CT故障對發電機轉子的影響分析

姚 遠 馬文欣 孫文林 李學衛 王黨開

(華能云南滇東第二發電廠，云南 曲靖 655507)

1 故障前運行方式

500kV升壓站為3/2接線方式，第一串、第二串為完整串。#5主變帶110kV I母線運行于500kV I母線，#6主變帶110kVⅡ母線運行于500kVⅡ母線。#1啟備變運行于110kVⅡ母線。

2010年500kVⅡ母線母差A相差動動作，A相動作電流值為5.271A(一次值10542 A、CT變比為2000/1)。選擇基準容量SB=1000MVA、UB=525kV，500kV側的IB1=1099.7A，22kV側的IB2=26243.96A。

系統最大運行方式的正序阻抗XS1=0.0612Ω，零序阻抗XS0=0.1376Ω，發電機的正序阻抗 XG1=0.274Ω，主變的正序阻抗 XT1=0.194Ω、零序阻抗XT0=0.14Ω。

系統的負序阻抗 XS2=0.0612Ω，1#發電機電源的負序阻抗X1g2=0.274+0.194=0.468Ω。5023開關A相CT短路后電流的標么值:

500kV系統為中性點直接接地系統，發生單相接地故障時的短路電流Ik=Ik1+Ik2+Ik0，且Ik1=Ik2=Ik0所以5023開關A相CT短路后的負序電流:

由2臺發電機提供的短路負序電流標么值:

該廠的發電機型號參數相同，因此每臺發電機提供的短路電流近似相等，所以由#1發電機提供的負序短路電流為:

1#發電機機端負序短路電流:

2 產生負序電流的原因

1)輸配電及供電系統電網結構不合理，或有大容量的單相負載，使系統三相負載不平衡，造成發電機不對稱運行，這種情況產生的負序電流可能在定子中存在時間較長。

2)系統內或發電機本身產生不對稱性短路故障，如輸電線路單相接地，兩相短路，發電機定子匝間、相間短路等產生的負序電流，存在時間較短。

3)系統發生非全相運行，如帶有單相重合閘的輸電線路，或發電機并 (解)時，出口斷路器發生非全相合 (斷)路，這時負序電流的存在時間就要由故障點消失的時間長短決定。

3 負序電流對發電機的危害

3.1 轉子表面局部過熱而發生轉子燒損事故

負序電流在定、轉子氣隙中建立一個以同步轉速旋轉，其方向與轉子轉向相反的負序旋轉磁場，相對轉子而言，負序旋轉磁場以2倍的同步轉速切割轉子，在轉子表面各部件 (如大齒、小齒、槽楔、護環等)上感應2倍工頻電流。

鐵芯中的倍頻電流因集膚效應，在鐵芯表面流通，該電流在鐵芯中的損耗使轉子鐵芯表面發熱，鐵芯溫度升高。倍頻電流在轉子繞組、阻尼繞組中流過時，引起繞組附加銅損，使轉子繞組溫度升高。轉子鐵芯中的倍頻電流鐵芯中環流時，大部分通過轉子本體，也越過許多轉子金屬部件的接觸面。因接觸面的接觸電阻大，在一些接觸面會形成局部高溫，造成轉子局部燒損事故。根據現場燒損事故分析，有如下特點:

1)大齒表面過熱變色，橫向槽兩側過熱痕跡較重，局部變色發藍。

2)護環及本體嵌裝面有過熱燒傷，局部發黑、發藍，燒熔化和放電痕跡。

3)轉子槽楔及搭接處，鄰近小齒有過熱松動現象。

3.2 負序電流導致轉子振動

3.2.1 振動原因

1)是負序磁場以2倍同步轉速切割轉子及轉子本身，磁路不對稱，故負序旋轉磁場的軸線與轉子縱軸重合時，磁阻小、磁通大，在轉子上的作用力矩大，與轉子橫軸重合時，滋阻大，磁通小，在轉子上的作用力矩小，這樣在定、轉子之間產生交變的電磁轉矩，致使轉子所受力矩也是交變的，轉子因此產生振動。

2)是轉子上的2倍工頻電流流經轉子上各部件，因其使用材料不同，各自的熱容量也不同，如護環的熱容量較小，在護環與轉子本體之間就會形成溫差，使護環失去緊力。目前，轉子護環與本體之間的緊力標準對3000 r/min轉子來說，冷態松脫轉速不低于3700 r/min，故在3000 r/min下殘余緊力值不大，護環與本體之間存在溫差就容易使護環緊力消失，失去緊力后，因徑向位移量很小，不會在軸上自由回轉，但在不平衡力作用下，護環可能一側緊貼轉子軸表面，而另一側稍離轉子軸表面，使轉子中心偏移，轉子產生振動。另外，負序電流在轉子表面局部產生高溫過熱，轉子受熱不均，發生不對稱熱變形也可能使轉子產生振動。

3.2.2 振動特點

振動的發生與發電機不對稱運行時間的長短及產生負序電流的大小有關，而且隨三相不平衡電流的增大而增大，并包含隨時間增長而加大的成分，同時也可能隨勵磁電流的增大而加大，可用改變勵磁電流大小來測量振動的變化，找出振動的原因。

4 預防負序電流的措施

1)發電機出現不對稱運行時，應是根據負序電流產生的原因，采取相應的措施，盡量降低發電機的不對稱度，來保持發電機電流、電壓的三相平衡，或及時將發電機與系統解列。如果發電機在并解列時出現非全相運行時，應控制發電機有功功率為最小，調整勵磁電流，使定子三相電流不對稱值降至最低，再斷開出口斷路器，在正常運行中出現不對稱運行時，應嚴格按現場規程規定及時進行調整。

2)根據發電機承受負序電流的能力，裝設負序電流保護或報警裝置。

3)裝設發電機出口斷路器失靈保護，確保出現非全相運行時，能將發電機及時與系統隔離。

4)提高發電機的安裝、檢修、制造工藝，進而提高發電機承受負序電流的能力。

5)提高發電機出口斷路器的安裝、檢修、制造質量，并采用斷路器三相聯動機構確保斷路器三相同時可靠動作，防止發生非全相情況。

5 結束語

以上通過對負序電流的產生、危害及采取的措施的分析，提高了對負序電流的認識，了解了負序電流對機組及電網安全穩定運行的危害，在日常運行及維護中，加強防范產生負序電流的措施，保障了機組及電網安全穩定的運行。