(浙江浙能镇海发电有限责任公司浙江镇海315200)
摘要：某电厂#5燃煤发电机采用三机静态励磁系统，发变组保护A屏配置一套转子接地保护。机组正常运行中，发变组保护屏“发电机转子一点接地”发信。技术人员经过系统排查和分析，确定了故障范围，并制定相应措施防止故障的进一步扩大。本文从保护装置注入直流电压式转子一点接地保护原理入手，对接地故障位置判断的思路和方法进行探讨，为电厂发电机组动态一点接地报警的故障的分析提供一定的参考。
关键词：动态一点接地注入式接地位置
1.故障现象
浙江某电厂200MW燃煤机组2017年6月8日19:42，#5发变组保护A屏出现“发电机转子一点接地”瞬间发信，可复归，复归后隔几分钟间歇发信，6月9日10:15转子一点接地发信消失。6月23日至25日多次间歇发信并自行复归，6月26日6:16开始转子一点接地持续发信，无法复归。13:57接地现象又自行消失。
2.直流源注入式转子一点接地保护原理
该电厂200MW燃煤机组使用国电南自公司生产的DGT801A型号的“直流源注入式转子一点接地保护”。保护装置采用迭加电源切换采样原理，在发电机转子负极与大轴之间注入直流50V电压，并通过切换开关的“开”、“闭”状态，测得“开”状态下的电流值IO，“闭”状态下的电流Ic，从而计算出转子对地实时电阻值Rg，为了防止开电流IO与“闭电流”Ic中含有交流分量，在回路中串入低通滤波器，滤除交流分量对计算结果的影响¬¬[1]。转子一点接地保护配置示意图见图1所示。
图1转子一点接地保护配置示意图
其中，U0为外接直流电压源，R4=R5为已知的参比电阻R，当切换开关为“开”状态时，等效电路图如图2，当切换开关为“闭”状态时，等效电路图如图3，
图2切换开关“开”状态等效电路图图3切换开关“闭”状态等效电路图
切换开关分别在“开”、“闭”状态分别列方程式如下：
通过算式计算，得出大轴对地电阻值。
该厂转子一点接地保护配备了三个碳刷，其中2个碳刷并联后，将大轴与注入电源的负极相连，另外一只碳刷则将大轴直接接地。当转子一点接地保护装置监测到大轴对地电阻值Rg＜10KΩ，并延时10S后，将产生一个“转子接地”报警。
3.故障分析
3.1判断接地故障是否存在
报警发生后，首先要判断的是保护装置问题而产生的误报警，还是真实存在接地故障。
3.1.1对保护装置和采样回路进行检查。
6月8日19:42，#5发电机转子一点接地首次发信，此次报警属于间歇性瞬间发信，可观察到保护装置泄露电阻实测值有瞬间跌落现象。检查发电机一点接地保护装置，测量保护装置转子一点接地保护注入式电源电压为48V，属正常范围内；测试转子一点接地保护漏电阻的采样精度，接入标准电阻10kΩ，装置采样显示12kΩ，属正常范围内，且保护动作逻辑正常。
检查中发现大轴接地电缆芯及大轴至保护电缆芯绝缘层受损，包扎并清理大轴接地碳刷，电缆包扎后测试转子一点接地保护测量回路绝缘无异常。6月9日接地发信期间测量转子电压160V，转子正对地电压10V，负对地电压150V。发信消失后转子电压150V，正对地70V，负对地80V。保护屏显示发信期间Rg频繁出现瞬间跌落现象，在120kΩ与0Ω间跳跃。
3.1.2结论
通过以上检查，判断#5发电机转子一点接地保护装置正常，相关采样回路绝缘正常，说明转子回路确存在间歇接地故障。
3.2判断发电机膛外有无接地故障
6月23日至6月25日，“转子一点接地”再次频繁发信，为判断膛外有无接地故障，对发电机励磁系统及外部回路进行检查，包括滑环、碳刷、励磁母排、励磁整流柜等，并测量转子接地采样回路绝缘。
对发电机滑环、碳刷等外部回路进行检查，发现滑环、碳刷等处清洁、无异物，无接地点，对滑环、碳刷进行清理，转子对地电阻Rg无明显变化；逐个退出整流柜排查故障点，未发现接地信号消失；搭设脚手架，打开共箱母线盖板检查励磁整流柜至发电机滑环碳刷架直流母排，未发现异常迹象；再次测量转子接地采样回路，绝缘正常。
经过以上检查，说明采样回路正常，发电机膛外无接地现象，故障点怀疑在发电机膛内。
3.3判断膛内有无接地故障
根据直流源注入式转子一点接地保护原理分析可知，保护装置在转子负极和大轴之间加入一路注入电源，通过测量流经保护装置的漏电流来计算转子漏电阻。当膛内发生转子接地故障时，由于物理空间布置的原因，膛内转子的接地点只能是大轴，漏电流流经“注入电源正极”——转子线圈——接地点——大轴——碳刷1、2¬——“注入电源负极”如图4。
图4膛内接地电流流向示意图图5膛外转子正极接地电流流向示意图
