿真数据可知, 对于不同的阻值, 在转子绕组上发生稳定的一点接地时, 所测的接地位置不会因为抽取比例的不同而受影响。

4.6 测量回路引线发生电阻接地数据

在图6所示测量回路的引线电缆上发生接地故障, 乒乓式和双端注入式保护测量的接地位置如图12所示, 其仿真数据见附录A表A4。

可以看出, 对于乒乓式和注入式保护, 在引线电缆上发生接地故障、抽取方式一定的前提下, 计算的接地位置与接地阻值无关。当判断出接地位置与抽取比例相关, 如抽取比例为1/N, 而保护测得的接地位置为 (N-1) / (2 N) 或 (N+1) / (2 N) 时, 通过励磁柜切换空气开关, 将抽取电压选择为另一种抽取方式。若接地位置发生变化, 满足与切换后的抽取比例相关, 可以确定接地位置位于测量回路引线电缆上。若接地位置维持原状, 则接地点在励磁回路上。

5 结语

本文针对传统转子电压全压接入的乒乓式和注入式的保护算法进行改进, 采用电阻对转子电压进行分压接入。理论计算和仿真数据结果表明, 电阻分压式转子接地保护能实现接地电阻及接地位置的准确计算, 避免高电压直接接入保护屏对人员、设备造成的潜在危险。不同比例抽取电压的切换能定位接地点是在励磁回路上还是测量回路引线电缆上, 为现场对故障点定位提供极大方便。同时在一点接地稳定后再发生第2点接地, 对两点接地阻值、位置的计算误差较小, 也为故障点查找提供理论依据。本文所改进的方法, 有待于在未来实际工程应用中进一步验证。

附录见本刊网络版 (http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx) 。

参考文献

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转子接地 篇3

关键词：燃煤电站,发电机,转子两点接地,故障分析

1 概述

印尼中加里曼丹工程为新建2×270t/h循环流化床锅炉, 2×66MW高温高压凝汽式汽轮发电机组, 采用山东济南发电设备厂提供的型号为50WX18Z-05LLT发电机, 于2016年1月1日凌晨正式并网投运, 完成相关试验后正常停机维护。

2月7日08点, 机组负荷为22.23MW, 运行中控室监控系统上“转子一点接地”第一次闪报, 立即对发电机保护装置 (南瑞继保RCS-985RS/SS) 进行检查, 发现转子两点接地保护测量值Rg在13.16Ω附件宽幅波动;对励磁系统 (湖北南银TDWLT-01S型静态励磁系统) 可见部分进行逐一检查, 无异常破损、松动及烧焦气味等现象出现。根据运行经验, 发电机发生一点接地故障后, 通常并不形成电流通路, 励磁电流仍保持正常, 对发电机并无直接伤害, 故没有采取立即停机检查的措施。2月8日14点20分, 发电机“转子两点接地”保护动作跳闸停机, 在此期间综保装置出现过多次转子一点接地闪报, 立即安排停炉检查。

2 事故分析与处理

发电机发生接地故障通常可分为三类:瞬时性接地故障、断续性接地故障以及永久性接地故障。根据上述转子一点接地保护信号频繁触发、转子对地阻值跳变的特点, 可初步排除永久性接地故障的可能。本工程所使用的保护装置为“乒乓”式原理, 输入端与发电机大轴和转子绕组的负极相连, 其动作反应的是发电机转子对大轴绝缘电阻的下降。汽侧与励侧各一套接地碳刷, 其中转子接地保护二次线经励侧接地碳刷连接大轴, 而大轴的本身接地是由汽侧的接地碳刷通过引线与发电机基座相连接形成接地点, 此碳刷是供转子接地保护和测量转子绕组正、负对地电压使用, 通过正、负对地电压值来计算对地电阻, 依此来检测整个回路对地绝缘情况。

