浅谈转子接地原因及处理方法

时间:2022-06-28 10:03:45

浅谈转子接地原因及处理方法

摘 要:文章通过对本厂所应用的GE EX2100转子接地保护的介绍,结合电气一次系统,对可能引起转子接地的原因进行了分析,为快速定位故障原因提供参考,并针对由不同原因引起的转子接地提出相对应的处理方法。

关键词:转子接地保护;原因分析;处理方法

引言

大唐吕四港发电责任公司一期4×660MW火力发电机组的励磁系统,采用美国GE公司生产的EX2100型自并励磁系统。励磁系统交流输入电源取自发电机机端,经励磁变压器供给整流装置,经整流装置整流后直接输出至转子绕组。交流电源输入、直流电源输出均采用封闭母线。

在正常情况下,发电机励磁回路对地之间有一定的绝缘电阻与分布电容,当励磁绕组绝缘严重下降时,励磁回路有可能出现一点接地故障。励磁回路发生一点接地,由于不构成电流回路,对发电机运行没有直接影响,但励磁回路对地电压升高,在正常运行过程中转子绕组绝缘薄弱环节,或切断励磁回路线路、一次回路主断路器时,将在励磁回路中产生暂态过电压,可能出现第二个接地点,形成两点接地故障。发电机转子绕组发生两点接地后,使相当一部分绕组短路。由于电阻减小,所以另一部分绕组电流增加,破坏了发电机气隙磁场的对称性,引起发电机剧烈振动,同时无功出力降低。另外,转子电流通过转子本体,如果电流较大,可能烧坏转子和磁化汽轮机部件,以及引起局部发热,使转子缓慢变形而偏心,进一步加剧振动。因此在发生发电机转子一点接地时,必须迅速查找引起接地的原因,并尽快制定合理的处理方案,以保证发电机的安全、稳定。

1 GE EX2100转子接地保护

1.1 GE EX2100转子接地保护工作原理

GE EX2100励磁系统的转子接地保护由励磁接地监测板(EGDM),信号衰减及采样板(EXAM)组成。控制器M1、M2、C分别独立的接地检测板(EGDM M1、M2、C)组成冗余的励磁接地检测模块。由当前主控制器对应的EGDM M1或M2(由控制器C决定)产生一个±50VDC,0.2Hz的方波电源,经信号衰减及采样模块叠加在发电机转子绕组正负端与地之间,当励磁变低压侧至发电机转子绕组间任一点发生接地时,电流通路即构成,经过采样电阻,主控制器即可测得该回路一点接地,而该回路的绝缘电阻亦可根据流经采样电阻的泄露电流计算而得,EGDM M1、M2、C都对该泄露电流进行实时采样并送至各自控制器,计算结果与设定值比较后输出报警或跳闸信号,并经三取二后出口。该保护灵敏,可靠。

1.2 双端注入式转子绕组接地保护原理

图1中,Ufd为转子电压,Us为注入方波电源电压,Ry为注入大功率耦合阻抗,Rm为注入回路测量电阻,im为转子绕组接地故障泄漏电流,?琢为以百分比表示的转子绕组故障接地位置(负端为0%,正端为100%),Rg为转子绕组接地过渡电阻。

注入式转子绕组接地保护方波电源有正负半波两种状态,对应测量电流为im1、im2,对应方波电压为Us1、Us2。为方便分析,可假定方波电源两种状态下转子电压不变。根据等效电路,可推导出转子绕组接地故障过渡电阻Rg和接地位置?琢,其计算式为

2 转子接地的原因分析

2.1 工作人员在励磁回路上工作,因不慎误碰、误接线或其他原因造成转子接地。

2.2 转子滑环绝缘损坏、转子槽口绝缘损坏、转子槽绝缘和端部绝缘损坏、转子引线绝缘损坏等引起接地。

2.3 长期运行绝缘老化、因杂物或振动使转子部分匝间绝缘垫片位移,将转子通风孔局部堵塞,使转子绕组绝缘局部过热老化引起转子接地。

2.4 鼠类等小动物窜入不是全部封闭的励磁回路,引起转子接地。

2.5 定子进出水之路绝缘引水管破裂漏水引起转子接地。

2.6 直流封闭母线内湿度过大引起。本厂励磁直流输出采用封闭母线,经过三个转弯引至转子绕组的滑环刷架处。该封闭母线在主厂房6.4M有一进风口,整个封闭母线与外界非隔绝关系。经过长期观察运行,空气中湿度较大时对励磁系统的转子接地绝缘影响较大,使接地阻值从兆欧级下降至千欧级;机组停机检修时,每次机组启动前均需对励磁直流封母进行烘干、加热,转子绝缘才能满足起机要求。机组在低负荷运行时,若空气中的湿度较大,励磁直流母线运行发热不能与进入封母的潮气进行平衡,尤其是在封母转弯处更容易聚集潮气,且不容易散发,潮气作用在封母内母排支撑架上引起绝缘下降。

2.7 转子滑环刷架污染、堆积碳粉严重,引起接地。

转子回路一点接地时,因一点接地形不成电流回路,故障点无电流通过,励磁系统仍保持正常状态,不影响机组的正常运行。看转子接地信号能否复归,若能复归则为瞬时接地,若不能复归,则用万用表测量转子正负极对地电压,如发现某极对地电压降为零,另一极对地电压升至全电压,说明确实发生了一点接地。

3 转子接地的处理方法

3.1 检查励磁回路是否有人工作,如系工作人员引起,应予纠正。

3.2 检查励磁回路各部位有无明显损伤或因脏污接地,若因脏污接地应进行吹扫。

3.3 对有关回路进行详细外部检查,必要时轮流停用整流柜,以判明是否由于整流柜直流回路接地引起。

3.4 做好与励磁回路有关的各房间进出门的管理。进入、离开房间后及时将门关闭,检查防小动物挡板是否良好,避免小动物误入励磁回路。

3.5 对于转子绝缘受湿度影响较大的励磁回路,可以考虑在励磁封母入风口采取措施去除进入封母内空气的潮气,保持封母内空气的干燥,提高转子回路对地绝缘。

3.6 若转子接地为一点稳定金属性接地,且无法查明故障点,除加强监视机组运行外,在取得调度同意后,申请尽快停机处理。

3.7 转子一点接地运行,若机组又发生欠励磁或失步,一般可认为转子接地已发展为两点接地,这时应立即人为停机。当转子发生两点接地时,转子电流表指示剧增,转子和定子电压指示降低,无功功率指示明显降低,功率因数提高甚至进相,机组振动变大。严重时,可能发生发电机失步或失磁保护动作跳闸。

参考文献

[1]国家电力调度通信中心,电力系统继电保护实用技术问答(第二版),北京:中国电力出版社,2009.

[2]高春如,大型发电机组继电保护整定计算与运行技术(第二版),北京:中国电力出版社,2010.

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