三峽右岸電站對發電機轉子一點接地保護的運用研究

劉先科 李小文 曾 鵬

（1.三峽電廠，湖北 宜昌443133；2.葛洲壩電廠，湖北 宜昌443000）

0 引言

發電機轉子回路故障一般有3個類型，即轉子匝間故障、轉子回路一點接地故障、轉子回路兩點接地故障。輕微的匝間短路不會影響機組正常運行，但如果故障繼續發展，將會使轉子電流增加，繞組溫度升高，甚至導致接地故障發生。出現轉子回路一點接地故障時，不會形成閉合通路，不會造成直接危害，但再發生轉子回路兩點接地故障，將會出現很大的故障電流，燒傷轉子本體，導致勵磁氣隙失衡、轉子磁化、軸系損傷等嚴重后果。因此，配備合適有效的轉子一點接地保護對發電機的安全穩定運行有重要意義。

1 轉子一點接地保護的基本原理

發電機轉子一點接地保護一般有注入式和乒乓式兩種原理。注入式轉子一點接地保護通過在轉子繞組兩端或一端注入方波信號電源，來區分正常運行和接地故障。乒乓式轉子一點接地保護在發電機運行時輪流測量轉子繞組正極、負極的對地電流，并根據測得的結果計算出轉子繞組或勵磁回路的對地電阻，從而判斷出接地故障的位置及接地電阻的量值。圖1為兩種轉子一點接地保護原理圖。

圖1（a）為注入式轉子一點接地保護原理，保護通過在轉子繞組兩端注入方波信號電源來判斷故障；圖1（b）為乒乓式轉子一點接地保護原理，保護通過切換乒乓回路來計算接地故障位置。

2 三峽右岸電站轉子一點接地保護配置

三峽右岸電站裝有18臺額定容量777.8 MVA的水輪發電機組，均配置了雙套發電機轉子一點接地保護，一般以注入式保護為主用、乒乓式保護做備用。根據設備投產時間先后，轉子一點接地保護配置方案有3種：能事達變極性疊加直流LDP2094＋許繼 WFB－801型乒乓式，共配置12臺機組；南瑞RCS－985型，內置注入式＋乒乓式各一套，共用于兩臺機組；許繼WFB－823 A型，內置注入式＋乒乓式各一套，共用于4臺機組。

能事達轉子一點接地保護是右岸電站主用轉子接地保護，多年運用中發現該型保護裝置本身故障率較高，加上型號老化、備件缺乏，部分機組已換型為南瑞RCS－985型保護，其余也將逐步改造。

許繼公司WFB－801／S型乒乓式轉子一點接地保護是右岸電站備用轉子接地保護，該型保護運行多年來故障率低、性能穩定，但型號老化、維護不易。

南瑞RCS－985型和許繼WFB－823 A型轉子接地保護均內置注入式和乒乓式保護各一套，在右岸電站運用時間較短，但裝置性能優越，有較好的運用前景。

3 三峽右岸電站發電機轉子接地保護的運用經驗

三峽右岸電站發電機轉子外徑尺寸超過18 m，由轉子支架、磁軛和磁極等組成，結構復雜，組成元件多，在風洞內封閉運行，轉子內部的故障和缺陷很難通過一般途徑發現。

右岸電站多年來轉子一點接地保護動作原因統計如下：滑環碳粉污染，7次；轉子回路短路或接地故障，14次；轉子回路受潮，兩次；非穩定性接地，5次；裝置誤動，兩次。

從統計經驗可知，轉子內部短路或接地故障導致轉子一點接地保護動作的可能性最高。結合轉子接地動作信號在事故分析處理、設備缺陷排查等方面均可起到重要作用，右岸電站就曾通過轉子一點接地保護信號發現某機組轉子磁極緊固件缺陷。