2.1 励磁系统静态、动态检测

在回路电缆绝缘无破损、接线螺丝紧固的前提下, 对灭磁开关出线进行绝缘检查。首先将励磁电刷拆除, 同时拆启励、过压、灭磁回路线, 采用万用表分别测量正对地、负对地以及正负极间绝缘电阻, 测量结果均大于18.44MΩ (国家标准≥0.5 MΩ) 。依次接入上述功能回路并测试绝缘, 结果满足标准规定。同样, 以直流汇流母排为切入点, 分别对#1、#2励磁柜各部分进行正对地、负对地以及正负极间绝缘电阻进行测量, 未出现异常情况。

基于上述测试结果, 励磁变高压侧搭接临时电源, 由励磁回路对发电机转子施加直流电压, 进行对地电压测量。在升压期间, 测试转子负极对地直流电压约为93V, 正极对地直流电压为225V, 大轴对地电压约为6V, 当切换至交流档测试电压约为120V, 且极不稳定, 波动幅度大。据此分析, 可排除励磁系统接地故障的可能性。若该系统存在接地情况, 必然会出现一极电压为零, 另一极升至全电压的情况。

2.2 二次回路检测

在外电路检查正常的基础上, 分别对故障录波和保护装置回路极间绝缘电阻进行测试, 正负对地绝缘电阻最小值为150MΩ, 其中故障录波装置“电压、电流”通道和保护装置“一点接地”通道对地电阻均显示为无限大, 该回路正常。

2.3 发电机转子回路直流电阻检测

在隔离所有外部回路的情况下, 测试发电机转子绝缘数值为50MΩ, 并在停机盘车状态下, 采用直流电阻测试仪 (LTCA-10) , 对转子进行直流电阻测试, 测试结果为167.0mΩ, 与发电机出厂前 (179.3mΩ) 及投用前 (154.2mΩ) 相比较, 变化幅度小于2%, 未见异常, 符合规范要求。另外, 采用兆欧表2500V档, 测量转子线圈对地绝缘为26.41MΩ, 可判定转子不存在接地情况, 若存在, 则会放电击穿。

2.4 结果分析及事故处理

针对上述检测及分析结果, 在排除励磁系统、发电机转子接地的可能性的情况下, 初步判断为保护装置误动作。对汽侧碳刷接触电阻进行测试, 测试结果呈现不均匀跳变趋势, 这一点与继保装置一点接地多次闪报相一致。进而对汽侧与励侧碳刷接触处进行外观检查, 发现汽侧大轴表面锈蚀十分严重, 表面凸凹不平, 碳刷间存在明显间隙。针对这一现象, 采用颗粒度较小的水砂纸, 在盘车的状态下对其接触面进行均匀打磨, 保证碳刷与大轴有良好接触。经此处理后, 发电机再次并网运行期间未再出现发电机一点接地故障报警信号, 整个运行情况良好。

3 总结分析

发电机转子回路一点接地是发电机较常出现的故障形式, 系统仍可保持正常运行状态。但是如果转子一点接地故障不能及时排除, 使得转子绕组对地已经产生电压, 同时励磁回路对地电压有所升高, 当系统出现各种扰动时, 电压可能出现较大值, 极易造成另外一点接地, 进而形成两点接地。此时流过故障点的短路电流将大幅增加, 严重时会导致转子绕组及励磁回路过热而损坏, 同时, 转子两点接地也会破坏整个磁场的对称性, 造成整个机组强烈震动。因而, 根据本次跳机事故可总结经验:

(1) 由碳刷接触面不均匀引起的接地保护装置动作的实例较少, 同时由于该项目#1机组为新投运机组, 并且正常停机检修时间不长, 未考虑当地雨季持续降雨的气候特点, 起机前忽视了碳刷接触面的检查和清理工作。

(2) 普遍采用的非注入式接地保护原理依靠励磁绕组本身的电气量构成判断依据, 使得故障排查时容易局限在励磁回路上。并当出现碳刷接触电阻不稳定时, 保护装置会多次发出一点接地动作信号, 进而触发两点接地动作。

(3) 根据NR RCS-985RS/SS系列保护装置原理, 在发电机运行中, 还应注意轴承的绝缘情况, 定期对碳刷进行检查和维护, 经常清理轴承座周围绝缘处的赃物, 防止赃物形成导电回路, 使轴承失去绝缘。

参考文献

[1]李军.发电机转子一点接地保护误动的原因分析及处理[J].广西电业, 2005 (105) :96.

