淺談轉子接地原因及處理方法

薛鵬 李艷敏

摘 要：文章通過對本廠所應用的GE EX2100轉子接地保護的介紹，結合電氣一次系統，對可能引起轉子接地的原因進行了分析，為快速定位故障原因提供參考，并針對由不同原因引起的轉子接地提出相對應的處理方法。

關鍵詞：轉子接地保護；原因分析；處理方法

引言

大唐呂四港發電責任公司一期4×660MW火力發電機組的勵磁系統，采用美國GE公司生產的EX2100型自并勵磁系統。勵磁系統交流輸入電源取自發電機機端，經勵磁變壓器供給整流裝置，經整流裝置整流后直接輸出至轉子繞組。交流電源輸入、直流電源輸出均采用封閉母線。

在正常情況下，發電機勵磁回路對地之間有一定的絕緣電阻與分布電容，當勵磁繞組絕緣嚴重下降時，勵磁回路有可能出現一點接地故障。勵磁回路發生一點接地，由于不構成電流回路，對發電機運行沒有直接影響，但勵磁回路對地電壓升高，在正常運行過程中轉子繞組絕緣薄弱環節，或切斷勵磁回路線路、一次回路主斷路器時，將在勵磁回路中產生暫態過電壓，可能出現第二個接地點，形成兩點接地故障。發電機轉子繞組發生兩點接地后，使相當一部分繞組短路。由于電阻減小，所以另一部分繞組電流增加，破壞了發電機氣隙磁場的對稱性，引起發電機劇烈振動，同時無功出力降低。另外，轉子電流通過轉子本體，如果電流較大，可能燒壞轉子和磁化汽輪機部件，以及引起局部發熱，使轉子緩慢變形而偏心，進一步加劇振動。因此在發生發電機轉子一點接地時，必須迅速查找引起接地的原因，并盡快制定合理的處理方案，以保證發電機的安全、穩定。

1 GE EX2100轉子接地保護

1.1 GE EX2100轉子接地保護工作原理

GE EX2100勵磁系統的轉子接地保護由勵磁接地監測板（EGDM），信號衰減及采樣板（EXAM）組成。控制器M1、M2、C分別獨立的接地檢測板（EGDM M1、M2、C）組成冗余的勵磁接地檢測模塊。由當前主控制器對應的EGDM M1或M2（由控制器C決定）產生一個±50VDC，0.2Hz的方波電源，經信號衰減及采樣模塊疊加在發電機轉子繞組正負端與地之間，當勵磁變低壓側至發電機轉子繞組間任一點發生接地時，電流通路即構成，經過采樣電阻，主控制器即可測得該回路一點接地，而該回路的絕緣電阻亦可根據流經采樣電阻的泄露電流計算而得，EGDM M1、M2、C都對該泄露電流進行實時采樣并送至各自控制器，計算結果與設定值比較后輸出報警或跳閘信號，并經三取二后出口。該保護靈敏，可靠。

1.2 雙端注入式轉子繞組接地保護原理

圖1中，Ufd為轉子電壓，Us為注入方波電源電壓，Ry為注入大功率耦合阻抗，Rm為注入回路測量電阻，im為轉子繞組接地故障泄漏電流，？琢為以百分比表示的轉子繞組故障接地位置（負端為0%，正端為100%），Rg為轉子繞組接地過渡電阻。

注入式轉子繞組接地保護方波電源有正負半波兩種狀態，對應測量電流為im1、im2，對應方波電壓為Us1、Us2。為方便分析，可假定方波電源兩種狀態下轉子電壓不變。根據等效電路，可推導出轉子繞組接地故障過渡電阻Rg和接地位置？琢，其計算式為

2 轉子接地的原因分析

2.1 工作人員在勵磁回路上工作，因不慎誤碰、誤接線或其他原因造成轉子接地。

2.2 轉子滑環絕緣損壞、轉子槽口絕緣損壞、轉子槽絕緣和端部絕緣損壞、轉子引線絕緣損壞等引起接地。

2.3 長期運行絕緣老化、因雜物或振動使轉子部分匝間絕緣墊片位移，將轉子通風孔局部堵塞，使轉子繞組絕緣局部過熱老化引起轉子接地。

2.4 鼠類等小動物竄入不是全部封閉的勵磁回路，引起轉子接地。

2.5 定子進出水之路絕緣引水管破裂漏水引起轉子接地。

2.6 直流封閉母線內濕度過大引起。本廠勵磁直流輸出采用封閉母線，經過三個轉彎引至轉子繞組的滑環刷架處。該封閉母線在主廠房6.4M有一進風口，整個封閉母線與外界非隔絕關系。經過長期觀察運行，空氣中濕度較大時對勵磁系統的轉子接地絕緣影響較大，使接地阻值從兆歐級下降至千歐級；機組停機檢修時，每次機組啟動前均需對勵磁直流封母進行烘干、加熱，轉子絕緣才能滿足起機要求。機組在低負荷運行時，若空氣中的濕度較大，勵磁直流母線運行發熱不能與進入封母的潮氣進行平衡，尤其是在封母轉彎處更容易聚集潮氣，且不容易散發，潮氣作用在封母內母排支撐架上引起絕緣下降。

2.7 轉子滑環刷架污染、堆積碳粉嚴重，引起接地。

轉子回路一點接地時，因一點接地形不成電流回路，故障點無電流通過，勵磁系統仍保持正常狀態，不影響機組的正常運行。看轉子接地信號能否復歸，若能復歸則為瞬時接地，若不能復歸，則用萬用表測量轉子正負極對地電壓，如發現某極對地電壓降為零，另一極對地電壓升至全電壓，說明確實發生了一點接地。

3 轉子接地的處理方法

3.1 檢查勵磁回路是否有人工作，如系工作人員引起，應予糾正。

3.2 檢查勵磁回路各部位有無明顯損傷或因臟污接地，若因臟污接地應進行吹掃。

3.3 對有關回路進行詳細外部檢查，必要時輪流停用整流柜，以判明是否由于整流柜直流回路接地引起。

3.4 做好與勵磁回路有關的各房間進出門的管理。進入、離開房間后及時將門關閉，檢查防小動物擋板是否良好，避免小動物誤入勵磁回路。

3.5 對于轉子絕緣受濕度影響較大的勵磁回路，可以考慮在勵磁封母入風口采取措施去除進入封母內空氣的潮氣，保持封母內空氣的干燥，提高轉子回路對地絕緣。

3.6 若轉子接地為一點穩定金屬性接地，且無法查明故障點，除加強監視機組運行外，在取得調度同意后，申請盡快停機處理。

3.7 轉子一點接地運行，若機組又發生欠勵磁或失步，一般可認為轉子接地已發展為兩點接地，這時應立即人為停機。當轉子發生兩點接地時，轉子電流表指示劇增，轉子和定子電壓指示降低，無功功率指示明顯降低，功率因數提高甚至進相，機組振動變大。嚴重時，可能發生發電機失步或失磁保護動作跳閘。

參考文獻

[1]國家電力調度通信中心，電力系統繼電保護實用技術問答（第二版），北京：中國電力出版社，2009.

[2]高春如，大型發電機組繼電保護整定計算與運行技術（第二版），北京：中國電力出版社，2010.