一起300 MW机组转子一点接地保护动作原因分析

于爱民　宋岩　韩国强

摘要：阐述了一起300 MW机组转子一点接地保护动作导致的停机事件，分析了保护误动的原因，提出了解决方法和防范措施。

关键词：发电机;转子接地故障;接地保护;对地电压

中图分类号：TM621.3

文献标识码：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.028

转子接地是发电机较常见的故障之一，大型发电机组均配置了转子接地保护。目前广泛应用的转子接地保护多采用乒乓式原理和注入式原理。本文阐述了一起300 MW机组采用了乒乓式接地保护原理的转子接地保护因接地碳刷接地不良导致的保护误动案例，分析了保护误动的原因，并从运行维护及装置设计方面提出防范措施。因接地碳刷对大轴接触不良，导致转子一点接地保護误动的案例比较多见，因接地不良导致的保护误动鲜见报道，具有一定的借鉴意义。

1 机组及保护配置情况

某300 MW机组为上海电气公司生产的QFSN-33 5-2型水氢氢发电机，其励磁系统为自并励励磁系统。该机组发变组保护A、B柜各配置一套乒乓式转子一点接地保护，励磁调节柜内置一套注入式转子接地保护装置，运行时只投入发变组保护A柜转子接地保护，其他两套转子接地保护退出。投入运行的接地保护配置两段，高定值段定值20k，动作于信号，低定值段定值2.5k，延时5s动作于跳闸。

2 故障处理及数据分析

2017-07-29，机组有功功率为248 MW，无功功率为35.6 Mvar，主汽温度540℃，主汽压力16.0 MPa，机组运行正常。2017-07-29T06：16，发电机转子接地保护动作，机组跳闸。调取发变组A柜保护装置录波文件，跳闸文件波形如图1所示，记录了从装置启动到出口跳闸5s左右的时段。从波形中抽取部分时刻的通道采样值及计算值列入表1.从波形及表1数据可以看出，跳闸前后发电机定子电流、电压、无功功率、转子电压均比较稳定无突变，转子电压与无功功率基本对应。转子正对地、负对地电压采样值成阶段性突变，利用转子正对地、转子负对地的电压采样计算转子电压的最大点为609.9 V，转子电压的直接采样仅为177.6 V，两者出现严重偏差，不能对应。转子一点接地电阻值从0.70 - 2.43k之间变化，小于跳闸值2.5k持续时间超过5s，保护出口跳闸。

外观检查发电机转子、集电环碳刷及滑环、励磁变等发电机励磁回路相关设备发现无异常，测量励磁系统正、负极母排绝缘合格，保护装置校验合格。检查发电机大轴接地碳刷与大轴接触良好，但碳刷接地线未可靠接地。发电机冲转至额定转速时，进行转子交流阻抗测试，数据合格。检查确认励磁回路一次系统无接地，暂将转子一点接地保护改投信号后机组并网。

机组并网后，在接地碳刷接地和不接地两种情况下用万用表实测大轴对地电压，并观察记录保护装置采样值，结果如表2所示。大轴不接地时大轴对地电压变化幅度很大，保护装置显示接地电阻值在5 - 300 kΩ之间波动。可靠接地后，大轴对地电压相对稳定，保护装置显示转子接地电阻为300 kΩ（装置最大量程）。

3 保护动作行为分析

乒乓式转子接地保护原理如图2所示，图中Ur为转子电压;α为一点接地位置;Rg为一点接地电阻;E为因转子大轴未接地在保护测量回路中叠加的电势;S1和S2为电子开关。

由于发电机磁通的不平衡、汽轮机低压缸内的干蒸汽与汽轮机叶片相摩擦产生静电电荷等原因[2]，转子充电产生了很高的对地电势E，如果大轴接地不可靠，此时电势将直接叠加在保护测量回路中，导致测量电流i1和i2出现偏差，装置计算接地电阻值错误，保护误动作。

4 防范措施

发电机大轴在汽轮机轴瓦处单端接地是消除大轴上静电荷，保护发电机大轴的有效措施[3]，同时也为转子一点接地保护提供了参考电位点。发电机大轴接地不良，无法释放转子大轴上感应电荷，在转子一点接地保护回路中叠加感应电势，导致保护测量出现偏差，保护误动作。

应高度重视发电机接地碳刷接地的可靠性，尤其是转子一点接地投跳闸的机组，在机组检修后、投运前应检查确认大轴接地的可靠性。在机组运行中也应定期检查接地碳刷的接地状况，防止接地碳刷接地不良导致的保护误动。

保护动作波形分析表明，转子碳刷未可靠接地，转子正对地、负对地电压采样值成阶段性突变，转子正对地、负对地的电压采样计算的转子电压值与装置实际采集的转子电压值出现严重偏差，不能一一对应。而发电机转子绕组发生一点接地时不会出现这种现象。建议保护装置生产厂家据此在保护逻辑中增设辅助判据，当转子正对地、负对地计算的转子电压值与实测转子电压值存在严重偏差时，提出预警或闭锁保护，防止由于接地不可靠或回路干扰等原因造成的保护误动。

5 结语

发电机大轴接地碳刷接地不良将导致乒乓式原理转子一点接地保护误动作。确保接地碳刷可靠接地是防止保护误动的有效措施。保护装置厂家或可根据转子正、负对地电位漂移这一现象增设报警或闭锁保护，提高保护的可靠性。

参考文献：

[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.

[2]高旭峰.汽轮发电机组轴电压产生的原因、危害及防范措施[J].电力建设，2004（10）：8-10.

[3]倪勤.汽轮发电机组的大轴接地与轴电压[J].安徽电力，2006 （2）： 33-34.