浅谈转子接地原因及处理方法

薛鹏 李艳敏

摘 要：文章通过对本厂所应用的GE EX2100转子接地保护的介绍，结合电气一次系统，对可能引起转子接地的原因进行了分析，为快速定位故障原因提供参考，并针对由不同原因引起的转子接地提出相对应的处理方法。

关键词：转子接地保护；原因分析；处理方法

引言

大唐吕四港发电责任公司一期4×660MW火力发电机组的励磁系统，采用美国GE公司生产的EX2100型自并励磁系统。励磁系统交流输入电源取自发电机机端，经励磁变压器供给整流装置，经整流装置整流后直接输出至转子绕组。交流电源输入、直流电源输出均采用封闭母线。

在正常情况下，发电机励磁回路对地之间有一定的绝缘电阻与分布电容，当励磁绕组绝缘严重下降时，励磁回路有可能出现一点接地故障。励磁回路发生一点接地，由于不构成电流回路，对发电机运行没有直接影响，但励磁回路对地电压升高，在正常运行过程中转子绕组绝缘薄弱环节，或切断励磁回路线路、一次回路主断路器时，将在励磁回路中产生暂态过电压，可能出现第二个接地点，形成两点接地故障。发电机转子绕组发生两点接地后，使相当一部分绕组短路。由于电阻减小，所以另一部分绕组电流增加，破坏了发电机气隙磁场的对称性，引起发电机剧烈振动，同时无功出力降低。另外，转子电流通过转子本体，如果电流较大，可能烧坏转子和磁化汽轮机部件，以及引起局部发热，使转子缓慢变形而偏心，进一步加剧振动。因此在发生发电机转子一点接地时，必须迅速查找引起接地的原因，并尽快制定合理的处理方案，以保证发电机的安全、稳定。

1 GE EX2100转子接地保护

1.1 GE EX2100转子接地保护工作原理

GE EX2100励磁系统的转子接地保护由励磁接地监测板（EGDM），信号衰减及采样板（EXAM）组成。控制器M1、M2、C分别独立的接地检测板（EGDM M1、M2、C）组成冗余的励磁接地检测模块。由当前主控制器对应的EGDM M1或M2（由控制器C决定）产生一个±50VDC，0.2Hz的方波电源，经信号衰减及采样模块叠加在发电机转子绕组正负端与地之间，当励磁变低压侧至发电机转子绕组间任一点发生接地时，电流通路即构成，经过采样电阻，主控制器即可测得该回路一点接地，而该回路的绝缘电阻亦可根据流经采样电阻的泄露电流计算而得，EGDM M1、M2、C都对该泄露电流进行实时采样并送至各自控制器，计算结果与设定值比较后输出报警或跳闸信号，并经三取二后出口。该保护灵敏，可靠。

1.2 双端注入式转子绕组接地保护原理

图1中，Ufd为转子电压，Us为注入方波电源电压，Ry为注入大功率耦合阻抗，Rm为注入回路测量电阻，im为转子绕组接地故障泄漏电流，？琢为以百分比表示的转子绕组故障接地位置（负端为0%，正端为100%），Rg为转子绕组接地过渡电阻。

注入式转子绕组接地保护方波电源有正负半波两种状态，对应测量电流为im1、im2，对应方波电压为Us1、Us2。为方便分析，可假定方波电源两种状态下转子电压不变。根据等效电路，可推导出转子绕组接地故障过渡电阻Rg和接地位置？琢，其计算式为

2 转子接地的原因分析

2.1 工作人员在励磁回路上工作，因不慎误碰、误接线或其他原因造成转子接地。

2.2 转子滑环绝缘损坏、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。

2.3 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。

2.4 鼠类等小动物窜入不是全部封闭的励磁回路，引起转子接地。

2.5 定子进出水之路绝缘引水管破裂漏水引起转子接地。

2.6 直流封闭母线内湿度过大引起。本厂励磁直流输出采用封闭母线，经过三个转弯引至转子绕组的滑环刷架处。该封闭母线在主厂房6.4M有一进风口，整个封闭母线与外界非隔绝关系。经过长期观察运行，空气中湿度较大时对励磁系统的转子接地绝缘影响较大，使接地阻值从兆欧级下降至千欧级；机组停机检修时，每次机组启动前均需对励磁直流封母进行烘干、加热，转子绝缘才能满足起机要求。机组在低负荷运行时，若空气中的湿度较大，励磁直流母线运行发热不能与进入封母的潮气进行平衡，尤其是在封母转弯处更容易聚集潮气，且不容易散发，潮气作用在封母内母排支撑架上引起绝缘下降。

2.7 转子滑环刷架污染、堆积碳粉严重，引起接地。

转子回路一点接地时，因一点接地形不成电流回路，故障点无电流通过，励磁系统仍保持正常状态，不影响机组的正常运行。看转子接地信号能否复归，若能复归则为瞬时接地，若不能复归，则用万用表测量转子正负极对地电压，如发现某极对地电压降为零，另一极对地电压升至全电压，说明确实发生了一点接地。

3 转子接地的处理方法

3.1 检查励磁回路是否有人工作，如系工作人员引起，应予纠正。

3.2 检查励磁回路各部位有无明显损伤或因脏污接地，若因脏污接地应进行吹扫。

3.3 对有关回路进行详细外部检查，必要时轮流停用整流柜，以判明是否由于整流柜直流回路接地引起。

3.4 做好与励磁回路有关的各房间进出门的管理。进入、离开房间后及时将门关闭，检查防小动物挡板是否良好，避免小动物误入励磁回路。

3.5 对于转子绝缘受湿度影响较大的励磁回路，可以考虑在励磁封母入风口采取措施去除进入封母内空气的潮气，保持封母内空气的干燥，提高转子回路对地绝缘。

3.6 若转子接地为一點稳定金属性接地，且无法查明故障点，除加强监视机组运行外，在取得调度同意后，申请尽快停机处理。

3.7 转子一点接地运行，若机组又发生欠励磁或失步，一般可认为转子接地已发展为两点接地，这时应立即人为停机。当转子发生两点接地时，转子电流表指示剧增，转子和定子电压指示降低，无功功率指示明显降低，功率因数提高甚至进相，机组振动变大。严重时，可能发生发电机失步或失磁保护动作跳闸。

参考文献

[1]国家电力调度通信中心，电力系统继电保护实用技术问答（第二版），北京：中国电力出版社，2009.

[2]高春如，大型发电机组继电保护整定计算与运行技术（第二版），北京：中国电力出版社，2010.