三峡右岸电站对发电机转子一点接地保护的运用研究

刘先科 李小文 曾 鹏

（1.三峡电厂，湖北 宜昌443133；2.葛洲坝电厂，湖北 宜昌443000）

0 引言

发电机转子回路故障一般有3个类型，即转子匝间故障、转子回路一点接地故障、转子回路两点接地故障。轻微的匝间短路不会影响机组正常运行，但如果故障继续发展，将会使转子电流增加，绕组温度升高，甚至导致接地故障发生。出现转子回路一点接地故障时，不会形成闭合通路，不会造成直接危害，但再发生转子回路两点接地故障，将会出现很大的故障电流，烧伤转子本体，导致励磁气隙失衡、转子磁化、轴系损伤等严重后果。因此，配备合适有效的转子一点接地保护对发电机的安全稳定运行有重要意义。

1 转子一点接地保护的基本原理

发电机转子一点接地保护一般有注入式和乒乓式两种原理。注入式转子一点接地保护通过在转子绕组两端或一端注入方波信号电源，来区分正常运行和接地故障。乒乓式转子一点接地保护在发电机运行时轮流测量转子绕组正极、负极的对地电流，并根据测得的结果计算出转子绕组或励磁回路的对地电阻，从而判断出接地故障的位置及接地电阻的量值。图1为两种转子一点接地保护原理图。

图1（a）为注入式转子一点接地保护原理，保护通过在转子绕组两端注入方波信号电源来判断故障；图1（b）为乒乓式转子一点接地保护原理，保护通过切换乒乓回路来计算接地故障位置。

2 三峡右岸电站转子一点接地保护配置

三峡右岸电站装有18台额定容量777.8 MVA的水轮发电机组，均配置了双套发电机转子一点接地保护，一般以注入式保护为主用、乒乓式保护做备用。根据设备投产时间先后，转子一点接地保护配置方案有3种：能事达变极性叠加直流LDP2094＋许继 WFB－801型乒乓式，共配置12台机组；南瑞RCS－985型，内置注入式＋乒乓式各一套，共用于两台机组；许继WFB－823 A型，内置注入式＋乒乓式各一套，共用于4台机组。

能事达转子一点接地保护是右岸电站主用转子接地保护，多年运用中发现该型保护装置本身故障率较高，加上型号老化、备件缺乏，部分机组已换型为南瑞RCS－985型保护，其余也将逐步改造。

许继公司WFB－801／S型乒乓式转子一点接地保护是右岸电站备用转子接地保护，该型保护运行多年来故障率低、性能稳定，但型号老化、维护不易。

南瑞RCS－985型和许继WFB－823 A型转子接地保护均内置注入式和乒乓式保护各一套，在右岸电站运用时间较短，但装置性能优越，有较好的运用前景。

3 三峡右岸电站发电机转子接地保护的运用经验

三峡右岸电站发电机转子外径尺寸超过18 m，由转子支架、磁轭和磁极等组成，结构复杂，组成元件多，在风洞内封闭运行，转子内部的故障和缺陷很难通过一般途径发现。

右岸电站多年来转子一点接地保护动作原因统计如下：滑环碳粉污染，7次；转子回路短路或接地故障，14次；转子回路受潮，两次；非稳定性接地，5次；装置误动，两次。

从统计经验可知，转子内部短路或接地故障导致转子一点接地保护动作的可能性最高。结合转子接地动作信号在事故分析处理、设备缺陷排查等方面均可起到重要作用，右岸电站就曾通过转子一点接地保护信号发现某机组转子磁极紧固件缺陷。

3.1 事例1：转子一点接地保护帮助事故分析处理

三峡右岸电站某机组运行中发电机横差保护动作跳闸。该故障表面上看是定子回路故障，但故障发生后测量定子绝缘合格、转子绝缘为0，考虑到事故时有转子接地保护动作信号，遂深入检查发电机转子。结果发现磁极固定块与磁轭之间有数处电弧放电迹象，将放电磁极固定块拆除后发现，固定拉杆绝缘垫块处存在较多铁屑和粉尘，且拉杆尾端与磁轭的距离较近，分析判断累积的杂质轻微放电是起因，多处拉杆尾端与磁轭距离过近放电拉弧是主要原因。

研究发现，该型发电机相邻磁极由极间支撑分开，支撑件通过鸽尾形固定块和两根金属螺杆固定磁极软连接接头，鸽尾形固定块与阻尼环软连接间安装拉杆。分析认为这种结构存在设计缺陷，即拉杆在固定块的绝缘垫块处属凹陷死角，易积累铁屑、粉尘等杂质，造成绝缘降低，且拉杆尾端与磁轭距离较近，安装后无法观测间距，对绝缘情况无法监测。鉴于此，右岸电站放大了这些部件的安装间距，清扫了凹陷死角，消除了设计缺陷。

3.2 事例2：转子一点接地保护帮助发现转子内部结构缺陷

三峡右岸电站某机型机组多次出现转子一点接地动作，检查时均发现转子磁极间有不明来源金属丝，后拆开机组上下挡风板检查，发现磁极阻尼绕组软连接存在大范围断股及撕裂现象，而部分未损伤软连接片也有很严重的变形现象。

发电机每两个磁极间有两组软连接，分别安装在上下阻尼环伸出磁极的铜板处，整个阻尼环呈鼠笼状结构。每组软连接由两个软连接片组成，每组软连接安装后形状为一组上下“Ω”型对扣。每个软连接片由4层或5层单片组成，单片由镀银铜丝编制而成，形成软辫子，端部通过铜板压接，铜板表面镀银。

分析发现铜辫子结构松散，无安装余量，连接铜板有向磁极中部拉伸现象。软连接损伤和连接铜板变形，说明阻尼环软连接处受到了强大的电动力作用，该力首先将软连接向磁极中心拉，软连接无法变形后再作用于连接铜板，最后导致软连接磨损甚至断裂，产生大量铜丝及粉末，形成桥接，造成发电机短路、接地。

有鉴于此，右岸电站对阻尼环绕组软连接进行了改造，取消铜辫子式连接，更换成铜片式软连接，并保留足够安装余量。

3.3 事例3：转子一点接地保护帮助发现发电机辅助设备结构缺陷

三峡右岸电站某机型机组转子接地保护动作频率比其他机型高，打开盖板检查发电机内部，发现该型机组转子内部积累油污较多，油污沾染大量灰尘、金属屑等，导致接地频发，而油污来源于机组推导油槽产生的油雾。分析该机型推导油雾吸收结构有固有缺陷，导致油雾过多、吸收效率低下，污染发电机。

为彻底解决该问题，右岸电站拆除原有的推导油雾吸收装置，包括油雾吸收装置本体及管路、回油箱及其相关管路等，更换了一整套复合油档及油雾净化机，改善发电机的洁净度。

4 结语

在电力行业当前的发展趋势下，特大容量机组已在中国普遍投用，转子接地保护对机组的安全稳定运行有着重要的作用，三峡右岸电站拥有大量700 MW的巨型水轮发电机组，在转子接地保护的运用方面积累了丰富的经验，对行业内同仁有着较大的借鉴意义。

［1］王维俭.电气主设备继电保护原理与应用［M］.北京：中国电力出版社，1996.

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