3.1 事例1：轉子一點接地保護幫助事故分析處理

三峽右岸電站某機組運行中發電機橫差保護動作跳閘。該故障表面上看是定子回路故障，但故障發生后測量定子絕緣合格、轉子絕緣為0，考慮到事故時有轉子接地保護動作信號，遂深入檢查發電機轉子。結果發現磁極固定塊與磁軛之間有數處電弧放電跡象，將放電磁極固定塊拆除后發現，固定拉桿絕緣墊塊處存在較多鐵屑和粉塵，且拉桿尾端與磁軛的距離較近，分析判斷累積的雜質輕微放電是起因，多處拉桿尾端與磁軛距離過近放電拉弧是主要原因。

研究發現，該型發電機相鄰磁極由極間支撐分開，支撐件通過鴿尾形固定塊和兩根金屬螺桿固定磁極軟連接接頭，鴿尾形固定塊與阻尼環軟連接間安裝拉桿。分析認為這種結構存在設計缺陷，即拉桿在固定塊的絕緣墊塊處屬凹陷死角，易積累鐵屑、粉塵等雜質，造成絕緣降低，且拉桿尾端與磁軛距離較近，安裝后無法觀測間距，對絕緣情況無法監測。鑒于此，右岸電站放大了這些部件的安裝間距，清掃了凹陷死角，消除了設計缺陷。

3.2 事例2：轉子一點接地保護幫助發現轉子內部結構缺陷

三峽右岸電站某機型機組多次出現轉子一點接地動作，檢查時均發現轉子磁極間有不明來源金屬絲，后拆開機組上下擋風板檢查，發現磁極阻尼繞組軟連接存在大范圍斷股及撕裂現象，而部分未損傷軟連接片也有很嚴重的變形現象。

發電機每兩個磁極間有兩組軟連接，分別安裝在上下阻尼環伸出磁極的銅板處，整個阻尼環呈鼠籠狀結構。每組軟連接由兩個軟連接片組成，每組軟連接安裝后形狀為一組上下“Ω”型對扣。每個軟連接片由4層或5層單片組成，單片由鍍銀銅絲編制而成，形成軟辮子，端部通過銅板壓接，銅板表面鍍銀。

分析發現銅辮子結構松散，無安裝余量，連接銅板有向磁極中部拉伸現象。軟連接損傷和連接銅板變形，說明阻尼環軟連接處受到了強大的電動力作用，該力首先將軟連接向磁極中心拉，軟連接無法變形后再作用于連接銅板，最后導致軟連接磨損甚至斷裂，產生大量銅絲及粉末，形成橋接，造成發電機短路、接地。

有鑒于此，右岸電站對阻尼環繞組軟連接進行了改造，取消銅辮子式連接，更換成銅片式軟連接，并保留足夠安裝余量。

3.3 事例3：轉子一點接地保護幫助發現發電機輔助設備結構缺陷

三峽右岸電站某機型機組轉子接地保護動作頻率比其他機型高，打開蓋板檢查發電機內部，發現該型機組轉子內部積累油污較多，油污沾染大量灰塵、金屬屑等，導致接地頻發，而油污來源于機組推導油槽產生的油霧。分析該機型推導油霧吸收結構有固有缺陷，導致油霧過多、吸收效率低下，污染發電機。

為徹底解決該問題，右岸電站拆除原有的推導油霧吸收裝置，包括油霧吸收裝置本體及管路、回油箱及其相關管路等，更換了一整套復合油檔及油霧凈化機，改善發電機的潔凈度。

4 結語

在電力行業當前的發展趨勢下，特大容量機組已在中國普遍投用，轉子接地保護對機組的安全穩定運行有著重要的作用，三峽右岸電站擁有大量700 MW的巨型水輪發電機組，在轉子接地保護的運用方面積累了豐富的經驗，對行業內同仁有著較大的借鑒意義。

［1］王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用［M］.北京：中國電力出版社，1996.

［2］張保會，尹相根.電力系統繼電保護［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［3］王光，溫永平，陳俊，等.注入方波電壓式轉子接地保護裝置的研制及應用［J］.江蘇電機工程，2009，28（2）：74－76.

［4］李賓，屠黎明，蘇毅，等.發電機轉子繞組接地保護綜述［J］.電力設備，2006，11（11）：33－35.