乒乓式轉子接地保護誤發信分析及處理

李 波，陳 強，曹 鋼，張 偉

(雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051)

乒乓式轉子接地保護誤發信分析及處理

李 波，陳 強，曹 鋼，張 偉

(雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051)

介紹了乒乓式轉子接地保護原理，分析其誤發信的可能原因，通過排除法找出大軸接地碳刷接地缺失、大軸接地碳刷刷握與大軸之間距離過大、乒乓式轉子接地保護采樣電阻損壞等問題，采取了針對性的處理措施，并提出日常維護重點及運行方式建議。

轉子接地保護；誤發信；接地碳刷；采樣電阻

0 引言

目前，國內大中型水電站廣泛采用了注入式轉子接地保護和乒乓式轉子接地保護。由于這2種保護的原理不同且不允許2套裝置同時運行，乒乓式轉子接地只能保護加勵磁運行狀態，注入式轉子接地可保護任何運行狀態，因此大多數電廠為了避免開停機的頻繁切換，運行時一般投入注入式轉子接地保護裝置，而使乒乓式轉子接地保護裝置處于備用狀態。此時，若注入式轉子接地出現故障，乒乓式轉子接地保護裝置的可靠性將是未知狀態。以下通過對乒乓式轉子接地誤發信的原因分析、故障查找及處理，提出轉子接地保護在設計、安裝調試、運行維護期間需要重點關注的問題。

1 乒乓式轉子一點接地保護裝置簡介

1.1 裝置原理

設在轉子繞組的K點處發生經對地電阻Rg的一點接地故障。K點到轉子正電壓端的繞組匝數占轉子總繞組匝數的百分比，即短路點位置為α；S1和S2為2個電子開關，由時鐘脈沖控制其輪流導通(約1次/s)。轉子繞組上的電壓U和S1，S2兩端的電壓U1，U2為保護裝置的測量值。由于短路點位置α和對地絕緣電阻Rg是2個未知數，2種狀態下列出2個方程進行聯列求解,可得出轉子接地位置α以及轉子接地電阻Rg。當滿足Rg小于Rzd(接地保護定值)時，保護裝置發信。其原理如圖1所示，原理表達式見式(1)，(2)。

1.2 裝置性能

保護范圍包括轉子繞組及其與勵磁裝置可控硅之間的電纜、轉子繞組至保護之間的電纜、碳刷、集電環等勵磁回路。

當發生轉子回路一點接地故障時，發電機轉子回路正對地電壓和負對地電壓不平衡。當接地電阻降低至整定值時，轉子接地保護告警，裝置顯示轉子接地電阻Rg以及接地位置α。

圖1 乒乓式轉子一點接地保護原理

2 乒乓式轉子接地誤發信現象

某水電站6臺機組，單機容量均為600?MW，總裝機容量3?600?MW。轉子接地保護裝置為國電南瑞科技股份有限公司的RCS-985RS/RE型產品，配置有注入式轉子接地和乒乓式轉子接地保護裝置，均投一點接地信號。

4號機轉子接地保護運行方式為乒乓式轉子接地，2013-12-05T08:09監控上報“4號機故障錄波啟動告警”、“4號機組發電機乒乓式轉子一點接地動作”、“4號機組發電機乒乓式轉子一點接地保護裝置報警”，并瞬間復歸。現場檢查4號機組乒乓式轉子接地保護裝置接地電阻無規律波動，乒乓式保護裝置勵磁電壓顯示異常。實際測量勵磁電壓正常，大軸對地電壓24?V，將其運行方式把手分別切至轉子絕緣監測和注入式轉子接地保護，裝置均運行正常，無異常告警。

3 誤發信原因查找及分析

3.1 誤發信的可能原因

通過對保護原理的分析可知，導致轉子接地報警的可能原因有：發電機勵磁回路發生瞬間接地、勵磁電壓異常、測量回路異常、一點接地保護裝置異常、大軸接地回路(大軸接地碳刷及所連接的電纜)異常、轉子接地保護二次回路絕緣降低等。

