轉子接地保護動作跳機原因分析

王梓任，畢 旭

（國網新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北 唐山 064300）

1 引言

發電機在運行過程當中，發生的轉子繞組對地短路現象，通常稱之為轉子接地。轉子接地是運行中經常出現的故障，如果轉子電流較大會導致燒毀轉子，甚至還會造成更嚴重的后果[2]。轉子一點接地故障給設備帶來巨大隱患，本文針對本次事故原因進行全面的排查、分析并進行處理。

2 故障發生

故障前運行方式為電氣主接線系統：潘遵I 回線運行，潘遵Ⅱ回線經母聯聯絡運行；四母線帶4 號主變運行，五母線帶2 號、3 號主變運行。廠用電系統：4 號主變帶廠用電Ⅱ段，兩段分段運行。機組：2 號機組帶-60 MW 負荷抽水運行、4 號機組帶-60 MW 負荷抽水運行、3 號機組停機態。

2020 年10 月11 日22：55，2 號機組抽水，帶-60 MW 負荷抽水運行。

2020 年10 月12 日00：46，計算機監控系統報勵磁系統綜合報警。 保護裝置轉子接地保護功能啟動，1.52 s 后復歸。保護裝置轉子接地保護功能再次啟動，二段定值延時5 s 后動作于跳閘，并向監控系統發出信號和聯動停機。監控系統報“2 號機組定子或轉子接地保護動作”、“2 號機變組保護動作總信號動作”、“2 號機組保護裝置動作，啟動電氣事故停機流程”。 根據監控系統故障、流程信息及繼電保護信號檢查情況分析，可以初步判斷為2 號機組轉子接地故障，導致2 號機組抽水轉停機。

3 問題排查

3.1 保護專業檢查情況

保護專業人員現場查看保護裝置信息，2 號機組轉子接地保護實時接地電阻值為0.33 kΩ，拷取保護裝置動作報告如表1 所示。

表1 保護裝置動作報告

根據上述保護裝置報告可知，00：46：47 轉子一點接地保護第一次啟動，1.52 s 后保護返回，30 s 后（00：47：17）轉子一點接地保護再次啟動，5 s 后動作于跳機。

轉子接地保護定值如表2 所示。

表2 保護定值

保護專業人員現場查看故障濾波器波形，轉子一點接地保護第一次啟動波形如圖1 所示。

在圖1 中看出轉子一點接地保護第一次啟動時轉子接地電阻為2.38 k?，約1 s 后轉子對地電阻恢復（大于300 k? 是表示對接地阻值良好），保護返回；錄波圖2 中看出保護再次啟動時啟動電阻為8.5 k?，5 s 內接地阻值均達到跳閘定值后動作于跳機，判斷保護正確動作。

圖2 轉子一點接地保護第二次啟動波形

3.2 消防系統情況檢查

現場檢查風洞外機組消防系統控制主機報警指示燈亮并伴隨有報警聲，消防控制主機報警信息只有煙感報警，無溫感報警，未滿足消防動作邏輯，氣體噴灑未動作。

3.3 勵磁系統情況檢查

現場檢查勵磁調節器錄波及信號動作情況如圖3。

圖3 勵磁系統強勵啟動波形

由圖3 分析可知，00：46：38 機組機端電壓出現下降趨勢，勵磁電流由1 500 A 逐漸增加至強勵電流4 000 A，強勵時間持續10 s，強勵結束后，勵磁電流恢復至0.9 倍額定勵磁電流1 738 A，機端電壓降低為93%額定機端電壓，于此同時無功功率則降低為-25 Mavr，同時勵磁系統欠勵限制動作。

由圖4 可知，00：47：22 機組停機，停機前勵磁電流保持在1 738 A 基本不變，機端電壓維持在93%左右額定機端電壓，無功功率為-45 Mavr左右。

圖4 停機過程勵磁系統波形

3.3 機組轉子檢查情況

（1）為了更為準確，安全的轉子對地絕緣進行測量。在現場選取絕緣搖表，選取的規格應為500 V[3]，對地電阻值0 MΩ，確認2 號機組轉子存在對地絕緣薄弱點，需要進行全面檢查。

（2）立即組織人員對2 號機組轉子進行全面的檢查。

首先，打開風洞排風系統排風，現地觀測風洞里溫濕度計上顯示的數值溫度為：33℃，濕度為：12%。其次對2 號機轉子進行全面的檢查，檢查發現轉子38 號磁極處連接鋼母線有過熱燒熔痕跡。如圖5所示。

圖5 燒損故障點

同時拆解鋼母線發現燒毀嚴重如圖6 所示。

圖6 拆解后燒損的鋼母線

圖7 鋼母線支撐螺桿燒損情況，綜合上述圖片可以看出固定支撐螺栓、絕緣墊塊、絕緣套管和磁極間連接鋼母線均有不同程度燒損痕跡。檢查中用內窺鏡對2 號機組轉子其他部位的鋼母線及下層Ω型銅連接板等情況進行了檢查和拍照，未發現異常情況。

圖7 螺桿燒損情況

4 故障原因分析及處理步驟

4.1 故障原因分析

潘家口電廠機組具有雙轉速的特點，轉子在設計上存在42 極和48 極切換的功能，因此磁極間的聯絡較為復雜，為雙層鋼母線疊壓固定，且鋼母線為裸露形式。由于運行中環形鋼母線受電磁力和離心力作用存在應力磨損，安裝中可能會存在絕緣墊塊受力不均，38 號磁極處鋼母線固定支撐螺栓絕緣套管運行時間長（28 年），造成雙層鋼母線之間絕緣套管絕緣降低，上下層鋼母線發生短路，造成部分磁極被“甩出”工作回路，引起勵磁系統強勵動作，短路點電流增大，產生高溫，造成鋼母線熔化，鋼母線的熔化物與支撐螺桿連接，從而引起轉子一點接地保護動作并甩負荷跳機[4]。

4.2 處理步驟

拆下38 號磁極處及其相關聯的鋼母線，拆除螺栓與絕緣墊塊進行檢查，發現螺栓、絕緣墊塊和鋼母線均有不同程度燒損痕跡。

對拆除部位進行打磨處理并擦洗干凈，將鋼母線等熱熔部件殘渣清理干凈。通過盤車對轉子其他磁極進行檢查，未發現異常。清理完成后對故障點周邊的37、38、39 號磁極進行直流電阻及絕緣電阻試驗，并對其他磁極進行了抽查，數據均合格；同時在機組滑環處對5 個滑環分別進行了絕緣接地電阻測量，測量數據合格。

相關測量結果如下：

更換3根鋼母線、12塊絕緣墊塊、9個絕緣套管，1 個Ω 連接板并進行轉子電氣預試，1 000 V 搖表測試轉子對地絕緣為32.9 MΩ，分段測試阻抗未見異常，轉子試驗數據合格。

2 號機組手動升速、自動空轉、零起升壓、空載等試驗，機組運行正常，試驗過程中繼電保護裝置轉子絕緣在線測值為300 K（裝置顯示最大值，表示絕緣正常）。

5 結語

通過本次事件的問題排查與處理步驟，解決了轉子一點接地的故障[5]。在設備運行一段時間后，觀察效果比較理想，希望本文能夠為抽蓄電站的運行及維護提供參考。