[2]林跃.300MW汽轮机转子两点接地故障的处理[J].贵州电力技术, 2016 (5) :36.

转子接地 篇4

1故障机组概况

某发电有限公司1号1 000 MW发电机组在带负荷过程中,发电机转子接地保护动作,机组跳闸。 当时机组有功功率为319 MW,无功功率为34 Mvar, 相关运行参数正常。该发电机为单轴全速1 000 MW级THDF125/67型发电机、全封闭自通风隐极式汽轮发电机,其额定容量为1 145 MVA,额定功率为1 030 MW,功率因数为0.9( 滞后 ),定子电压为27 k V,定子电流为24 473 A,额定励磁电压为445 V, 额定励磁电流为6 038 A,频率为50 Hz,相数为3, 定子绕组连接方式YY,发电机冷却方式为定子绕组水内冷、转子绕组和定子主出线氢内冷、铁心轴向氢冷,额定氢压为0.5 MPa,绝缘等级为F级。

考虑到该发电机转子励磁电流很大,选用了无刷旋转励磁系统。无刷励磁的优点是取消了滑环和碳刷等转动接触部件,其缺点为在监视和维护上不便,故机组装设有转子接地故障检测装置。

无刷励磁系统结构示意如图1所示。图1中, 三相副励磁机FL是一个永磁式中频发电机,其永磁部分NS画在旋转部分浅实线框内。三相主励磁机ZL及其二极管整流装置均画在了旋转部分浅实线框内,主励磁机输出与发电机转子绕组间用多触点连接器连接。发电机励磁机末端装设有磁场接地检测滑环并配置引接碳刷,用JC表示,用来测量励磁电压、检测接地故障和测量转子的对地绝缘, 当转子接地时发出报警和跳闸信号。发电机定子用G表示,机端电压互感器、机端电流互感器分别用PT、CT表示,自动励磁调节用AVR表示。

2检查试验

2.1初步检查

对发电机、主励磁机、副励磁机等设备均进行了外观检查,无异常。引起发电机跳机的原因为接地故障检测系统检测到了严重的接地故障。

2.2接地故障核查

接地故障检测系统原理为通过插入测量碳刷连接主励磁机转轴末端上安装的两个测量滑环,进行接地故障的连续检测,根据监测到的高阻和低阻接地故障,分两个阶段判定。在接地故障检测系统检测到Re小于80 kΩ的第一阶段接地故障时引发报警, 如果励磁回路对地阻抗突然或慢慢的降至Re小于5 kΩ的第二阶段时,发电机跳闸、自动解列并灭磁。 转子接地保护动作停机后,开展了发电机转子的相关试验检测,发现发电机转子的绝缘电阻测试为零, 表明接地故障检测系统的检测和保护动作均正确。

3原因分析

3.1初步判断

由发电机转子的绝缘电阻测试为零,结合接地故障检测保护的正确动作,初步判断本次故障的原因在于1号发电机转子或者回路上确实存在绝缘破坏,使得转子绕组对地绝缘为零,引起发电机转子接地。接地检测装置示意图如图2所示。图中,1代表插入测量棒的孔,2代表插入式刷握,3代表刷架,4代表测量滑环。当断开转子接地检测碳刷后,发现发电机转子绝缘良好。检查发现1号转子接地检测碳刷刷架的绝缘为零。经排除了二次线缆接地的可能后,可以确定本次故障的原因在于刷架, 具体位置进一步解体确定。

