转子误发接地信号分析

1、邹县发电厂600MW机组转子接地保护误发信号原因分析宋吉虎闫修峰（华电国际邹县发电厂运行部）摘要：本文结合邹县发电厂两台600MW发电机组采用的机端自并励静态励磁系统的实际运行情况，介绍了发电机转子接地保护的构成、特点。并针对#5、#6发电机出现的转子接地保护误发信号现象，进行了分析，提出了解决办法和防范措施。关键词：600MW发电机转子接地保护原因分析解决办法1邹县发电厂#5、#6发电机组及励磁系统概述邹县发电厂#5、#6发电机是由日本日立公司（HITACH）和中国东方电气集团公司（DEC）联合设计、联合制造的，额定出力600MW。该发电机的主要特点：全封闭，循环通风，强制润滑，隐极式同步发

2、电机；冷却方式：定子绕组采用水内冷方式，转子绕组和定子铁芯采用氢内冷方式；励磁方式：机端自并励静态可控硅整流励磁方式。该发电机的技术规范见表一。表一发电机技术规范 型式全封闭、自通风、强制润滑、水/氢氢冷却、圆筒形转子、同步交流发电机容量728，000kVA端电压22kV±5%额定电流19105A功率因数0.90滞后短路比不小于0.5效率98.8%(在600MW、 0.9滞后功率因数时)额定氢压414kPa极数2相数3转速3000r/min频率50HZ冷却方式定子绕组：直接水冷；定、转子铁芯及转子绕组：直接氢冷绝缘等级定子绕组：F级；转子绕组：B级不平衡负载能力8% (持续)定子冷却

3、水进水温度46定子冷却水出水温度85冷却后氢气温度46冷却器进水温度对于氢冷器及定子水冷器均为最高33定子绕组温度极限120转子绕组温度极限115定子铁芯温度极限120集电环温度极限120氢气纯度98%氢气消耗量19m3/天氢冷器容量停用一只氢冷器时, 发电机能在至少80%额定工况下运行而不过热定子外壳类型双层外壳转子额定电压500V转子额定电流4852A转子空载电压183V转子空载电流1781A励磁方式全静止可控硅机端自并励发电机噪音水平离发电机外壳1米处90dB (绝对)制造日本日立工场、东方电气集团公司发电机转子是由一根整体合金钢锻件加工而成，在转子本体上径向地开有许多纵向槽用于安装转子

4、绕组, 转子绕组在槽内由铝合金和钢槽楔紧固以抵御离心力。这种磁性和非磁性两种槽楔的应用能够保证合理的磁通分布。为提高发电机承受不平衡负荷（负序电流和异步运行）的能力，转子上设有阻尼绕组。转子绕组由高强度含银铜线制成，具有较高的抗蠕变能力，从而提高了发电机承担调峰负荷的能力。为防止由于离心力的作用，对转子绕组产生的破坏，采用高强度、非磁性合金钢锻件加工而成的护环，热套在转子本体两端。转子电流通过集电环传到转子绕组，集电环与转子绕组的连接是通过转子中心孔中的绝缘铜棒来实现的。集电环是一对带沟槽的钢环，经绝缘后热套在转子轴上的。#5、#6采用机端自并励静态励磁方式。整套系统由四部分组成：励磁变压器-

5、T01，可控硅功率柜-EG，调节柜-ER，启励及灭磁设备-EE。该系统中除了励磁变压器为日立公司产品外，其余均为ABB公司生产。励磁变压器并接在发电机机端，除提供励磁电源外，还在发电机机端和转子绕组之间起着隔离作用。#5、6发电机励磁原理接线图见图1：图1#5、#6发电机励磁原理图#6发电机组励磁系统原理接线图：图22邹县发电厂#5、#6发电机转子接地保护组成及主要特点（一）#5、#6发电机转子接地保护组成（见图3）、工作原理#5、#6发电机采用注入方波式转子接地保护，方波电压U经耦合电容C和电阻R2加到励磁回路。图3注入波幅为50V左右、频率为12.5Hz的方波电压，通过测量转子回路对地电阻

6、来判断转子绕组接地故障。图4是注入方波式转子接地保护的原理图:图4图中Cy表示发电机转子对大轴电容，Ry表示发电机转子对大轴电阻。转子接地保护接线的等效电路图（见图5）: Ur=R2*i，其中若R2、U、Cy等参数保持不变，只改变对地电阻Ry，随着Ry的降低，电压Ur将随之上升，其化情况见下表：不同Ry下Ur变化情况Ry（k）Cy（F）R2（k）T/2强迫分量Ur（V）30001.285310000.0012795730.040.01670.016661801.285310000.0012641980.040.61730.61728451.285310000.0010666670.048.33

