勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)繼電器的改善和調(diào)定

【摘要】本文結(jié)合電廠兩臺(tái)2X350MW發(fā)電機(jī)采用的機(jī)端自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，介紹了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的構(gòu)成原理及特點(diǎn)。并對(duì)#2發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)經(jīng)常誤發(fā)1級(jí)信號(hào)現(xiàn)象，進(jìn)行了分析，提出了解決辦法和防范措施。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)；1級(jí)報(bào)警；原因分析；解決辦法

南陽(yáng)鴨河口電廠一期兩臺(tái)機(jī)組容量為2X350MW，勵(lì)磁系統(tǒng)采用的是機(jī)端自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，瑞士ABB公司生產(chǎn)的UNITROL P微機(jī)型雙通道勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，發(fā)電機(jī)二次CT、PT單組輸入，整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)由勵(lì)磁變壓器、控制柜+1ER、功率整流柜+2EG、起勵(lì)和滅磁柜+3EE組成。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地繼電器保護(hù)安裝在勵(lì)磁系統(tǒng)起勵(lì)滅磁柜（+3EE），型號(hào)為UNS 3020a，它的主要工作原理是靠電橋平衡原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要用于探測(cè)額定在1000V以下的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電路中的接地故障。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)投入運(yùn)行，電橋電源由發(fā)電機(jī)PT二次側(cè)A、C相交流電壓供電，幅值100V左右，正常運(yùn)行時(shí)電橋兩端不完全平衡電壓不能完全為零，存在不平衡電壓50MV左右，電橋電源分配在四個(gè)橋臂的電壓相等，電橋兩端不平衡電壓較低輸出，繼電器不動(dòng)作；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)非金屬電阻接地故障時(shí)，電橋平衡被破壞，電橋兩端輸出不平衡電壓，動(dòng)作于電子線路繼電器，至不平衡電壓1低值經(jīng)延時(shí)啟動(dòng)1級(jí)繼電器報(bào)警；至不平衡電壓2高值經(jīng)延時(shí)啟動(dòng)2級(jí)繼電器跳閘。

它的主要?jiǎng)幼髋袚?jù)為：當(dāng)勵(lì)磁母線接地電阻≤5KΩ延時(shí)5S，勵(lì)磁系統(tǒng)1級(jí)報(bào)警，電橋不平衡電壓U+對(duì)GND≥0.336V；當(dāng)勵(lì)磁母線接地電阻≤1KΩ延時(shí)2S勵(lì)磁系統(tǒng)2級(jí)跳閘，電橋不平衡電壓U+對(duì)GND≥1V。

UNS 3020a轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置廣泛用于ABB UNITROL系列勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，該保護(hù)裝置作為勵(lì)磁回路接地檢測(cè)，較之發(fā)電機(jī)保護(hù)配置的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地、兩點(diǎn)接地更為可靠，大多數(shù)用戶選用勵(lì)磁系統(tǒng)配置的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置作為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地檢測(cè)，分別動(dòng)作于跳閘和信號(hào)，該裝置具有自檢功能，并能實(shí)現(xiàn)就地、遠(yuǎn)方重啟和閉鎖。轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置的阻容回路一方面是作為保護(hù)裝置本身所需惠斯通平衡橋回路的一部分；另一方面，阻容回路也是一套發(fā)電機(jī)軸電壓吸收器，用于保護(hù)自并勵(lì)火電機(jī)組的大軸。

UNS 3020a轉(zhuǎn)子接地保護(hù)根據(jù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電路對(duì)地的接觸電阻值的大小來(lái)決定該保護(hù)是否動(dòng)作，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路不允許直接接地，它比轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)更可靠，當(dāng)勵(lì)磁回路對(duì)地泄漏電阻值在5kΩ保護(hù)1級(jí)報(bào)警，當(dāng)對(duì)地泄漏電阻值在1kΩ保護(hù)2級(jí)跳閘；它不象以往的轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞阻已接地情況來(lái)判別是否動(dòng)作，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞阻1點(diǎn)接地報(bào)警可以短暫運(yùn)行，2點(diǎn)接地直接跳閘。

UNS 3020a轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置原理圖如圖1所示：

圖1中惠斯通電橋補(bǔ)償電容CX：

圖1中R為高值電阻器約為2.2KΩ，兩只電阻器R代表電橋的兩個(gè)臂；CX為整定電容器，作為電橋的一個(gè)臂，它根據(jù)U+對(duì)GND之間的電壓交流量來(lái)整定校準(zhǔn)電容并用電烙鐵焊死，它的整定理論電容值由以上公式計(jì)算，也可以在實(shí)際中不斷變換電容值焊接測(cè)定不平衡電壓值來(lái)估算；最后一個(gè)測(cè)量橋臂由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組和軸接地之間的固有電容CR，與耦合電容器CK1、CK2串聯(lián)一起構(gòu)成R/C測(cè)量電橋的一個(gè)臂，如圖X1：1與X1：2之間，X1：1端子直接接至發(fā)電機(jī)汽機(jī)側(cè)大軸接地碳刷，X1：2經(jīng)耦合電容器CK1、CK2接至勵(lì)磁母線。Rf1、Rf2用于設(shè)定1、2級(jí)保護(hù)動(dòng)作電壓，TA1、TA2用于設(shè)定保護(hù)1、2級(jí)延時(shí)時(shí)限。我廠發(fā)電機(jī)大軸接地設(shè)計(jì)有兩個(gè)方面考慮，一方面在發(fā)電機(jī)汽機(jī)側(cè)大軸，經(jīng)接地碳刷四只接地以消除軸電壓軸；另一方面在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁端大軸，裝有兩只接地碳刷經(jīng)軸濾波器接地，濾波器（R/C元件）用來(lái)防止電壓尖峰損壞發(fā)電機(jī)軸承，只要碳刷接觸良好，軸電壓就能被限制在3V以下。