3.2解体分析

对故障发电机的转子接地检测碳刷刷架进行了现场解体。将刷架拆开后,发现转子接地故障检测刷架的一个箍紧螺栓存在接地的问题。每只接地故障检测刷架由两半构成,每一半均含4个箍紧螺栓孔。由穿过箍紧螺栓孔的箍紧螺栓来夹紧刷架并将刷架固定在设备金属支架上。刷架内装有用于锁紧刷握的卡锁,刷握尾部的刷盒中插有碳刷。更换碳刷时,施压并逆时针方向旋转从刷架的卡锁中取出刷握,更换新的碳刷后把刷握插入刷架,啮合卡锁。

因为刷架的箍紧螺栓孔与刷架内卡锁金属件的距离过小,二者间绝缘过于薄弱而容易破损,在振动等作用下绝缘隔板破损、二者碰触短接,造成运行中检测碳刷接地。经检查,接地故障检测装置的其余3个刷架也存在箍紧螺栓与刷架卡锁金属件距离偏小的问题,成为接地故障检测刷架内部存在的一个绝缘薄弱环节。

通过分析认为,转子接地通道由转子绕组-测量滑环 - 测量碳刷 - 测量引线 - 卡锁金属件 - 刷架箍紧螺栓-设备金属支架构成。

4结语

发电机转子一点接地的查找和处理 篇5

1 接地点的查找

1.1 直流电桥法

发电机停机后, 把直流电桥的一只表笔良好接地, 另一只表笔分别接转子绕组的两端a和b, 测出其电阻值R1和R2。如图1, 假定转子有n个磁极线圈, a与地之间有n1个磁极, b与地之间有n2个磁极, 则有

利用 (2) 式就可以计算出接地线圈距离a端的磁极线圈个数n1, 从而找出接地的磁极。

1.2 电压表法查找

发电机停机后, 用直流电焊机向转子绕组中通入直流电流, 为防止转子过热, 所加电流应不大于转子的额定电流。该电流将在转子绕组上产生电压, 用电压表测量集电环之间的电压值, 即是该转子绕组两端的电压, 测出绕组a, b两端分别对地的电压U1和U2, 如图2。由于每个磁极的电阻值相等, 在每个磁极上的压降也应该相同, 所以

其中n为发电机的磁极个数, 利用 (4) 式就可以计算出接地磁极线圈距离a端的磁极个数n1, 从而找出接地的磁极。

2 转子一点接地故障的处理

(1) 发生转子一点接地故障后, 按照现行的规程应立即停机处理。首先用吹扫用气对转子、滑环及碳刷架进行吹扫, 并用清洁剂对粘附在滑环、转子和转子引下线上的油污及碳粉进行清除。清洁后再用500 V或1 000 V兆欧表进行转子绝缘测试, 对地绝缘电阻值不应小于0.5 MΩ。

(2) 经过清洁处理后, 如转子绝缘仍不能达到规程要求, 则可对转子进行直流烘烤。用直流电焊机向转子绕组加入励磁电流80%的烘烤电流, 烘烤10 h后, 再次测试转子对地绝缘, 直至绝缘满足要求。

(3) 经清洁、烘烤后绝缘仍未满足要求, 并最终判定为转子内金属性接地时, 须拆出转子并进行接地点绝缘的修复。

3 防范措施

(1) 防止转子受潮。为了防止发电机发生转子一点接地, 发电机在运行时尤其在停机后, 应保持发电机室的温度和湿度在设计的范围内, 防止转子受潮和结露。

转子接地 篇6

转子作为发电机重要部件, 如果发生两点接地故障且不能及时得到处理, 不仅会造成重大设备事故, 而且会影响电力系统的安全运行, 造成较大经济损失。

某电厂3#发电机组自投产后运行一直正常, 从未出现转子一点接地异常现象。2013年12月21日, 3#机组在运行过程中发生转子一点接地报警, 时间不到2s, 再一次发生转子两点接地跳闸。检修人员对励磁一、二次系统进行了排查、分析, 最后查找出故障位置, 消除了机组隐患。

