雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地電阻降低的原因分析

蔣 翔，張小飛

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司熱電總廠，安徽馬鞍山 243000）

引言

馬鋼熱電總廠2#發(fā)電機(jī)為上海電機(jī)廠生產(chǎn)的QFS-60-2 型雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)組，B 級絕緣，采用直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁，于1993 年7 月正式投入運(yùn)行。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)采用RCS985 型發(fā)電機(jī)變壓器組成套保護(hù)裝置，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)采用切換采樣原理（乒乓式），于2014 年改造完成并投入運(yùn)行，運(yùn)行一直正常，未出現(xiàn)過異常報(bào)警。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地是發(fā)電機(jī)常見的故障形式之一，當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障時(shí)，由于造成轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作的因素較多，故障定位非常困難，且運(yùn)行中無法檢查發(fā)電機(jī)內(nèi)部，因此，要確定是轉(zhuǎn)子本身故障還是外部回路故障或保護(hù)裝置誤動(dòng)引起的具有非常大的難度。2017 年8 月6 日至2018 年5 月3 日期間，馬鋼熱電總廠2#發(fā)電機(jī)反復(fù)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子接地電阻降低的現(xiàn)象，筆者結(jié)合馬鋼熱電總廠2#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地電阻降低故障的處理，總結(jié)了幾種典型的非轉(zhuǎn)子繞組本身故障造成的接地電阻降低的因素。

1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地電阻降低的處理

1.1 第一階段：勵(lì)磁機(jī)因電樞繞組絕緣降低燒毀

2017 年8 月6 日2#發(fā)電機(jī)“轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地”報(bào)警，接地阻值3.3 kΩ，接地位置50%。通常接地位置在50%左右有以下幾種情況：（1）轉(zhuǎn)子繞組的正中間位置一點(diǎn)接地；（2）勵(lì)磁回路的交流側(cè)接地。（3）轉(zhuǎn)子繞組整體絕緣降低；（4）外部回路和附加元器件接地。針對第（1）、（2）種情況在機(jī)組運(yùn)行時(shí)無法檢測，只能監(jiān)視運(yùn)行，等到停機(jī)時(shí)才能處理；針對第（3）種情況，因內(nèi)冷水電導(dǎo)率一直在規(guī)程規(guī)定的范圍內(nèi)，排除內(nèi)冷水電導(dǎo)率對轉(zhuǎn)子絕緣的影響；針對第（4）種情況，我們對相關(guān)回路進(jìn)行了仔細(xì)檢查和驗(yàn)證，基本排除了外部回路的影響。由此，初步判斷此次轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地可能是勵(lì)磁機(jī)電樞回路或轉(zhuǎn)子繞組本身絕緣降低所致。后接地阻值回升至10 kΩ左右,9月1日2#發(fā)電機(jī)停機(jī)檢修，測得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組絕緣1.5 MΩ，勵(lì)磁機(jī)電樞繞組絕緣0 MΩ。于是對勵(lì)磁機(jī)進(jìn)行吊罩檢查，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁機(jī)電樞端部（發(fā)電機(jī)側(cè)）積灰較多（主要成分為碳粉），清理烘干勵(lì)磁機(jī)端部積灰后，勵(lì)磁機(jī)電樞繞組絕緣上升至0.4 MΩ，9月6日2#發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列。

2#發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行后，為監(jiān)視發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地電阻（Rg）變化情況，對轉(zhuǎn)子接地電阻進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)歸納如下：

9月6日2#發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行后，Rg為300 kΩ；

9 月8 日至12 日，Rg在220～300 kΩ 之間變化，9月12日至22日，Rg穩(wěn)定在300 kΩ；

9 月22 日 至10 月1 日，Rg逐漸降低至80 kΩ左右；

10 月24 日（10 月2 日至23 日2#發(fā)電機(jī)停機(jī)）Rg在100 kΩ左右；

10 月27 日Rg降低至70 kΩ 左右，之后Rg一直在降低；

12 月4 日Rg降低至4 kΩ，當(dāng)日降低至1 kΩ以下；

12月19日Rg恢復(fù)至5 kΩ左右。

期間接地的位置均在50%左右。

由以上轉(zhuǎn)子接地電阻統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可看出，勵(lì)磁機(jī)電樞繞組清灰處理后電樞繞組絕緣有所上升，但仍偏低，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，電樞繞組端部積灰（碳粉）越來越多，電樞繞組絕緣呈下降趨勢。