若接地点在膛外，则分为两种情况，一种为转子正极接地，此时电流流经“注入电源正极”——转子线圈——转子正极——正极接地点——大轴接地点——大轴碳刷3——大轴——碳刷1、2——“注入电源负极”如图5。若接地点在转子负极，则除漏电流不流经转子线圈外，其余同上。
经以上分析可知，当膛内发生接地故障时，漏电流流经大轴后进入保护装置，未流过大轴接地碳刷，故取放接地碳刷不会引起漏电流变化；当膛外发生转子接地故障时，漏电流流经大轴接地碳刷后进入保护装置，取放接地碳刷会导致漏电流变小。故可以通过取放大轴接地碳刷来判断转子接地故障点是在发电机膛内还是膛外。
6月26日6：16，#5发变组保护A屏“转子一点接地”报警持续发信，为判断膛内有无接地故障，通过拔插接地碳刷3，发现拔插碳刷前后转子漏电流无变化，监测到的转子对地电阻Rg仍在0~10KΩ之间跳跃，故判断膛内发生了动态接地故障。
4.转子接地程度与发电机工况相关性分析
由于发电机转子接地发生在膛内，且非永久性金属接地，加之机组将于9月初大修，确定故障等到大修时处理，为有效控制故障状态，应先找出抑制转子接地程度的方法，即明确转子接地程度与发电机工况的相关性。
6月9日现场处理报警消失后，至22日之间，均无报警，而6月23日至25日报警频繁发信并复归，6月26日报警持续发信，比较在此期间发电机工况情况，发现6月9日至6月22日期间，发电机无功负荷较低，图6为8日至22日无功曲线图，由图可见，20日之前每日无功尖峰在60MVAR，最高的21日为85MVAR。
图68日至22日无功曲线图
23日发电机无功首次超过100MVar，开始出现转子一点接地间歇发信。且23—26号无功最大值均超过100MVAR，见图7。
图723日至26日无功曲线图
6月23日至26日#5发电机转子一点接地发信时，发电机无功均在上升阶段，并接近当日峰值，而接地报警消失时，发电机无功较发信时已明显回落。接地发信情况与发电机无功负荷变化趋势较契合，疑似两者存在一定的相关性，具体数据见表1。
表16月23日至26日发电机无功与接地报警数据表
将发电机机端电压、无功、励磁电流、励磁电压等数据放入曲线，能够更加直观的反映发电机无功或励磁电流变化与接地发信之间的相关性规律，即发电机无功或励磁电流与转子接地程度正相关，无功或励磁电流越大接地程度越深，转子对地绝缘电阻Rg越小，见图8。
图8发电机无功与一点接地发信相关性曲线
5.修前采取措施
经上述分析，目前观测#5发电机转子接地现象与发电机无功和励磁电流疑似有一定相关性。为确保发电机安全运行，正常方式下#5发电机投入AVC运行，要求无功限制在10-30MVar之间、励磁电流限制在1400A以下运行。并采取如下措施：
5.1在#5机DCS上增加发电机无功和励磁电流越限（红色闪光）报警，无功越限定值为30MVar，励磁电流越限定值为1400A，以提醒运行人员注意。若运行中发现无功或励磁电流越限，立即退出AVC，手动减励，调节无功或励磁电流至限制以下再投入AVC。
5.2按正常运行方式控制好发电机内冷水及氢气温度，加强监视发电机冷氢温度，发现温度超过40℃，调节定冷水进水温度以降低机内冷氢温度。
5.3在#5发电机滑环处安装临时滑环通风机，降低滑环温度。每日对滑环表面进行红外测温，如温度超过110℃，立即处理并手动减磁。
5.4一旦运行中#5发电机转子一点接地发信，应立即退出AVC，将发电机无功降至20MVar、励磁电流控制值1200A以下，同时注意发电机机端电压、厂用电电压不宜越限，无功不宜进相，并通知技术人员作进一步检查。
5.5做好转子间歇性一点接地原因查找及后续跟踪分析工作，一旦发现转子一点接地情况进一步恶化，则立即采取措施，直至停机检修。
5.6做好停机检修时故障检查处理的准备工作，并落实好检修备品。
6.结语
发电机A修解体后转子返厂修理，经检查和试验后确认转子动态接地位置在正极滑环绝缘筒处。绝缘筒材质已明显劣化，在运行中因温升及碳粉的原因造成绝缘性能进一步下降，导致转子动态接地。实际故障点位置与本文判断结论一致。
发电机转子动态一点接地故障在机组运行中比较少见，停机后往往故障点随之消失，给查找故障点带来很大的困难。本文系统阐述了发电机转子动态接地处理和分析的过程及故障点查找和判断的方法，尤其是利用保护装置产生的漏电流流向进行故障点判断的方法，以及防范故障进一步扩大的措施，希望对其他电厂类似故障处理起到一定的借鉴意义。
参考文献:
1.国电南自技术部DGT801系列数字式发电机变压器组保护装置技术说明书
作者简介：刘立中（1980），男，工程师，主要从事电厂运行管理及电气设备管理相关工作。韩航杰（1980），男，工程师，主要从事电厂电气设备管理相关工作。