1 转子接地原因分析

转子绕组接地的原因是多种多样的, 从转子接地故障统计资料分析, 主要原因有以下几方面: (1) 转子本体及附件绝缘损坏:转子槽口绝缘损坏、转子槽绝缘和端部绝缘损坏、转子引线绝缘损坏等引起接地。 (2) 励磁滑环引起的绝缘降低:碳粉贴粘在集电环两极, 导致集电环碳化, 绝缘下降;碳粉将滑环通风孔局部堵塞, 使滑环绝缘局部过热老化引起绝缘降低。 (3) 励磁一、二次回路绝缘不良:功率柜、灭磁柜内一次/二次回路及引出线接地、脏污、过热引发的励磁回路绝缘不良。 (4) 保护装置误动或损坏。

2 接地故障点的查找

2.1 保护装置动作可靠性校验

该发电机组配置许继电气WFB-810系列微机型发电机成套保护装置, 转子接地保护为转子一点接地加两点接地保护, 其定值如表1所示。

经试验人员校验, 保护装置动作正确, 不存在装置损坏的情况。

2.2 励磁滑环的检查及清扫

用500V摇表摇测发电机励磁滑环绝缘合格, 未发现异常;对碳刷、碳握刷架及通风孔进行检查, 有大量碳粉聚积, 对滑环进行了彻底清扫。

2.3 励磁一、二次回路的检查

用500V摇表摇测灭磁柜内二次回路、功率柜直流侧引出线绝缘合格, 未发现异常。随后将励磁滑环所有碳刷取出, 拉开两台功率柜直流侧刀闸, 从端子上拆除进保护装置的转子电流接线, 所有安全措施做好后, 合上灭磁开关, 给励磁回路通直流电, 主控直流系统绝缘监察装置未报接地异常, 说明整个励磁回路绝缘正常。

以上检查完毕后, 启动机组 (启励, 未进行并网操作) , 转子接地仍存在, 停运机组, 继续查找故障点。

2.4 对转子本体进行交流阻抗测试

如果转子绕组出现匝间短路, 则转子绕组有效匝数就会减少, 其交流阻抗就会减小。因此, 通过测量转子绕组交流阻抗, 与历次试验数据相比, 就可以有效地判断转子绕组是否有匝间短路。

在排除了转子外回路 (主要指励磁回路) 接地的情况后, 在汽轮机不同转速下给转子绕组加100V的电压, 测试转子在不同转速下的交流阻抗。测试情况如表2所示 (CT变比:50/5;测试温度:风温23℃) 。

机组交接测试报告中, 转子在不同转速下的交流阻抗测试数据如表3所示 (CT变比:50/5;测试温度:25℃) 。

《电力设备预防性试验规程》对转子交流阻抗试验规定如下:在相同试验条件下, 与历年数据比较, 不应有显著变化。

通过比较两组试验数据, 转子在不同转速情况下, 试验数据变化不大, 可以排除转子绕组接地的可能。

根据上述检查结果, 经过认真分析, 确认转子接地的故障点仍在励磁回路上。通过对励磁回路检查情况进行梳理, 没有检查的部位只有功率柜整流模块及交流回路, 如整流模块存在故障, 运行过程中应报“整流故障”, 可排除整流模块的问题, 由此决定对功率柜交流回路进行检查。

2.5 功率柜交流侧回路的检查

机组零起升压至发电机额定电压90%, 用万用表测量功率柜交流侧电源电压 (两台功率柜并联运行) , 结果如表4所示。

从测试的电压数据分析, 功率柜交流侧线电压平衡, 说明励磁变正常;三相对地电压不平衡, 可确定功率柜交流侧A相电缆及其附属回路绝缘不良, 导致A相接地。

机组停运后, 拉开两台功率柜交流刀闸, 用500V摇表分别摇测两台功率柜交流刀闸上口绝缘合格, 说明交流回路绝缘正常;用500V摇表摇测功率柜交流刀闸下口绝缘, A相电缆对地为0。

