对三峡地下电站30 号机转子接地保护连续多次动作的行为分析

陈浩森，丁 威，李光耀

(1.三峡水力发电厂，湖北 宜昌 443133;2.溪洛渡电厂筹建处，云南 昭通 657300)

0 引言

三峡地下电站30 号机的保护装置由许继(许昌继电器厂，下同)提供。2011年10月，该机进行了深水位试验，试验期间开停机次数较多，在试验期间的停机过程中，转子一点接地保护多次动作，每次动作均为不稳定接地，保护在动作一段时间后自行返回。对此情况，工作人员对故障数据进行了总结分析并采用了交流法查找故障点，两种方法相互综合最终找出了故障磁极。处理后经长时间运行观察，故障点已经成功消除。

1 30 号机转子接地保护简介

三峡电站30 号机配置了两套转子接地保护，两套保护经过切换把手互为冷备用，其中第一套保护为WFB－823A，采用外加低频方波注入原理(如图1 所示)，第二套保护为WFB801S 内部集成的乒乓切换式保护(如图2 所示)。正常运行时投入注入式保护，两种保护的基本原理，保护设置了两段定值，20 kΩ、5 s 以及5 kΩ、5 s，均动作于报警。

图1 低频方波注入原理图

图2 乒乓切换注入式保护原理图

2 保护的动作情况

据记载，截止2011年11月9 日，30 号机进行深水位试验开停机18次，其中转子接地保护动作10次，每次都是在电气制动退出前励磁电压为190 V 左右动作的，接地电阻一般为0.6 kΩ，接地位置在距转子负极90%处，持续动作时间6～14 min 左右。保护分部进行了多次跟踪检查，现列出3次能突出反映问题的停机情况。

(1)2011年10月22 日12:38.15 机组停机。

保护动作情况说明如下。

①停机前，励磁电压为226 V，A 套转子接地电阻为655.36 kΩ，B 套转子接地电阻为250～655.36 kΩ。

②停机未投电气制动时，励磁电压为0.25 V，A套转子接地电阻为655.36 kΩ，B 套因没有励磁电压，不能测出转子接地电阻。

③投入电气制动时，励磁电压为183 V，B 套转子接地电阻最低82 kΩ，切回A 套，接地电阻Rg=655.36 kΩ。切回B 套观察，最低0.02 kΩ，约3 s后，励磁电压为0.25 V(相当于电制动退出)，B 套不能测出Rg，又切回A 套，显示0.023 kΩ、0.016 kΩ，5 s 后A 套转子接地动作，约10 min 后返回。

从上述过程判断，30F A 套、B 套转子接地保护装置正常。

(2)2011年10月26 日02:07.21 机组停机保护动作情况说明如下。

在电气制动励磁电压从192 V 以上开始下降时B 套转子接地保护动作，转子接地持续时间约10'50″，接地电阻0.632 kΩ，接地位置距负极89.7%处。

(3)2011年11月1 日21:12.54 机组停机保护动作情况说明如下。

B 套转子接地动作时刻在电气制动投入后，励磁电压为185 V，励磁电流为1 842 A，动作10.53 s后，励磁电流、励磁电压开始下降，转子接地持续时间约11'50″，接地电阻0.627 kΩ，接地位置距负极89.978%处。

(4)2011年11月6 日14:06 机组停机保护动作情况说明如下。

转子接地第一次动作时刻在电气制动投入后，励磁电压为189 V，，动作持续22.645 s 后返回，又经4.695 s 后第二次动作(励磁电压已降为0)，约14 min 后返回。接地电阻0.125 kΩ，接地位置距负极89.901%处。

(5)A 套转子接地检测故障测距统计如表1 所示。

从2011年10月11 日至2011年11月8 日的故障数据中统计分析，30F A 套转子接地能检测故障测距共有18次，其中故障点在7 号磁极和8 号磁极之间的有2次，占磁极总数的11.1%，8 号磁极和9 号磁极之间的有5次，占磁极总数的27.8%，在9 号磁极和10 号磁极之间的有6次，占磁极总数的33.3%，在10 号磁极和11 号磁极之间的有2次，占磁极总数的11.1%，在11 号磁极和12 号磁极之间的有3次，占磁极总数的16.7%。由上述统计可见2011年10月11 日至2011年11月18 日期间，30F 开停机18次，其中转子接地保护动作11次，每次都是在电气制动退出前励磁电压为190 V 左右动作的，接地电阻一般为0.6 kΩ，持续动作时间6～14 min 左右，总体来看故障定位的范围在7～12 号磁极间。

