汽轮发电机转子接地故障的检测及处理

汽轮发电机转子接地故障的检测及处理

韩立芬

韩立芬

（太原理工大学山西太原030024）

摘要：用电安全是值得关注的关乎人身财产安全的事情。本文首先简述了发电机转子接地保护装置原理，紧接着分析了转子接地的原因，最后讨论了汽轮发电机转子接地故障的检测及处理措施。

关键词：汽轮发电机；转子接地故障；检测及处理

一、前言

汽轮发电机转子接地故障在该领域中算是一种常见的问题，其不仅对电气设备的工作情况造成极大的性能危害，还对电气设备的绝缘性产生重大影响。汽轮发电机出现接地故障的原因比较简单，但是故障接地点的查找却存在很大的难度。

二、发电机转子接地保护装置原理简述

发电机转子一点接地保护装置为南京南瑞RCS-985RE保护装置，该装置采用注入式转子接地保护原理，在转子绕组的正负两端或其中一端（通常选择负端）与大轴之间注入一个48V电压，通过装置内部电子开关定时切换，实时求解转子对地绝缘电阻值，注入电压由保护装置自产，保护反映发电机转子对大轴绝缘电阻的下降。

转子一点接地保护。可根据现场转子绕组的引出方式，选择双端注入式或单端注入式转子接地保护原理，在转子绕组的正负两端（或负端）与大轴之间注入一个48V电压，通过装置内部电子开关定时切换，使得外加电源模块输出偏移方波电压，实时求解转子一点接地电阻，保护反应发电机转子对大轴绝缘电阻的下降。双端注入式和单端注入式转子接地保护的工作电路如图1和图2所示，图中Rx为测量回路电阻，Ry为注入大功率电阻，Us为注入电源模块，Rg为转子绕组对大轴的绝缘电阻。一点接地设有两段动作值，灵敏段动作于报警，普通段可动作于信号也可动作于跳闸。

发电机转子一点接地的查找和处理转子两点接地保护。若转子一点接地保护动作于报警方式，当转子接地电阻Rg小于普通段整定值，转子一点接地保护动作后，经延时自动投入转子两点接地保护，当接地位置α改变达一定值时判为转子两点接地，动作于跳闸。

三、转子接地的原因

工作人员在励磁回路上工作时，因不慎误碰或其他原因造成转子接地；转子滑环，槽及槽口、端部、引线等部位绝缘损坏；长期运行绝缘老化，因杂物或振动使转子部分匝间绝缘垫片位移，将转子通风孔局部堵塞，使转子绕组绝缘局部过热老化引起转子接地；鼠类等小动物窜入励磁回路，定子进出水支路绝缘引水管破裂漏水，励磁回路脏污等引起转子接地。

四、汽轮发电机转子接地故障的检测及处理措施

1、设备概况

#6发变组采用单元制接线经SF6断路器并入220kV母线，发电机出口到励磁变高压侧、厂高变高压侧、主变低压侧均为微正压离相式全封闭母线，接线如下图所示。

#6发电机系国内某电机厂生产的定子空外冷、转子空内冷135MW汽轮发电机，采用机端自并励静止励磁系统，其基本额定参数为：定子电压13.8kV，定子电流6645A，转子电压233V，转子电流1408A，功率因素0.85，转速3000转/分，额定频率50Hz，绝缘等级F/B级，Y形接线，2003年12月23日投入运行。

#6发电机DGT-801数字式发变组保护配备100%定子接地保护。该保护是由接在发电机出线端的电压互感器反应零序电压的开口三角形线圈侧，动作后可以保护定子绕组的85%～90%。剩余保护死区由比较发电机中性点和出线端的三次谐波电压绝对值大小而构成的保护。当发电机出线三次谐波电压大于中性点三次谐波电压时，B柜保护动作发出接地信号或让发电机励磁开关及出口断路器跳闸。

2、事故经过

2012年12月4日10：36，机组集控室事故喇叭响，“#6发电机定子接地”，“单元机组异常”，汽轮机ETS内“发电机故障跳机”发讯，#6发变组2606断路器跳闸，#6机6kV厂用电快切动作，#6汽轮机跳闸，#6炉压火，零序过压与三次谐波均动作。13：27，#6发变组零起升压，#6汽轮机冲转、启动，14：42，#6发电机定子电压升到6500V，发电机励磁开关跳闸，检查发现励磁变高压侧C相有烧黑现象。20：13，#6炉点火，12月5日1：50，#6机冲转，2：19#6机并网。