组织相关技术人员进行分析, 可以确定A相电缆绝缘降低是引起转子接地的原因。更换完电缆后, 机组启动成功。

3 接地原因确定及总结

励磁交流回路绝缘降低引起转子接地, 分析其原因首先要了解3#机组励磁方式和转子接地保护工作原理。

3#机组采用的是自并励静止可控硅励磁方式, 其转子电流由可控硅全桥整流桥提供, 其整流桥电源由在发电机端的励磁变压器供给, 励磁调节器控制可控硅导通角的开度, 起到自动调节发电机机端电压的作用。

当全控桥式整流电路工作在整流状态时, 将交流电转变成直流电, 其原理图如图1所示。

从硬件上来看, 整流回路交流侧与直流侧无直接联系, 交流侧回路绝缘不良, 对直流侧无任何影响, 但实质上整流回路交、直流侧是通过电相联系的, 只要两个桥臂可控硅顺序被触发导通, 交流侧与直流侧就建立起回路关系, 交流侧有问题势必会影响直流侧。此外, 励磁变低压侧为典型的不接地系统, 发生在低压侧的单相接地故障不会改变线电压之间的大小和相位, 也就不会改变励磁电压的大小。因此, 发生在励磁变低压侧的单相接地故障不会导致发电机失磁保护动作。

保护装置转子接地保护采用乒乓式开关切换原理, 通过求解两个不同的接地回路方程, 实时计算转子接地电阻阻值Rg和接地位置α。实质是在发电机运行时轮流测量转子绕组正极、负极的对地电流, 并根据测得的结果计算出转子绕组或励磁回路的对地电阻, 从而判断出接地故障的位置及接地电阻的量值。原理如图2所示。

S1、S2—由微机控制的电子开关Rg—接地电阻α—接地点位置E—转子电压4个R—降压电阻R1—测量电阻

当S1闭合、S2打开时, R1两端的电压为U1;当S1打开、S2闭合时, R1两端的电压为U2;ΔU=U2-U1, 通过求解两个不同的接地回路方程, 可以实时计算接地电阻和接地位置:

当Rg小于或等于接地电阻整定值时, 经延时发转子一点接地信号。在转子发生一点接地故障后, 保护装置继续测量接地电阻和接地位置, 此后若再发生转子另一点接地故障, 则已测得的α值变化, 当其变化值Δα超过整定值时, 保护装置就确认为已发生转子两点接地故障, 发电机被立即跳闸。保护判据为:

式中, αset为转子两点接地位置变化整定值。

机组在正常运行的情况下, 其导通角60°<β≤90°, 转子电压输出波形如图3所示。

图3 (a) 为相电压波形, 图3 (b) 为60°<β≤90°时的转子输出电压波形。从输出电压波形不难看出, 每隔60°依次向共阴极组或共阳极组的可控硅元件施加触发脉冲, 则每隔60°就有一个桥臂的元件触发换流, 每周期内每桥臂元件导电120°, 转子得到的线电压依次为:uab-uac-ubc-uba-uca-ucb。

当交流侧A相电源接地时, 在一个周期内桥臂+A可控硅导通, 报转子正极接地;桥臂-A可控硅导通, 报转子负极接地。励磁绕组在一个周期内将交替出现“正极接地”、“正常”、“负极接地”、“正常”的循环状态。如果不考虑转子接地继电器的响应时间, 则接地继电器就会不断“动作”、“复归”、“再动作”、“再复归”, 而动作持续时间约6.667ms, 复归持续时间约3.333ms。因此在实际装置中, 当转子接地保护的返回时间大于3.333ms时, 保护装置报转子一点接地。

但由于乒乓式两点接地保护固有缺陷, 在开关频繁切换过程中过渡电阻的变化会使接地点位置的计算产生误差, 造成一定的接地点位置变化, 从而对两点接地的判断产生影响, 导致两点接地保护误动。