表1 30F WFB－823 A 套转子接地能检测故障测距统计表

3 保护动作原因分析

(1)为防止因为装置故障出现转子接地保护误动，对WFB－823A 装置(注入方波原理)的转子接地保护进行了现场测试。该保护主要利用方波两个半波间在采样电阻上的电压差来测量对地电阻的大小。在回路正常时，采样数据为零漂值接近为0，在回路异常时，方波电源会在采样电阻上产生压降，从而使保护动作，因此该保护可简单认为是个采样电阻上方波电压的差电压保护，最后换算成回路电阻值。简单的说测量电阻上有稳定的方波电压采样时，所测量的励磁回路也就有接地回路了。

PR1 盘A 套许继WFB－823 1.5 Hz 注入式，定值为20 kΩ、5 s;5 kΩ、5 s 均报警，当励磁电压大于10 V 时可以检测接地电阻和接地位置，励磁电压小于10 V 时只能检测接地电阻。PR2 盘B 套许继乒乓式，定值为5 kΩ、5 s 报警，当励磁电压大于50 V时可以检测接地电阻和接地位置，励磁电压小于50 V时该保护不起作用。

前6次动作时，因电气制动过程中保护动作时间较短，现场无法及时切换至第二套转子一点接地保护装置。过了一会转子接地保护再次动作时转子回路已灭磁，乒乓式原理的第二套转子接地保护已不能正常工作，而此时由于转子电压低于10 V 所以注入式转子接地保护测距功能退出，装置显示测距位置为0。装置第7次停机时，转子接地保护再次动作，根据现场提供的动作波形数据，正、负半波差压为0.46～0.48 V，装置测量转子接地电阻阻值为0。现场人员在发电机已停机转子回路电压降为零时断开注入源端子接线，在装置励磁电压正极输入端对地测量电阻为17.1 kΩ，电阻等效电路图如图3。

图3 电阻等效电路图

Rf为转子电阻非常小可等效为0，转子直接接地Rg=0，测量等效图如图4。

图4 测量等效图

此时Uf+理论对地等效电阻为30 kΩ//(30 kΩ+10 kΩ)=17.14 kΩ，理论数据与实际测量值一致。而后保护动作复归后再次测量对地电阻为无穷大，由此可判断故障点为转子附件输入端以前，而后对熔断器后至附件的联接导线进行绝缘测量，均正常。

(2)转子接地保护动作后发电分部也利用交流法查找转子接地点并定位。交流法试验原理简介:在转子正负极间施加交流电压，测量正、负极对地电压值U1、U2(如图5)。根据交流电在转子正、负极间的电压分布比例，在接地电阻Rg为稳定小电抗接地情况下可由式(1)计算得到接地点位于几号磁极附近。

图5 交流法测量转子一点接地原理图

式中，n 为接地磁极;p 为磁极对数。

(3)测试结果如图6 所示。

4 主要结论

(1)在转子接地保护动作多次动作后，保护分部与许继厂家沟通，厂家认为在励磁两端碳刷或外引线处发生接地的可能性较大，建议可以先查找如下几个方面:励磁电压外引保险接线端子、其他外引励磁电压端子查看是否松动或相邻搭接等、碳刷附近包括碳刷接地是否可靠。根据三峡电站30 号机的现场情况分析，推测故障点没有发生在厂家所建议查找的几个方面。

图6 测试结果

(2)三峡电站保护分部和发电分部采用两种方法检查定位的结果较一致，重点检查了7～12 号磁极。测得转子对地电阻确实为0，位置在第8～9 号磁极。试验过后紧急展开检修，对转子进行检查，无明显接地金属物，只是发现转子磁极很脏，对相应磁极做了清扫。

(3)从拔出8～9 磁极清扫后，到并网运行16 h后停机，转子接地未再次发生动作。

5 结语

对30 号机转子一点接地保护频繁动作进行了分析，从最终的结果来看，故障点已经查明，但从故障点的实际情况似乎无法解释保护的下列行为:即只在停机过程中动作，动作后保持一段时间之后自行返回。由此看来，该现象仍然值得继续深入分析和讨论。