论文部分内容阅读
[摘 要]发电机转子接地是常见的故障，一旦发生转子接地，必这就会影响到发电机的正常运行，造成经济损失，因此须快速排除设备故障，制定日常维护标准。
[关键词]转子接地、发电机保护
中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0092-01
引言：山东莱芜钢铁烧结余热12MW发电机组，额定电压10.5KV，容量12MW，采用交流无刷励磁机，双通道调节励磁控制系统。本文通过故障特点，在结合保护装置进行原因分析，对接地故障起因、演变分析等，在结合实际检测接地方法，判断转子接地点区域。
1.发电机转子接地特点与分析
1.1 发电机转子接地因素
由于发电机在运行时受到多方面的因素影响，包括环境温度、粉尘、发电机负荷、热力变化、转子绝缘稳定和变化、电磁牵引力、机械力等。由于发电机转子绝缘回路是最薄弱的部分，转子处于机械性高速运行（转子转速3000r/min），使得转子线圈受到较大的离心力和持续高温作用下，在长时间的离心力作用下，发电机在启停时由热态转为冷态（发电机正常运行和停机检修的状态），出现转子铜排线热胀冷缩，这样会使转子绕组产生松动，加上受到连续高温的影响使绝缘老化，在冷却空气掺杂的带有静电的粉尘，带入发电机转子里面等，这些各种因素及易造成转子的绝缘破坏性接地故障的发生，危害发电机的正常安全运行。
1.2 发电机转子接地形成演变及现象
在两点接地故障中，转子励磁线圈接地被分割，形成部分匝间被短路，转子绕组整体的直流电阻变小，表现励磁回路的电流突然增大，若被短路的转子绕组的匝间较多，将会使发电机励磁气隙的主磁通发生严重的不均匀，主磁通大量的减少，使发电机向电网输送的无功功率明显的减少，励磁电压和发电机的端电压下降，此时发电机的电流显著增大，转子绕组的励磁被短路后，励磁回路磁通平衡被破坏，导致发电机的整体产生强烈的振动，引起发电机的共振，这将会给发电机带来严重的机械损伤。
1.3 发电机负荷对转子绝缘的影响：
发电机正常运行时，一般不允许过负荷，只有当电力系统发生故障时（如上级电网突然发生线路跳闸）失去一部分电源时，为了维持电力系统的稳定运行，才允许发电机在短时间运行内过负荷运行。短时间内的过负荷对发电机绝缘寿命影响不大，但长时间对发电机的绝缘就有一定的影响，绝缘经过一定的时间和长期的负荷增大同时输出电流的增大，会使发电机的绝缘材料变脆、介质损失角增大，就容易引起绝缘击穿，引起定子和转子的接地故障。
2.发电机的转子接地保护装置反应分析：
2.1 发电机正常运转时，转子绕组励磁回路对地之间有一定的电气绝缘电阻和分布电容。当励磁绕组的绝缘严重下降或损坏时，会引起转子励磁回路的接地故障。最常见的转子励磁回路一点接地，一点接地后的励磁回路电压对地将升高，出现一点接地时保护动作并发出信号报警。
2.2 转子一点接地的保护主要有以下几种：
a.电桥式（存在动作死区，不完善）；
b.叠加直流电压式；
c.叠加交流电压式；
d.切换采样式等。
2.3 12MW烧结余热发电机转子接地采用切换采样式保护：
其工作原理是一点接地电路保护图。接地故障点K将转子绕组分为a和1-a两部分（a为转子绕组的百分数），Rg为故障点的过滤电阻，图中由4个电阻R和1个信号电阻R1组成两个网孔的直流回路。两个电子开关S1和S2轮流接通。
即S1接通、S2断开时，可以得到一组回路方程为：
（R+R1+Rg）I1-（R1+Rg）I2=aE （1-1）
-（R1+Rg）I1+（2R+R1+Rg）I2=（1-a）E （1-2）
