隔河岩电厂3号发电机转子一点接地案例分析

胡昌雄，李 冬

(清江隔河岩水力发电厂，湖北 长阳 443503)

发电机转子在运行过程中，有时会发生转子绕组对地短路的现象，俗称转子接地[1]。清江隔河岩水力发电厂3号发电机配置了安德里茨水电研发的转子一点接地保护，该保护共设有两段，经一定延时后报信号，未设跳闸。该保护与转子直接相接，用于监视转子回路的绝缘水平，监视范围不仅包括转子回路，还包括与转子回路相连的励磁系统。转子绕组一点接地故障本身并不会对发电机造成严重危害，如果不及时处理再发展为转子两点接地故障，将会严重威胁发电机的安全。

1 保护原理

3号发电机配置的是安德里茨公司水电生产的DRS数字式保护系统，该保护装置安装了一个UAKB模块，通过该模块，一个约50 V的低频电压加于转子回路来检测转子绝缘状况，该模块的输出为一个近似直流电压量，通过2个47K电阻耦合到励磁回路来测量对地绝缘电阻，这个电压通过“特殊模拟量输入”进入处理单元VE进行处理，如图1。为实现该功能，与绝缘水平有关的该直流电压量每周波采样12次并与整定值进行比较，如果在12个连续的采样中测量电阻均小于整定值，保护发出跳闸起动信号并开始延时，延时到达时起动信号不消失则动作于跳闸。

图1 转子一点接地保护原理图

接地电阻可按下式计算：

2 事件经过

2019-02-09日13:00许，3号发电机在运行过程中监控主站频繁报3号发电机转子一点接地保护动作/复归，巡视发电机上下风洞和集电环室，无渗水等异常现象，现地检查保护装置并接入便携机查看，发现转子一点接地保护两段均多次动作，监视转子对地绝缘值发现其绝缘值多次降低到0 kΩ，决定等负荷低谷停机后再处理。

晚上10时许，3号发电机停机，转子一点接地保护不再动作。检查励磁柜内可控硅下端阴极阳极，与设备外壳间隙合格，无接地可能；在励磁柜阴极和阳极上测量转子回路对地绝缘，绝缘值合格；对转子UAKB测量模块、相关测量回路进行了检查，无异常。从保护原理上来看，无论发电机在任何状态，UAKB模块是一直监视转子对地绝缘的，停机状态下转子一点接地保护不再动作，可基本排除是UAKB模块及其测量回路的问题。

开机至第六步空转30 min，转子一点接地保护未动作，监视转子对地绝缘值一直大于100 kΩ；开机第七步起励建压、转子一点接地保护又出现频繁动作/复归的情况，监视转子对地绝缘值多次下降到0 kΩ；可以看出转子对地绝缘值降低与起励建压有关，可能给转子加压后破坏了转子薄弱部分的绝缘。之后对转子中心体及励磁引线及整个直流部分进行了检查，仔细检查了上下风洞无渗水情况发生，对集电环室进行了清扫，开机空转再起励建压，仍然是一起励建压就频繁报转子一点接地保护动作/复归，问题仍没有解决。

通过分析主站各报文的时间先后关系，注意到在投入电制动时从未报出转子一点接地保护动作。既然转子对地绝缘值降低与起励建压有关，那么投入电制动时也是给转子加了励磁电压的，可在投入电制动时从未报出转子一点接地保护动作；如果是转子因为输入了励磁电压破坏了薄弱部分的绝缘，那么应该在投入电制动时也报转子一点接地保护动作才合理；据此可推测转子回路没问题。

对整个励磁变低压侧对地测试绝缘为0 kΩ，经拆解励磁变低压侧至励磁柜可控硅上端头之间的电缆再次检查，确定是C相某根电缆对地绝缘为0 kΩ，查看该电缆发现其表皮破损搭接在电缆桥架上，如图2。经包扎处理该根电缆，开机建压至第七步，转子一点接地保护不再动作，查找出转子一点接地保护动作是励磁变低压侧C相某电缆表皮破损搭接电缆桥架导致的。

图2 表皮破损的C相某根电缆图

3 事件分析

本次转子一点接地保护动作的显著特点是：只在开机建压后才报转子绝缘降低，而且在停机投电制动时不报转子绝缘降低故障，机组停机状态下也不报转子绝缘降低故障。查找整个转子回路，从转子本体到可控硅下端头，整个直流部分都找不出问题，最终确定故障原因在励磁变低压侧，属交流部分。

3号发电机在投入电制动时属于他励方式，由外来厂用电作为励磁电源，经电制动变压器降压后，再通过电制动整流柜整流后给转子加励磁电压形成磁场，从而使定子和转子在磁场的相互作用下让发电机停止转动。3号发电机在停机投电制动时不报转子绝缘降低故障，可看出因转子被输入励磁电压导致转子本体绝缘降低的可能性不大，可说明转子本体部分存在接地的可能性不大。

3号发电机正常运行时励磁方式为自并励静止励磁方式，励磁功率取自励磁变低压侧，经可控硅整流后输入到发电机转子上用以形成磁场。励磁变高压侧为星形接法，与发电机机端相连，励磁变低压侧为三角形接法，与励磁柜可控硅上端相连，如图3。

从转子一点接地保护接线图上来看：

1)3号发电机在励自并励建压时，可控硅导通，转子阴阳极通过可控硅和励磁变低压侧形成直接电的联系，UAKB转子绝缘测量装置发出的近似直流电压可加到励磁变低压侧上，可测量励磁变低压侧绝缘情况，而其他情况下，可控硅关断，无法测量励磁变低压侧绝缘情况；

图3 3号发电机自并励方式下励磁系统及转子一点接地保护接线图

2)励磁变低压侧和高压侧之间无直接电的联系， UAKB转子绝缘测量装置发出的近似直流电压无法加到励磁变高压侧上，无法测量励磁变高压侧的绝缘情况。

综上所述，3号发电机转子一点接地保护的保护范围是转子本体、可控硅、励磁变低压侧及其之间的连接导体，本次转子一点接地保护的动作，正是励磁变低压侧C相某电缆表皮破损搭接电缆桥架导致的。

4 结 语

导致转子一点接地保护动作的原因很多，通常情况下，转子受潮、机械振动、励磁引线接地等直流部分接地均可造成转子一点接地故障。从事继电保护工作需要透彻理解转子一点接地保护的原理及其保护范围，整个励磁回路从励磁变低压侧一直到转子绕组都可认为是转子回路[2]。如果转子一点接地保护动作与发电机自并励建压存在关联，就应当着重检查励磁变低压侧，不能只常规检查转子及直流部分。本文介绍了一例比较特殊的转子一点接地故障处理与分析过程，其接地点在励磁变低压侧交流部分，希望本文能给继电保护工作者查找转子一点保护接地故障时提供参考。