2017 年12 月21 日2#機(jī)勵(lì)磁機(jī)電樞繞組發(fā)生短路事故，導(dǎo)致2#發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作跳閘。檢查勵(lì)磁機(jī)發(fā)現(xiàn)：勵(lì)磁機(jī)電樞繞組端部（發(fā)電機(jī)側(cè)）有兩處燒融，電樞繞組端部積灰較多（碳粉）。主要原因：由于2#發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)運(yùn)行年限較長，電樞繞組絕緣已老化，隨著電樞繞組端部碳粉積聚，電樞繞組的絕緣持續(xù)下降，導(dǎo)致電樞繞組絕緣最薄弱的兩點(diǎn)通過碳粉短接而燒毀。

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及勵(lì)磁機(jī)燒毀的事故來看，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)檢測的接地電阻Rg基本反映了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路（含勵(lì)磁機(jī)電樞繞組）的絕緣情況。

1.2 第二階段：備用勵(lì)磁機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子接地電阻降低情況

2017 年12 月21 日2#機(jī)勵(lì)磁機(jī)故障燒毀后，更換備用勵(lì)磁機(jī)（1#發(fā)電機(jī)更換下來的），該勵(lì)磁機(jī)與原勵(lì)磁機(jī)各項(xiàng)參數(shù)相同，運(yùn)行年限也相同。2018 年1 月28 日，檢查發(fā)現(xiàn)2#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地電阻Rg低于正常值300 kΩ 且有下降趨勢。轉(zhuǎn)子接地電阻統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下：

1 月28 日至2 月22 日Rg在180～300 kΩ 之間波動(dòng)；

2月22日至2月27日Rg基本穩(wěn)定在300 kΩ；

2 月28 日至3 月20 日Rg在200～120 kΩ 之間波動(dòng)，總體趨勢在降低；

3月15日突然降至88 kΩ；

期間接地的位置均在50%。

由于送修的勵(lì)磁機(jī)需要到4 月中旬才能返廠，且轉(zhuǎn)子接地電阻下降較快，為防止再次發(fā)生勵(lì)磁機(jī)燒毀事故，3 月20 日2#發(fā)電機(jī)停機(jī)檢查，檢查發(fā)現(xiàn)：勵(lì)磁機(jī)電樞繞組端部有大量的碳粉，且勵(lì)磁機(jī)電樞繞組絕緣僅0.1 kΩ。清除碳粉后勵(lì)磁機(jī)電樞繞組絕緣恢復(fù)至10 MΩ，此次停機(jī)在勵(lì)磁機(jī)端部加裝了臨時(shí)在線吹灰裝置。當(dāng)日2#機(jī)組并網(wǎng)后，轉(zhuǎn)子接地電阻Rg為290 kΩ。于是對勵(lì)磁機(jī)端部進(jìn)行在線吹灰，剛開始有一點(diǎn)效果，后期效果不明顯，轉(zhuǎn)子接地電阻也在持續(xù)降低，最低降至75 kΩ，此種情況一直持續(xù)到4月16日。