3、检查经过

1）在继保间检查#6发变组DGT-801保护装置和故障录波装置，保护装置面板指示灯显示“发电机定子接地3U0”，“发电机定子接地3ω”，“C相定子接地”。

2）#6发电机接地保护动作跳闸后，电气操作人员将#6发电机改为检修状态。立即检查发电机本体、主变、厂高变、TV1、TV2及TA间等相关设备和相邻设施，未发现故障象征。

3）拉出#6发变组出线TV1、TV2小车及避雷器小车，拉开#6发电机中性点#0压变刀闸，用2500V摇表测得#6发电机（包括出线、主变低压侧线圈及励磁变、厂高变高压侧线圈）绝缘为15MΩ，无明显金属性接地现象，认为发电机可能存在故障。

4）恢复#6发变组为热备用，采用零起升压检查绝缘情况，当定子电压升到6500V，#6机励磁开关跳闸，仍是#6机定子接地故障，再次将#6机改为检修状态，进一步检查。

5）打开励磁变箱门后往上看，高压侧电缆进线穿孔周围有灼伤熏黑现象。

4、故障情况

打开励磁变箱体顶板后，发现高压侧（13.8kV）电缆从上部穿过变压器外箱壳简易孔（不规则）时，被压在孔边沿（边沿不平滑），磨出数道较深的口子，周围钢板壁有电弧放电灼伤痕迹，发黑；定子接地保护第二次动作时，有其他工作人员在附近看到从励磁变上方发出强烈闪光。

5、原因探讨

通过认真检查发现，该处电缆周围环境不存在相关腐蚀条件，三相电缆上有外力损伤绝缘迹象，其中C相最明显，所以，本次定子接地保护动作原因是励磁变高压侧三相电缆受到了机械作用导致损伤，而不是其它腐蚀损伤；说明机组安装过程中，施工工艺欠缺，励磁变高压侧C相电缆在穿过金属箱体顶板后未加装套管，原有垫护的胶皮掉落（其他相也类似），运行过程中轻微振动导致长期磨损，发生了电缆铜芯多层绝缘保护层变薄，从而产生高压击穿放电，发生定子接地故障；第一次测发电机绝缘未到零，是因为瞬间击穿后，发电机跳闸，电缆绝缘体未让电缆铜芯直接接触金属箱体。

6、处理办法

在全面检查确认后，检修人员对电缆损伤处进行就地维护，对破损击穿处采用双层橡胶带加护套手包绝缘处理；同时对其它相也做了绝缘强化处理。试验标准上注意认真按《电力设备预防性试验规程》（DL/T596-2005）进行，在励磁变高压侧用2500V摇表测和三相绝缘为1000MΩ，并对维护过的电缆做耐压等试验均顺利通过。机组并网后，至今一直正常运行。

7、防范结论

经历这一次发电机定子接地后，运行及检修人员得出以下几点经验教训。

1）发电安装过程中的技术工艺标准审查介入。对于发电机这样的主设备，从设计到制造质量均已成熟可靠，安装时的工艺水平监督显得犹为重要。

2）检修过程中，对大、小修标准项目，应逐条过关，对系统的绝缘耐压水平要检查并记录。

3）定期进行外观检查，对系统检查盲区在设备复役前应进行特殊项目检查。

4）查找接地点时，对100%定子接地保护要重新认识，两部分均动作发信，发电机出线侧也是重点检查部位。

五、结束语

汽轮发电机转子的接地故障如果不能及时的查找并处理的话，将对电气设备的正常工作造成重大的不良影响。汽轮发电机转子接地故障会影响到运行的安全，因此，需要对接地故障进行防治。

参考文献

[1]陈俊，谈涛.发电机转子绕组接地故障定位功能的商榷[J].电力系统自动化，2011.11.

[2]陶瑞基，黄春明.发电机转子动态接地故障的处理[J].电气应用，2011.8.