火力发电机转子一点接地事故原因分析及处理

李育强　刘永博

摘要：通过分析某发电厂火力发电机转子一点接地保护动作造成发电机停机的事件，阐述了发电机转子一点接地保护动作的原因及事故处理情况，以提高发电机运行的安全可靠性。

关键词：发电机;转子;接地保护;故障处理

1 转子一点接地原理

发电机转子在机组运行时通入直流电，通过励磁滑环与外部直流电源连接。转子绕组有相当可靠的绝缘保护，与转子本体及定子间没有电连接。发电机运行时若出现一点接地情况，说明转子绝缘破损或因某种原因造成转子绝缘降低，致使转子与其绕组之间有接触，这种情况持续时间较短，或瞬间出现后消失，此时应对发电机保护及其外观进行相应检查。若这种情况出现时间较长，应当停机检修。当转子一点接地演变为两点接地时，自控系统会发指令跳闸。

转子一点接地对发电机的安全运行起着十分重要的保护作用，一般情况下运行人员接到保护报警后，到现场进行观察，根据实际情况决定是否需要停机检修。转子两点接地用于发指令跳闸。

2 事故经过

2019年11月14日，某火力发电厂#2发电机DCS监控发现：发电机励磁电流下降，励磁电压升高，发电机无功功率降为负值，同时发电机AVR两个通道先后报故障，DCS报“AVR欠励限制”，紧接着发电机转子一点接地保护动作，发变组保护装置励磁变过流保护动作，发电机跳闸，汽轮机跳闸。检查发现保护A柜、励磁调节器、线路故障录波器、DCS有启动跳闸报警信号。

18：09：30，励磁电流由1 078 A降至780.9 A，励磁电压由160.7 V提升至270.9 V，发电机无功功率由38 Mvar下降至-15.33 Mvar;18：10：04.774，新#2機组DCS报“AVR CHI故障”（励磁调节器通道I故障）;18：10：04.802，新#2机组DCS报“AVR CHII故障”（励磁调节器通道II故障）;18：10：05，新#2机组DCS报“AVR欠励限制”;18：10：24，新#2机组发电机转子一点接地保护动作;18：10：46—18：10：50，新#2发电机励磁调节器自动强励增加转子电流，发电机转子电流由780.9 A升至1 370 A并波动;18：10：58，新#2发变组保护装置励磁变过流保护动作，发电机跳闸，汽轮机跳闸;18：10：58.775，热总六回线线路故障录波器Ia、Ib、Ic电流突变量启动。

CHⅠ通道欠励限制动作记录：测量PT的三相平均值为12.92 kV;仪表PT的三相平均值为12.94 kV;转子电流为808 A;有功功率为118.300 MW;无功功率为-13.400 Mvar。

CHⅡ通道欠励限制动作记录：测量PT的三相平均值为12.93 kV;仪表PT的三相平均值为12.95 kV;转子电流为790 A;有功功率为118.300 MW;无功功率为-13.500 Mvar。

根据调节器欠励限制参数设置曲线（图1）所示，A点（0 MW，-30.4 Mvar）、B点（168.7 MW，0 Mvar）、C点（45 MW，A），CHI、CHII通道欠励限制动作值均在动作区，动作正确。同时CHI、CHII通道欠励限制信号分别直接启动DCS“AVR CHI故障”和“AVR CHII故障”综合报警;经中间继电器后启动DCS“欠励限制”报警。

3 动作原因分析及处理

3.1    检查情况及分析

（1）现场检查情况：发电机导电螺钉根部无变色，导电螺钉上侧背帽及L型连板与滑环连接处的螺丝都有锁片。拆除发电机励磁刷架检查发现，发电机励端滑环导电螺钉处有弧光放电烧损痕迹，滑环与导电螺钉连接板已烧毁熔断。

（2）绝缘试验情况：对发电机励磁变绝缘及直流电阻进行试验，试验合格;对电机转子直流电阻及交流阻抗进行试验，转子直流电阻、交流阻抗试验数据与上次大修试验数据相比，数据差异很大，不符合预防性试验规程的要求，试验不合格;发电机励磁引线及励磁电压二次回路电缆摇测绝缘合格，励磁调节器电流、电压采样检查正常。

（3）查看发电机运行趋势，回放监控视频，放电过程持续55 s，整个过程中励磁电流、电压、发电机无功都有波动，在参数波动前导电螺钉连板与滑环接触面已经开始过热，随着过热转子整体阻抗不断增大，励磁电流减小，励磁调节器自动调节增加发电机励磁电流，维持发电机出口电压稳定。

综上，分析认为随着发电机励磁电流不断增大，连板接触面过热加剧，超过铜的熔点，导致接触面烧断，转子电流剧烈变化，强励动作，转子电流通过电弧进行导通，连板断面之间放电造成铜连板不断熔毁变短，高温电弧同时烧损导电螺钉处大轴表面。

清理发电机转子内侧导电螺钉本体后，直接从导电螺钉测试转子直流电阻、交流阻抗合格，与上次大修时试验数据比较无明显差异，判断转子绕组内部没有故障，故障点在转子内侧导电螺钉处。由于放电间距不断变长，连板放电产生的金属氧化物无法随冷却风排出，随着发电机转子高速旋转，放电弧光及金属氧化物最终导致正负极滑环短路，励磁变过流保护动作，是导致发电机组跳闸的主要原因。

3.2    事故处理及预防

（1）对发电机滑环内侧励磁线圈引出线固定螺钉、连板、滑环等附件进行更换。

（2）对发电机转子存在的设备隐患进行全面排查处理，并对转子按大修项目进行绝缘试验。

（3）测量完整的转子回路直流电阻，将测得的数据留底与出厂、交接及历次大修试验数据做对比，确保数据不超标。

（4）后期发电机大修中明确直流电阻测量部位及转子导电螺钉部件检查标准，将检修项目列为厂级验收项目，并设为质量见证点，确保检修质量。

4 转子一点接地的几种情况

4.1    转子接地报警

励磁电压波动引起的转子接地报警，出现这类情况一般有两种原因：一是转子本身问题，如绝缘降低、与地实接或者虚接;二是自并励机组在启动时，辅助起励与自并励切换时出现电压波动。

4.2    转子接地故障

停机前或静态下转子对地绝缘均正常，机组启动时电压升起来，转子一点接地就会报警，测转子回路绝缘均正常。遇到这种情况一般是阳极侧对地绝缘不好，检查励磁变出口母线是否存在与柜体或者地零排有搭接情况。

4.3    检查注意事项

发生转子一点接地告警时，问题不一定在直流转子侧，需对励磁变到转子绕组整个回路进行全面排查。交直流侧接地都会引发转子正、负对地的电压波动。处理转子接地故障时单纯的绝缘或直阻试验数据不能完全说明问题，停机前正常且静态正常时，正常启动后电压上升出现告警时，需结合动态试验及波形方法进行检查。

5 结语

保证发电机运行的安全性十分重要，一旦发电机本身出现故障而保护装置不能可靠动作时，轻则造成发电機损坏，修复难度及经济损失非常大;重则造成人员伤亡，后果不堪设想。转子一点接地保护是发电机的重要保护之一，机组正常运行时，转子回路与地之间是绝缘的。当转子回路出现绝缘降低或损坏时，可能引起转子回路接地故障。若运行中出现该类故障，应立即采取相应的处理措施消除故障，保证机组正常运行。

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收稿日期：2020-03-01

作者简介：李育强（1975—），男，甘肃武威人，技师，从事电气检修指导工作。

刘永博（1985—），男，甘肃会宁人，工程师，从事电气检修工作。