1.3 第三階段：新勵(lì)磁機(jī)（更換了全部繞組）的運(yùn)行情況

4月16日2#發(fā)電機(jī)停機(jī)小修。停機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)子絕緣0.1 MΩ，勵(lì)磁機(jī)絕緣10 MΩ，因要更換勵(lì)磁機(jī)，故此數(shù)據(jù)未引起重視。4 月21 日開機(jī)前測絕緣：轉(zhuǎn)子回路0.2 MΩ，勵(lì)磁機(jī)回路3 MΩ，符合規(guī)程要求（通水后≥2 kΩ）。4 月22 日發(fā)電機(jī)升壓過程中，升壓至70%空載額定電壓時(shí)轉(zhuǎn)子接地電阻230 kΩ 左右，接地位置在59%，用萬用表測量轉(zhuǎn)子正、負(fù)對地電壓也不對稱（正對地36 V、負(fù)對地26 V，與轉(zhuǎn)子接地保護(hù)檢測的數(shù)據(jù)一致），此數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)子繞組中間位置一點(diǎn)接地的現(xiàn)象相似。為區(qū)分故障范圍，在現(xiàn)場通過技術(shù)手段判斷勵(lì)磁機(jī)絕緣正常，故排除勵(lì)磁機(jī)絕緣低的因素，絕緣低的部位應(yīng)該在轉(zhuǎn)子回路，故要求停機(jī)檢查處理。停機(jī)后測轉(zhuǎn)子絕緣1.5 MΩ，電纜及銅排絕緣為2 MΩ，刷架絕緣為0.2 MΩ，由此初步判斷刷架絕緣低是造成轉(zhuǎn)子接地電阻低的主要因素。于是對轉(zhuǎn)子滑環(huán)的刷架、銅排、絕緣墊塊等相關(guān)附件進(jìn)行徹底清理，清理后轉(zhuǎn)子回路整體絕緣恢復(fù)至0.5 MΩ。2#發(fā)電機(jī)組重新啟動(dòng)，升壓至額定值，轉(zhuǎn)子接地電阻穩(wěn)定在300 kΩ，4 月23 日2#發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行。

5 月1 日2#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地電阻突然降至80 kΩ，接地位置55%，萬用表測量轉(zhuǎn)子正、負(fù)對地電壓對稱，保護(hù)檢測和人工測量的數(shù)據(jù)一致?，F(xiàn)場檢查勵(lì)磁機(jī)和轉(zhuǎn)子回路均未發(fā)現(xiàn)明顯異常，檢查內(nèi)冷水電導(dǎo)率：2#機(jī)內(nèi)冷水電導(dǎo)率為5 μs/cm，符合規(guī)程要求（≤5 μs/cm）。分析認(rèn)為：（1）勵(lì)磁機(jī)為新?lián)Q的，絕緣應(yīng)沒有問題，且開機(jī)時(shí)已排除勵(lì)磁機(jī)絕緣低的情況；（2）轉(zhuǎn)子外部回路（含刷架、絕緣墊塊及相關(guān)回路等）已徹底清理，且未發(fā)現(xiàn)漏油等異常現(xiàn)象，在機(jī)組正常運(yùn)行的情況下，絕緣突然降低的可能性很?。唬?）轉(zhuǎn)子繞組在通水的情況下有1.5 MΩ，說明轉(zhuǎn)子繞組絕緣很好，基本上可以排除轉(zhuǎn)子繞組故障?；谝陨戏治?，結(jié)合前期轉(zhuǎn)子接地電阻波動(dòng)的情況綜合分析，引起轉(zhuǎn)子接地電阻降低的最大可能因素是：內(nèi)冷水電導(dǎo)率。于是對2#發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)電導(dǎo)率調(diào)至3 μs/cm 以下時(shí)，2#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地電阻恢復(fù)至300 kΩ，且穩(wěn)定。

2 影響發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地電阻降低的幾種典型因素

本次2#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地電阻降低的處理過程共分為三個(gè)階段，每個(gè)階段影響轉(zhuǎn)子接地電阻降低的主要因素都不一樣，干擾因素也較多，其中內(nèi)冷水電導(dǎo)率的變化應(yīng)該是最大的、最不明顯的、也是最容易忽略的因素（主要是沒有內(nèi)冷水電導(dǎo)率與轉(zhuǎn)子接地電阻關(guān)系的歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)也受到發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)的限制）。