3.2 排查分析

(1)?通過對故障錄波數據的分析，未發現勵磁變低壓側接地現象。由于在轉子接地電阻波動時，測量勵磁電壓正對地、負對地均正常；將運行方式切換至注入式轉子接地，裝置運行正常、無波動現象。因此，可排除勵磁回路發生瞬間接地、勵磁電壓異常的可能。

(2)?由于大軸對地電壓的存在，所以懷疑接地碳刷接地不良。停機后對轉子大軸接地內外回路檢查時發現接地碳刷磨損嚴重，積累大量碳粉；進一步檢查發現接地碳刷沒有接地點。

當機組靜止狀態時，推力頭和鏡板間未形成油膜，大軸通過軸瓦與油箱形成接地，所以此時測量大軸對地電阻很小；當啟機后，推力頭和鏡板之間形成油膜，此時轉輪與水流介質形成接地，接地電阻很大。由此可見，大軸未直接接地問題較為隱蔽，若不將接地碳刷和大軸分離后仔細測量對地電阻，則不易發現。

(3)?由于不能排除乒乓式轉子接地保護裝置異常、測量回路存在問題等原因，因此對其回路及裝置采樣進行檢查，結果發現采樣電阻R損壞。

3.3 原因分析

(1)?大軸接地碳刷刷握與大軸之間距離過大，碳刷松動造成磨損過大，有較多碳粉堆積，與大軸接觸不良，造成轉子接地保護裝置計算存在誤差。

(2)?大軸接地碳刷未接地，存在軸電壓，產生泄漏電流，影響采樣，造成保護裝置計算誤差。

(3)?乒乓式轉子接地保護裝置采樣電阻損壞。根據式(1)可以看出由于電阻損壞，U1，U2變化，將影響保護裝置采樣和計算。

4 處理及效果

(1)?調整刷握與大軸距離。將大軸接地碳刷刷握與大軸之間的距離調整至13?mm，并固定牢靠。

(2)?加裝接地線。大軸接地碳刷安裝在水車室內下導油箱下面的支撐柱上，在水車室內墻壁上就近敷設一根接地銅排，從接地碳刷引出一根接地線至接地銅排，接入接地網，使大軸可靠接地。

(3)?更換電阻R。更換乒乓式轉子接地保護裝置中已損壞的采樣電阻R。

通過以上3項改進措施，大軸接地碳刷磨損減小，大軸接地良好，軸電壓消失，乒乓式轉子接地保護裝置運行穩定，再也沒有出現誤發信情況。

5 結束語

此次乒乓式轉子接地保護誤發信原因，既包括大軸接地碳刷接地點的漏設計問題、大軸接地碳刷刷握與大軸之間距離過大的安裝問題、保護采樣電阻質量不可靠的設備問題，也包括日常維護質量方面的問題，因而必須從以下幾方面加以改進。

(1)?完善檢修項目。通過乒乓式保護裝置的采樣、接地試驗，端子緊固，全面檢查回路的完整性和裝置的可靠性，并新增大軸接地電阻測量、乒乓式轉子接地保護采樣電阻值測量、大軸接地碳刷磨損情況統計等工作項目。

(2)?調整運行方式。由于轉子接地保護原理的限制，對同時配置注入式轉子接地保護、乒乓式轉子接地保護的機組，正常運行時只能投入1套，因此應定期輪換，保證設備的可靠運行。

(3)?把好設備設計、安裝驗收關。大軸接地碳刷無接地事故警示電廠技術人員，必須在機組設計、安裝及驗收各個階段，把好質量關，防止新設備“帶病”投產的情況發生。

1?陳??俊，王??光，嚴??偉，等．關于發電機轉子接地保護的幾個問題的探討[J]．電力系統自動化，2008(1)．

2?李義民．135?MW和330?MW空冷發電機轉子接地故障的檢查及處理[J]．電力安全技術，2013(3)．

陳??強(1985-)，男，助理工程師，主要從事發電廠繼電保護工作。

曹??鋼(1985-)，男，助理工程師，主要從事發電廠繼電保護工作。

張??偉(1986-)，男，助理工程師，主要從事發電廠繼電保護工作。

2014-12-22；

2015-02-29。

李??波(1986-)，男，助理工程師，主要從事發電廠繼電保護工作，email：116201306@qq.com。