我廠的轉(zhuǎn)子接地繼電器保護(hù)報(bào)警頻繁，與轉(zhuǎn)子大軸接地碳刷有一定的關(guān)系，轉(zhuǎn)子接地碳刷有兩個(gè)，固定在大軸的兩側(cè)并同時(shí)接地。它們的作用是一方面當(dāng)發(fā)電機(jī)大軸有軸電壓存在時(shí)可以直接消耗掉軸電壓，另一方面與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸接在一起并接地，可以測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組和軸接地之間的固有電容CR，同時(shí)與耦合電容CK1、CK2串聯(lián)一起構(gòu)成R/C測(cè)量電橋的一個(gè)臂。因此要經(jīng)常檢查接地碳刷的工作狀態(tài)、工作環(huán)境是否良好，以防止大軸接地不良。

我廠轉(zhuǎn)子接地保護(hù)經(jīng)常誤發(fā)一級(jí)報(bào)警，保護(hù)信號(hào)能復(fù)歸掉，我認(rèn)為有以下原因和解卻辦法：

①電橋橋臂整定電容Cx未整定好。測(cè)量電橋不平衡電壓U+對(duì)GND輸出的交流值，觀察其是否達(dá)到0.336V，如果達(dá)到此值則停機(jī)檢查轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)子電壓母線、碳刷、碳刷架各自對(duì)地的絕緣看是否是由于碳粉堆積造成轉(zhuǎn)子繞組一極虛擬接地；如果一切正常，可重新整定電容Cx，整定時(shí)最好在發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷時(shí)約180MW，整定時(shí)須退掉該保護(hù)2級(jí)跳閘出口，根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地電容CR的實(shí)際值，使電橋不平衡電壓U+對(duì)GND的AC量在10～50mv之間為最佳，不得超過(guò)50mv。

②動(dòng)作值1級(jí)報(bào)警值偏低定值為0.336V，實(shí)際測(cè)量為0.324V，調(diào)節(jié)Rf1值，提高1級(jí)報(bào)警的門檻電壓，調(diào)節(jié)時(shí)置1級(jí)報(bào)警延時(shí)TA1于“0”位。

③發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷時(shí)，通過(guò)在轉(zhuǎn)子繞組的正極（或負(fù)極）與地之間連接一只可調(diào)電阻器，用于測(cè)定1級(jí)、2級(jí)電橋動(dòng)作時(shí)的泄漏電阻值。一端接入勵(lì)磁母線，另一端接地，模擬轉(zhuǎn)子接地，校驗(yàn)報(bào)警信號(hào)及延時(shí)是否正確，取下電阻后查看信號(hào)復(fù)歸是否完好，不滿足要求時(shí)調(diào)整Rf1、TA1、Rf2、TA2。測(cè)試時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子需接入回路，發(fā)電機(jī)已在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行并部分帶負(fù)荷。

④重點(diǎn)檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地繼電器橋臂耦合電容CK1、CK2，檢查其是否損壞，外表有無(wú)異常，電容耐壓等級(jí)是否達(dá)到。

⑤發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)電纜屏蔽不良，致使外部回路干擾影響發(fā)電機(jī)接地保護(hù)裝置誤動(dòng)作，建議將轉(zhuǎn)子接地保護(hù)所用電纜全部更換為屏蔽電纜，并將屏蔽層可靠接地。

⑥發(fā)電機(jī)密封瓦密封不嚴(yán)，長(zhǎng)期運(yùn)行中密封油在發(fā)電機(jī)大軸處積累，長(zhǎng)期以來(lái)容易形成油污，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)大軸與接地碳刷之間電阻增大或不導(dǎo)通，此時(shí)發(fā)電機(jī)大軸產(chǎn)生軸電壓，此時(shí)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)測(cè)量電阻中無(wú)電流流過(guò)，但如果接地碳刷與大軸瞬時(shí)導(dǎo)通，此時(shí)接地保護(hù)將動(dòng)作信號(hào)。建議對(duì)發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷更換，并清理發(fā)電機(jī)大軸處的臟污，保證接地碳刷可靠導(dǎo)通。

⑦用壓縮空氣對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷小室進(jìn)行吹掃，以防止碳粉通過(guò)碳刷架構(gòu)成非金屬性接地。并測(cè)量發(fā)電機(jī)大軸電壓是否超過(guò)3V以上。檢查發(fā)電機(jī)大軸汽機(jī)側(cè)和勵(lì)磁側(cè)接地碳刷是否有火花產(chǎn)生，如果存在，調(diào)整接地碳刷彈簧與發(fā)電機(jī)大軸夾持程度或更換接地碳刷。

通過(guò)以上的測(cè)量和整定，較好的解決了我廠#2發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)經(jīng)常誤發(fā)1級(jí)報(bào)警問(wèn)題，快速消除我廠機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)存在的運(yùn)行隱患。后來(lái)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)停機(jī)檢修后，檢查勵(lì)磁母線正極絕緣偏低只有0.5MΩ，經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)碳刷架一側(cè)有一處絕緣損壞，經(jīng)過(guò)處理絕緣恢復(fù)正常，從而徹底解決了我廠轉(zhuǎn)子接地保護(hù)經(jīng)常誤發(fā)一級(jí)報(bào)警。

參考文獻(xiàn)

[1]《UNITROL-P勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器維修手冊(cè)》.

[2]《發(fā)電廠勵(lì)磁調(diào)節(jié)器》.

作者簡(jiǎn)介：牛俊甫（1974—），男，河南許昌人，大學(xué)本科，電力工程工程師，研究方向：繼電保護(hù)、勵(lì)磁系統(tǒng)方面的檢修。