Rg=ER1/3△U-R1-2R/3 （1-3）
a=1/3+U1/3△U （1-4）
其中，U1=R（I1-I2）；△U=U1-KU2；K=E/ E1；U2=R1（I11- I21）。
以上的几个公式中E，E1，I1，I11，I2，I21都可以直接由微机保护采样获得，利用微机保护的计算能力，可以直接从公式（1-3）求的故障点的过度电阻值Rg，并从公式中（1-4）
确定一点故障的位置a，保护定置设定后，当出现转子接地时保护装置发出接地报警。
3.发电机转子接地检查和检测方式
3.1转子接地反应出的现象 ：发电机出现转子接地故障时，反应在转子电压偏移，正极电压或是降低，而反应在负极电压或是升高现象，同时保护一点接地装置发出报警信号，当出现两点接地时发电机整体会产生强烈的振动，表现发电机的输出无功明显减少，励磁电压和发电机端电压下降，而定子电流和励磁电流可能会增大，转子过负荷、转子过过热，功率因数升高等，此时投入的两点接地发出跳闸动作。
3.2对烧结余热发电机转子接地检查方式：通常是在线对转子绝缘测量和停机直阻测量。12MW烧结余热发电机转子保护装置通过转子滑环的正负并联转子绕组构成检测信号。
对综保装置的检查和测量，主要判断保护逻辑电路是否有故障和灵敏度失灵而产生误动现象，对保护装置的静态测试， 常用数字万用表的直流电阻测试，对综保的两个正负信号输入端进行直阻对地测量。 结论：发电机转子接地故障，会造成发电机的停机，给发电企业带来一定的经济损失。所以必要的维护和定期检查发电机转子外，还要定时对发电机的保护装置的必要的测试和效验，必要时对保护装置进行升级，以保证发电机的保护装置的灵敏度和可靠性。
参考资料：电力系统继电保护发电机（第二版） 主编；施怀瑾
电力系统继电保护测试技术 主编；王大鹏
作者：王炳文，男，52岁，山东钢铁集团莱芜分公司设备检修公司高级技师，从事电气设备管理与维修工作。
[关键词]转子接地、发电机保护
中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0092-01
引言：山东莱芜钢铁烧结余热12MW发电机组，额定电压10.5KV，容量12MW，采用交流无刷励磁机，双通道调节励磁控制系统。本文通过故障特点，在结合保护装置进行原因分析，对接地故障起因、演变分析等，在结合实际检测接地方法，判断转子接地点区域。
1.发电机转子接地特点与分析
1.1 发电机转子接地因素
由于发电机在运行时受到多方面的因素影响，包括环境温度、粉尘、发电机负荷、热力变化、转子绝缘稳定和变化、电磁牵引力、机械力等。由于发电机转子绝缘回路是最薄弱的部分，转子处于机械性高速运行（转子转速3000r/min），使得转子线圈受到较大的离心力和持续高温作用下，在长时间的离心力作用下，发电机在启停时由热态转为冷态（发电机正常运行和停机检修的状态），出现转子铜排线热胀冷缩，这样会使转子绕组产生松动，加上受到连续高温的影响使绝缘老化，在冷却空气掺杂的带有静电的粉尘，带入发电机转子里面等，这些各种因素及易造成转子的绝缘破坏性接地故障的发生，危害发电机的正常安全运行。
1.2 发电机转子接地形成演变及现象
在两点接地故障中，转子励磁线圈接地被分割，形成部分匝间被短路，转子绕组整体的直流电阻变小，表现励磁回路的电流突然增大，若被短路的转子绕组的匝间较多，将会使发电机励磁气隙的主磁通发生严重的不均匀，主磁通大量的减少，使发电机向电网输送的无功功率明显的减少，励磁电压和发电机的端电压下降，此时发电机的电流显著增大，转子绕组的励磁被短路后，励磁回路磁通平衡被破坏，导致发电机的整体产生强烈的振动，引起发电机的共振，这将会给发电机带来严重的机械损伤。