此次发电机转子接地检查, 由于查找人员现场经验不足, 技术力量有限, 在查找过程中多了一些周折, 但最终还是将问题解决。分析总结此次接地查找过程中的得与失, 得出如下转子接地检查步骤: (1) 检查功率柜交流侧回路及相关的连接线路; (2) 检查功率柜直流侧回路及相关的连接线路; (3) 励磁滑环检查; (4) 保护装置检查; (5) 通过试验对转子进行检查。

这就为今后机组发生类似事故时更迅速、更有效地解决问题提供了参考意见。

4 结语

本单位通过对这次发电机转子接地故障的排除, 积累了宝贵的现场经验, 提高了解决现场问题的能力, 掌握了解决现场问题的有效方法和途经, 避免了盲目作业和更多的经济损失, 同时为兄弟单位发生同类型故障的查找提供了可借鉴的经验。

摘要：通过对某电厂3#机组接地故障进行排查、原因分析, 阐述了转子励磁回路交流部分接地反映为转子接地保护的关系, 总结了转子接地故障查找的步骤及范围, 为缩短转子接地故障查找时间提供了宝贵的经验。

关键词：转子,励磁系统,接地保护,交流回路,直流回路

参考文献

[1]张保全, 尹项根.电力系统继电保护[M].2版.北京:中国电力出版社, 2010.

[2]DL/T596—2005电力设备预防性试验规程[S].

转子接地 篇7

1 传统发电机转子接地保护不足

常规发电机的故障概率和励磁回路的复杂程度增加是因为需要通过长电缆把转子电压引入转子接地保护集成的机组保护屏中;乒乓式转子接地保护[1]的大量使用因为转子接地位置可以测量, 拥有较高的保护灵敏度。对于转子电压无法引出的机组 (只引出转子绕组一端) , 不能使用乒乓式转子接地保护的原理。而且发电机无励磁状态下的转子绝缘监测功能缺失, 必须加上励磁之后乒乓式转子接地保护功能才能使用。可见, 大型水电机组对保护配置高要求决定了传统发电机转子接地保护的不适用。

2 新型发电机转子接地保护装置设计

2.1 设计原理

本文介绍的转子接地保护采用的是双端注入式, 意为采用注入转子绕组的正负两端的偏移方波电源的方式来测得两种状态下方波电压的转子泄漏电流, 保护装置自产注入电压, 对转子对地的绝缘电阻值进行实时求解, 以保护反映下降的转子对大轴绝缘电阻。

双端注入式转子接地保护可通过测量转子一点接地的位置为故障排查提供参考, 不受机组工况的影响, 具备高可靠性与灵敏度。机组在未加励磁或静止的状态下仍可正常工作是注入式转子接地保护与传统的转子接地保护相比最突出的优点。

2.2 硬件设计

本文采用插件式结构设计, 这一设计是面向功能的, 并完全分开弱、强电回路, 可以有效抑制电磁和静电的干扰, 同时不需要外部抗干扰器件就能实现抗干扰能力的增强。

(1) 电源插件:此插件为整个装置提供弱电电源。电源插件输入220V的直流, 输出分别为+24V、±15V、+5V的直流, 其分别作用于不同的芯片, 如输入开关量的电源以及驱动继电器、MCU以及模数转换芯片和各种其它芯片, 其中, 各回路具有电气隔离的特点, 各组电源具有不共地的特点。此外, 装置的安全性由于电源的监视功能以及电源50ms的延迟特性得到了进一步提高。

(2) 主控单元插件:包括中央信号输出自举载入接口、输出微控制器M C U (M i c r o C o n t r o l U n i t) 、开关量采集及C A N B U S、S R A M、E 2 P R O M、F L A S H R O M网络接口等部分在内的所有资源的管理控制。微控制器为其核心部分, 其性能高集成度也高。该微控制器能够很好的抵抗电磁的干扰, 具有很好的实时性, 资源丰富;表贴工艺及四层制板, 具有非常紧凑的结构;能实现对快闪存储器的重新编程;全部开入、CAN接口及开出均经过隔离处理, 具有安全可靠的特点。瞬态抑制、吸收、滤波、模数转换等一系列功能能够通过采集模拟量来实现。每路模拟量分别于一路信号调理及A/D转换相对应, 测量精度高, 转换速度快, 并且具有良好的稳定性及可靠性;串行通信, 快速可靠;采样回路没有调整元件, A/D转换器具有自动记忆测量精度功能, 单次调整测量精度后现场无需调整零偏。

