關于某660MW超臨界汽輪發電機組轉子接地故障的分析

王多強

摘? 要：2018年7月9日，土耳其某電廠#4機組660MW超臨界汽輪發電機組因發電機轉子接地報警信號打閘停機。停機后，電氣運維人員對機組進行了檢查，并未發現明顯接地點，測量轉子線圈電阻及勵磁回路電阻合格后，啟動機組。10個小時后，機組再次因轉子接地報警信號跳機。文章將對此次故障進行分析。

關鍵詞：660MW;汽輪發電機;轉子接地;REG670;發電機軸瓦滲油

中圖分類號：TM311? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）26-0098-02

Abstract： On July 9， 2018， the 660MW supercritical turbogenerator set of unit #4 in a power plant in Turkey shut down due to the generator rotor grounding alarm signal. After the shutdown， the electrical operation and maintenance personnel checked the unit， and did not find the obvious contact point. After the rotor coil resistance and excitation loop resistance were qualified， the unit was started. Ten hours later， the unit jumped again because of the rotor grounding alarm signal. This paper will analyze the fault.

Keywords： 660MW; turbogenerator; rotor grounding; REG670; generator bearing oil seepage

引言

隨著國際電力市場對發電廠的在效率、環保等方面的要求不斷提升，在火力發電方面，越來越多的新建機組采用300MW及以上容量的發電機，為維持電網的高效安全，此類機組必須保持穩定運行。在常見的幾種發電機故障中，轉子接地故障對生產運行影響較大，對設備的損害比較高，引起了各大電廠專家的重視。對此，國內廠家生產的300MW以上機型在主流設計上盡量避免故障發生，但是由于大型機組的發電機轉子質量大，元件多，在機組正常運行時，元件之間必然會收到各種不同的應力沖擊，破壞轉子母線的絕緣，造成轉子接地故障。及時分析轉子接地故障的原因，可以盡快使機組恢復生產，對設備和運維人員的危害也會降到最小。

1 機組情況介紹

該2×660 MW超臨界燃煤機組位于土耳其南部，#4和#5機組先后在2016年7月31日和2016年8月31日通過168小時連續滿負荷運行，機組采用的是由哈爾電機廠有限責任公司生產制造QFSN-660-2型汽輪發電機，勵磁系統型號ABB UNITROL6800型，發變組保護系統采用的是ABB公司生產的REG670集成式微機保護裝置，轉子接地保護系統采用注入電壓式保護。

2 轉子接地保護原理簡介

本機組采用的REG670智能微機保護裝置原理如圖1所示。

當機組正常生產發電時，發電機勵磁繞組對地是絕緣的，在轉子繞組發生接地情況時，這種絕緣被破壞。REG670轉子接地保護系統的方波注入信號由注入單元REX060中生成，通過耦合電容單元REX061注入發電機勵磁電路。在REX061單元中，注入電壓和電流信號被放大到與IED的模擬電壓輸入相適應的水平。在IED中，對測量信號進行評估以檢測轉子接地故障。

如系統等效電路圖所示，阻抗ZMeasured等于轉子繞組之間的對地電容（1/ωCrot）和接地故障電阻（Rf）。消除了注入電路中的串聯電阻。Rf在有故障情況下非常大，測量阻抗稱為轉子參考阻抗，可計算為：

方波的注入頻率finj是一個設定值，偏離基頻。注入頻率可設置在75-250Hz范圍內。本機組采用的是靜態勵磁系統，很容易產生注入單元過電壓，Rseries是REX061單元中用于防止過電壓的保護電阻。

從REX060注入電壓和電流作為交流電壓傳輸到IED。在IED保護功能軟件中對注入電壓和電流進行了測量和分析。

阻抗計算等效電路圖如2所示。

凈電抗Zbare可以計算為注入電壓及注入電流之比：

在非故障操作中，射頻非常大。此時阻抗計算如下：

在沒有轉子接地故障發生時，Rf非常大，此時阻抗計算如下：

參數k1和k2[Ω]在調試期間經測量后設定，在調試期間，校準已知抗故障電阻后，k1和k2用于將測量值轉換為一次阻抗值。k1因子將補償變壓器比等因素，以實現與主系統相關的阻抗值。系數k2（Ω）將彌補Zseries阻抗。