2.1 第一階段的主要因素

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地電阻Rg降低的主要因素是勵(lì)磁機(jī)電樞繞組絕緣老化，受積聚碳粉的影響，Rg持續(xù)降低，其中內(nèi)冷水電導(dǎo)率的變化引起Rg反復(fù)波動(dòng)。在后期，由于勵(lì)磁機(jī)電樞繞組絕緣已降至很低，內(nèi)冷水電導(dǎo)率的變化對Rg的影響也變得不明顯，但仍有一定的影響（2017 年12 月19 日Rg由1 kΩ 以下恢復(fù)至5 kΩ 可驗(yàn)證），期間，轉(zhuǎn)子接地電阻的位置始終在50%的位置，理論與實(shí)際情況也是一致的。

2.2 第二階段的主要因素

停機(jī)前與第一階段情況基本相同，這從停機(jī)后勵(lì)磁機(jī)的絕緣數(shù)據(jù)（停機(jī)時(shí)僅0.1 kΩ，清理后即恢復(fù)至10 MΩ）可得到驗(yàn)證。從第一階段的運(yùn)行情況來看，該絕緣尚能維持較長時(shí)間的運(yùn)行，但因3月15日轉(zhuǎn)子接地電阻突然由140 kΩ降低至88 kΩ（應(yīng)該是內(nèi)冷水電導(dǎo)率變化引起的），同時(shí)受第一階段勵(lì)磁機(jī)燒毀因素的影響，由于擔(dān)心同類事故的再次發(fā)生，故提前申請停機(jī)對勵(lì)磁機(jī)進(jìn)行清灰處理。從絕緣數(shù)據(jù)來看，本次停機(jī)處理是必要的。

停機(jī)處理后Rg降低的主要因素是內(nèi)冷水電導(dǎo)率的變化和刷架附件絕緣低等兩個(gè)因素，這從4 月16 日停機(jī)時(shí)測量的數(shù)據(jù)可得到驗(yàn)證。因忽略了內(nèi)冷水電導(dǎo)率的影響及無法在線測量轉(zhuǎn)子回路絕緣，同時(shí)受勵(lì)磁機(jī)燒毀事故的干擾，致使誤判勵(lì)磁機(jī)絕緣低，因而造成了不必要的擔(dān)憂和困擾。

2.3 第三階段的主要因素

更換新勵(lì)磁機(jī)后開機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子刷架等附件絕緣低是Rg降低的主要因素，這從滑環(huán)清理后轉(zhuǎn)子接地電阻立即恢復(fù)至300 kΩ的數(shù)據(jù)可得到驗(yàn)證。

并網(wǎng)運(yùn)行后內(nèi)冷水電導(dǎo)率是Rg降低的主要因素，這從內(nèi)冷水電導(dǎo)率調(diào)整至3 μs/cm 以下時(shí)轉(zhuǎn)子接地電阻即恢復(fù)至300 kΩ的情況可得到驗(yàn)證。

3 結(jié)束語

本次2#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地電阻降低故障持續(xù)時(shí)間較長，影響因素主要有勵(lì)磁機(jī)電樞繞組絕緣、轉(zhuǎn)子滑環(huán)及附件絕緣、內(nèi)冷水電導(dǎo)率等三種。三種主要因素相互影響、相互干擾，當(dāng)內(nèi)冷水電導(dǎo)率在5 μs/cm 左右時(shí)，對轉(zhuǎn)子接地電阻影響較大，且會(huì)掩蓋其他影響轉(zhuǎn)子接地電阻降低的因素，因此，建議：

（1）在處理轉(zhuǎn)子接地電阻降低或轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障時(shí)應(yīng)保證內(nèi)冷水電導(dǎo)率在3 μs/cm 以下且應(yīng)保持穩(wěn)定，排除內(nèi)冷水電導(dǎo)率的干擾。

（2）處理轉(zhuǎn)子接地故障應(yīng)先排除外圍回路（包括刷架、絕緣墊塊、接地碳刷、電纜等），即確保外圍回路絕緣良好，防止外圍回路絕緣低引起誤判，造成不必要的停機(jī)損失。

（3）當(dāng)確認(rèn)是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子或勵(lì)磁機(jī)絕緣低造成的，尤其是運(yùn)行年限較長的機(jī)組，應(yīng)盡快停機(jī)處理，防止類似勵(lì)磁機(jī)短路事故發(fā)生。