(3) 交流接口插件:交流接口插件主要为外部模拟量提供输入的接口。外部电压、电流输入经过互感器的隔离变换, 将强电信号转换成模数转换回路可以识别的电压信号, 分为由高精度交流电流、精密电阻、有源滤波电路及电压互感器构成的交流电压输入回路和交流电流输入回路两部分。

(4) 直流逻辑插件:中央信号输出及开出接点输出是通过直流逻辑插件来控制的。底板通过直流逻辑插件输出脉冲实现了MCU对脉冲的操作, 全部操作输出都要经光电隔离, 当公共启动继电器中通过24V直流电源时, 存在常开接点闭锁, 将其开出能够实现增加出口可靠性的目的。控制回路中跳合闸出口继电器能实现跳合闸操作的保持功能, 而程序控制通过操作输出实现脉冲输出,

(5) 人机对话接口 (MMI) :它是人与装置之间交换信息的接口。通过键盘人机对话接口能够实现信息的输入, 通过显示屏人机对话接口能够实现信息的获取。面板与装置主MCU通过485或232实现通信, 存在单独的CPU对面板进行管理和控制, 口与通信, 因此它是一个独立的子系统。面板包括动作指示灯、128×64点阵背光液晶汉字显示屏、十键触摸式键盘等部件, 能够完成信号复归、测试、控制操作、设置参数、信号指示、读取信息等一系列功能。

3 模拟实验

3.1 模拟转子一点接地保护试验

转子正、负两端的输入电压在变阻箱的阻值在10kΩ以下时将转子与变阻箱进行短接, 一点接地的灵敏段经过5s的延时后发出报警信号;然后将转子正、负两端的输入电压在变阻箱的阻值在1kΩ以下时将转子与变阻箱进行短接, 一点接地经过5s的延时后发出报警信号;最后将保护硬压板投入其中, 将转子正、负两端的输入电压在变阻箱的阻值在1kΩ以下时将转子与变阻箱进行短接, 将变阻箱的阻值调整到1kΩ以下, 并将转子输入电压的正、负两端与其短接, 保护经过1s的延时后动在出口产生作用。上述作用是静止状态的机组中通过在发电机双端增加转子一点接地的保护功能而实现的。

3.2 模拟转子两点接地保护试验

试验前需要注意以下事项:1) “转子一点接地报警”发生之后, 转子两点接地保护才能投入, 在转子一点接地保护试验不合格或者退出一点接地保护的情况下不能进行转子两点接地保护的试验, 并且转子一点接地保护不投跳闸、只投信号。将发电机双端注入式转子一点接地与两点接地保护在机组静止状态下投入, 同时将转子两点接地保护硬压板投入, 将变阻箱阻值调到10kΩ以下, 并将转子输入电压正端与其短接, 经过5s延时后, 装置发出“一点接地灵敏段报警”信号, 经过15s延时后, “转子两点接地保护投入”信号发出, 然后将转子电压负端与大轴输入端短接, 保护瞬时动作于出口。以上两个试验的结果可以有效的论证双端注入式转子接地保护具有保护彻底、适用工况广泛、动作灵敏、可靠性高的优点。

4 结语

本文对一种新型的微机发电机转子接地装置的设计原理进行了介绍, 提出了检测机组励磁回路接地故障的有效方案, 并经工程实践对其灵敏、准确、可靠进行了证明。

参考文献

[1]李先彬.电力系统自动化[M].北京:水利电力出版社, 1989.

[2]王维俭.电气主设备保护原理与应用[M].北京:中国电力出版社, 1998.

[3]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用 (第2版) [M].北京:中国电力出版社, 2002.