1.3 发电机负荷对转子绝缘的影响：
发电机正常运行时，一般不允许过负荷，只有当电力系统发生故障时（如上级电网突然发生线路跳闸）失去一部分电源时，为了维持电力系统的稳定运行，才允许发电机在短时间运行内过负荷运行。短时间内的过负荷对发电机绝缘寿命影响不大，但长时间对发电机的绝缘就有一定的影响，绝缘经过一定的时间和长期的负荷增大同时输出电流的增大，会使发电机的绝缘材料变脆、介质损失角增大，就容易引起绝缘击穿，引起定子和转子的接地故障。
2.发电机的转子接地保护装置反应分析：
2.1 发电机正常运转时，转子绕组励磁回路对地之间有一定的电气绝缘电阻和分布电容。当励磁绕组的绝缘严重下降或损坏时，会引起转子励磁回路的接地故障。最常见的转子励磁回路一点接地，一点接地后的励磁回路电压对地将升高，出现一点接地时保护动作并发出信号报警。
2.2 转子一点接地的保护主要有以下几种：
a.电桥式（存在动作死区，不完善）；
b.叠加直流电压式；
c.叠加交流电压式；
d.切换采样式等。
2.3 12MW烧结余热发电机转子接地采用切换采样式保护：
其工作原理是一点接地电路保护图。接地故障点K将转子绕组分为a和1-a两部分（a为转子绕组的百分数），Rg为故障点的过滤电阻，图中由4个电阻R和1个信号电阻R1组成两个网孔的直流回路。两个电子开关S1和S2轮流接通。
即S1接通、S2断开时，可以得到一组回路方程为：
（R+R1+Rg）I1-（R1+Rg）I2=aE （1-1）
-（R1+Rg）I1+（2R+R1+Rg）I2=（1-a）E （1-2）
Rg=ER1/3△U-R1-2R/3 （1-3）
a=1/3+U1/3△U （1-4）
其中，U1=R（I1-I2）；△U=U1-KU2；K=E/ E1；U2=R1（I11- I21）。
以上的几个公式中E，E1，I1，I11，I2，I21都可以直接由微机保护采样获得，利用微机保护的计算能力，可以直接从公式（1-3）求的故障点的过度电阻值Rg，并从公式中（1-4）
确定一点故障的位置a，保护定置设定后，当出现转子接地时保护装置发出接地报警。
3.发电机转子接地检查和检测方式
3.1转子接地反应出的现象 ：发电机出现转子接地故障时，反应在转子电压偏移，正极电压或是降低，而反应在负极电压或是升高现象，同时保护一点接地装置发出报警信号，当出现两点接地时发电机整体会产生强烈的振动，表现发电机的输出无功明显减少，励磁电压和发电机端电压下降，而定子电流和励磁电流可能会增大，转子过负荷、转子过过热，功率因数升高等，此时投入的两点接地发出跳闸动作。
3.2对烧结余热发电机转子接地检查方式：通常是在线对转子绝缘测量和停机直阻测量。12MW烧结余热发电机转子保护装置通过转子滑环的正负并联转子绕组构成检测信号。
对综保装置的检查和测量，主要判断保护逻辑电路是否有故障和灵敏度失灵而产生误动现象，对保护装置的静态测试， 常用数字万用表的直流电阻测试，对综保的两个正负信号输入端进行直阻对地测量。 结论：发电机转子接地故障，会造成发电机的停机，给发电企业带来一定的经济损失。所以必要的维护和定期检查发电机转子外，还要定时对发电机的保护装置的必要的测试和效验，必要时对保护装置进行升级，以保证发电机的保护装置的灵敏度和可靠性。
参考资料：电力系统继电保护发电机（第二版） 主编；施怀瑾
电力系统继电保护测试技术 主编；王大鹏
作者：王炳文，男，52岁，山东钢铁集团莱芜分公司设备检修公司高级技师，从事电气设备管理与维修工作。