在非故障條件下測量的健康阻抗在以后的文章中稱為參考阻抗。

在IED中，測量阻抗與參考阻抗進行比較。在接地故障情況下，對故障阻抗進行估計，并與設定值RAlarm和RTrip進行比較。

通過方程給出的復變換，將實測阻抗值轉化為實際阻抗值，將測量值轉化為一次阻抗值。

如果Rf

如果Rf

3 #4機組轉子一點接地跳閘檢查經過

2018年7月9日凌晨0點53分，#4發電機轉子接地保護系統監測到轉子繞組對地絕緣電阻值低于機組跳機值并且持續1秒以上，機組跳閘，機組停機后，維護團隊測量轉子繞組正、負級與地之間絕緣為1.16MΩ，測量絕緣時保持轉子繞組導體一次二次側各元件連接均未解列。

2018年7月9日早6點10分，經檢查恢復后，機組符合再次啟動條件，#4機組恢復并網運行。

2018年7月9日下午16時02分， #4發電機轉子接地保護系統監測到轉子繞組對地絕緣電阻值再次低于機組跳機值并且持續1秒以上，機組跳閘，本次停機后，現場運行及維護人員決定對機組進行詳細的檢查，解體轉子繞組導體上的二次儀表，并解體轉子繞組，分別測量對地絕緣值，并徹底清理轉子繞組和發電機小軸間內的污物。

2018年7月11日，早上6點56分，#4機組并網運行，并網后通過發電機保護屏觀察轉子接地阻值在14000-26000Ω之間波動。因阻值波動較大，就地清理轉子接地碳刷與大軸之間的油污，發現#4機發電機保護屏轉子接地阻值指示-1000Ω即無窮大。

2018年7月13日，檢查發現#4機發電機保護屏轉子接地阻值指示-1000Ω即無窮大，偶爾變化為20000Ω左右。經運行維護團隊研究，應縮短定期檢查清理轉子接地碳刷的工作周期，且接地碳刷與大軸之間有油污，故此工作周期更改為一個星期。

2018年9月04日，維護團隊更換#4發電機轉子接地碳刷、更換后發電機保護屏轉子接地阻值指示-1000Ω即無窮大。

4 原因分析

根據現場檢查的情況，轉子繞組接地可能的原因有以下幾個方面：（1）在檢修過程中有金屬異物等遺留或進入轉子繞組造成接地。（2）集電環處碳粉堆積或者污垢較多造成發電機轉子絕緣降低。（3）勵磁回路的故障。（4）ABB設計圖紙要求REX060與REX061之間的電纜，應該是屏蔽雙絞線，截面大于1.5mm2，屏蔽層應可靠接地，另外現場繼電器REG670，REX060和REX061的機箱，都應使用截面大于4mm2的接地線可靠接地，電纜都有抗干擾的要求。（5）現場保護跳閘定值可能過于靈敏，尤其是對于現場干擾較強的情況，風險較大。

5 結束語

根據#4機組自發電以來的運行情況記錄、各項保護數據及本次事故前后對發電機絕緣的測量數據，判斷發電機轉子繞組應該不存在接地情況，轉子接地保護系統檢測的對地絕緣較低的原因可能是發電機小軸室中的油污固定了碳刷摩擦產生的碳粉在勵磁小軸表面，這縮短了絕緣距離，當堆積量過高時，造成轉子繞組附近某處空氣電離，直至擊穿。

根據本次事故本文提出以下幾點建議。

（1）停機期間，拆除所有刷握及碳刷對發電機轉子繞組絕緣進行測量，轉子繞組的絕緣電阻值在10-30℃時不小于0.5MΩ。（2）如果停機時發電機轉子繞組絕緣電阻小于0.5MΩ，則需要對發電機集電環碳刷裝置進行清理，排除積碳、污垢等造成絕緣低的請況，如果該措施無效果，將考慮聯系制造廠派專業技術人員查找接地點并進行處理，必要時可能需要抽出轉子。（3）檢測發電機氫水油系統油側，氫側，空側壓差，定期檢查差壓閥工作情況，防止漏油，滲油情況發生。（4）定期檢查大軸接地碳刷及集電環碳刷的磨損情況，保證大軸接地良好，集電環碳刷接觸良好。

綜合分析本次事故，得出以下結論，大型汽輪發電機組運行情況復雜，當發生轉子接地保護跳閘時，除分析勵磁繞組真實的接地情況外，也要對勵磁繞組的所處的環境，保護系統本身的情況進行排查，從多方面考慮分析故障原因，另外，對機組存在的長期問題不可任其存在而不解決，這類問題往往會引發其他故障，最終導致嚴重后果。

參考文獻：

[1]李沁.一起燃氣輪發電機轉子接地故障原因淺析[J].電氣技術，2018，19（11）：100-103+107.

[2]杜偉.火力發電廠發電機勵磁系統常見故障分析[J].科技風，2018（32）：173.

[3]樊曉靜.大軸碳刷接觸不良引起轉子一點接地保護動作分析[J].電子測試，2018（20）：112-113.