7、338.3333330.51.285310000.0004266670.0433.33333.33333由于自由分量值很小，近似为零，所以不予以考虑。当转子绕组发生一点接地时，Ry大幅降低，故Ur很大。经微机保护装置内部换算后，即可判断出转子绝缘降低程度。当Ur大于保护装置整定值时，保护动作发信号或动作跳闸。转子绝缘降到5k时报警，报警延时0.5s。转子绝缘降到500时跳闸，跳闸延时3.0s。在不同Ry值时Ur变化情况如图5： 图5（二） 注入式发电机转子接地保护的特点1）高压系统（主变高压侧）发生接地故障或其它干扰（如铁磁谐振），保护能可靠地不误动。2）在发电机的所有状态（静止状态、启停机过

8、程及各种负荷状态），保护均能保持工作，即所有状态均有定子接地保护在工作。3）选择1/4工频作为信号电源的频率，一方面可以得到频率较低的外加信号源，而且比较容易制造，另一方面使保护装置在测量积分过程中，清除了12.5Hz所有的倍频（包括50Hz工频）干扰信号的影响。50Hz工频被分为四个周期，前两个周期用来测量，后两个周期用于检测。只有两个工频下均重复出现转子绝缘降低，才确认发电机发生了单相接地故障。由此看出，这种保护动作判据是十分严谨的，系统的干扰是不可能使它误动的，因此可靠性很高。3邹县发电厂#5、#6发电机转子接地保护误发信号原因分析及防范措施（一）事故异常汇总1）1999年11月4日#5

9、发电机转子接地信号频发，初步分析原因为#5发电机转子接地保护电缆屏蔽不良。2）2000年7月 #5发电机转子接地信号频发。初步分析原因为#5发电机转子接地保护回路存在外部干扰现象，可能为#5发电机大轴接地铜刷辫接触不良引起。3）2000年8月15日, #6发电机转子接地信号发出。初步分析原因为#6发电机转子接地保护回路存在外部干扰现象，可能为#6发电机大轴接地铜刷辫接触不良引起。4) 2004年3月8日16：27，“#6发电机转子接地”报警发出，就地检查#6发电机励磁系统正常。初步分析原因系统周波突变引起机组运行工况变化，使大轴与接地铜刷辫接触不良，造成转子接地报警信号发出。5) 2004年9

10、月28日8：18，“#5发电机转子接地”报警发出，就地检查#5发电机励磁系统正常。初步分析原因为#5发电机转子接地铜刷辫脏污，使大轴与接地铜刷辫接触不良，造成转子接地报警信号发出。6) 2004年12月17日9:03，#5机组有功600MW、无功194Mvar，励磁电压339V，励磁电流4052A，#5发电机参数无变化，#5发电机转子接地报警发出，就地检查励磁系统无异常。初步分析原因为#5发电机转子接地铜刷辫脏污，使大轴与接地铜刷辫接触不良，造成转子接地报警信号发出。（二）原因分析对#5、#6发电机几次发电机转子接地报警进行总结分析原因如下：1) 发电机转子接地保护电缆屏蔽不良，致使外部回路干

11、扰影响发电机接地保护装置误动作。2) 由于发电机大轴接地采用接地铜刷辫，无固定压力，导致发电机大轴与接地铜刷辫接触电阻增大。3) 发电机密封瓦密封不严，长期运行中密封油在发电机大轴处积累；由于#5、#6发电机大轴接地铜刷辫处地面处于敞开式，零米冷空气对流经过发电机大轴，造成空气中尘埃积累，导致发电机大轴与铜刷辫之间电阻增大或不导通。发电机大轴脏污后发电机与铜刷辫不导通，此时发电机大轴产生轴电压，但是此时转子接地保护测量电阻中无电流通过，所测电压为零，保护不会误动作。如图6：图6如果此时接地铜刷辫与发电机大轴瞬时导通，将对地放电，此时将在转子接地保护回路中产生电流i，在转子接地保护测量用电阻R2

12、中产生电压：Ur=i*R2，此时转子接地保护将动作信号或跳闸。（三）防范措施针对我厂#5、#6机组运行实际情况采取了以下防范措施： 1) 将发电机转子接地保护所用电缆全部更换为屏蔽电缆，并将屏蔽层可靠接地。2) 由于发电机大轴容易脏污，加强发电机密封瓦的维护工作；加强发电机大轴的检查，发现脏污情况及时清理；定期清理发电机大轴。3) 2005年2月份将#5、#6发电机大轴接地铜刷辫更换为接地碳刷，由于有弹簧的均衡压力，使大轴与碳刷接触均匀，接触电阻大大减少。4) 进行发电机大轴碳刷更换或是清理发电机大轴脏污时必须停用转子接地保护。防止大轴对地放电时转子接地保护误动作。4 结束语大型机组若发生两点接地由于励磁功率大，不平衡磁力也可能产生巨大的振动力，由此可能造成整个机组的破坏。所以发电机转子一点接地就动作跳闸，国内多个电厂都曾出现因转子大轴接地铜刷辫接触不良造成机组跳闸的情况，建议采取以下措施，防止转子接地保护误动作：（一）当机组出现异常情况时及时组织人员分析原因，尽早解决存在问题，保证机组安全运行。（二）目前大型机组发变组保护普遍采用微机保护，为了防止微机