于凯，薛松，袁飞帆，王鹏

（1.中电投河南电力有限公司技术信息中心，郑州450000；2.国网河南省电力公司平顶山供电公司，河南平顶山467000）

0 引 言

转子一点接地是汽轮发电机常见的故障形式之一。一点接地不会对发电机造成损坏，但是如果不能及时处理，可能会发展为两点接地，导致烧伤转子本体以及励磁绕组，引起发电机振动，甚至造成发电机和汽轮机轴系磁化。因此，大型汽轮发电机都装设有一点接地保护监测装置［1］。

实际应用中，运行人员监测到转子一点接地保护装置动作信号后应首先排查故障点，确认故障后投入两点接地保护。由于需要排查的环节多，且运行中无法检查发电机内部，因此要确定是转子回路出现故障还是保护装置误报警有很大的难度。

从近年来同类发电机的运行实践来看，造成转子接地保护误报警的发生有多种可能：（1）保护装置设计不完善［2］；（2）接地装置接线不当［3］；（3）接地装置不可靠等［4-6］。

1 报警及处理经过

（1）机组型号

某火电厂发电机型号为QFSN-1030-2-27型三相隐极式同步发电机，冷却方式为水氢氢，励磁系统为某公司的EX2100B励磁装置。

（2）转子接地保护配置

发电机配置有RCS-985RE直流方波注入式（以下简称注入式）和RCS-985RS乒乓式两种转子接地保护装置。在发电机汽端，用一对呈90°布置的铜辫实现大轴接地，并组成转子接地保护的一部分。正常运行时，投入注入式保护，乒乓式保护备用。

（3）保护动作情况

2015年11月，该厂1#发电机运行中，注入式保护装置间断发出“发电机转子一点接地”报警信号。现场检查发电机集电环、碳刷架、励磁柜［7］，未发现接地点。运行人员退出注入式保护，切换到乒乓式保护后，乒乓式保护同样发“发电机转子一点接地”报警信号。在准备降负荷停运1台整流柜（共4台）继续排查时，现场人员发现发电机汽端两处接地铜辫均出现不同程度的打火，检查时发现铜辫上积有油泥，怀疑是造成打火的直接原因。用压缩空气吹扫铜辫清除油泥后，打火现象消失，保护装置报警信号也随之消失，说明转子接地保护报警正是由接地铜辩打火所致。

2 原因分析

就国产注入式保护和乒乓式保护来说，文献［5］详细分析了大轴接地碳刷接地不可靠引起的保护测量回路地电位的变化，解释了注入式保护装置误报警的原因；文献［8］分析了正常情况下和转子绕组接地后注入式保护装置回采电压的差异，阐述了注入式保护的动作原理。本文主要从注入式保护和乒乓式保护的数学模型出发，对大轴接地铜辫与大轴接触不可靠时对保护装置的影响进行理论分析。

当接地铜辫的接地不良时，相当于增加了转子绕组的对地绝缘电阻，理论上这种情况应该导致保护装置拒动而不是造成报警误发。实际上，上述分析仅适用于稳定的接地不良情形；而接地铜辫处出现的打火属于间歇性的接地不良。

下面分别分析这种现象对注入式保护和乒乓式保护的影响。

2.1 注入式保护报警分析

注入式保护的原理如图1所示。

保护装置在转子绕组两端注入±48 V的方波电压Us。通过其分别为正负时，流经测量电阻Rx的电流i、i′计算转子绕组绝缘电阻Rg［9］，与整定值进行比较。假设保护装置采样过程中转子电压不变，由回路电流法可得（大轴接地良好）：

图1 注入式保护原理图Fig.1 Schematic diagram of injection protection

接地铜辫接地不良时，如图2所示，可以认为在大轴绝缘电阻和大地之间串接了一个接触电阻Rj，接地铜辫打火时，接触电阻消失。考虑下列两种极端情况对注入式保护的影响：（1）方波电源为正值时接触电阻为Rj，负值时接触电阻为0；（2）方波电源为正值时接触电阻为0，负值时接触电阻为Rj［6］。

图2 大轴间歇性接地时注入式保护示意图Fig.2 Schematic diagram of injection protection when the shaftwas grounded intermittently

其与实际值的变化量为：

式中：

需要说明的是，式（1）～式（4）与文献［6］对应的表达式不同，本文按照回路电流法对上述表达式进行了修正。可以看出，由于接地铜辫间歇性接地，当i′＞i时，△Rg＜0，绝缘电阻测量值比实际值小，当小于整定值时，保护装置报警。从公式（4）可见，由于分子中Rj的存在，容易满足i′＞i。

对第2种情况，绝缘电阻测量值设为R′g，可得：

其与实际值的变化量为：

式中：

同上，由于接地铜辫的间歇性接地，当i＞i′时，△Rg＜0，绝缘电阻测量值比实际值小，当小于整定值时，保护装置报警。由式（7）可见，由于分子中Rj的存在，也容易满足 i＞i′。

2.2 乒乓式保护报警分析

乒乓式保护的原理接线如图3所示。

图3 乒乓式保护原理图Fig.3 Schematic diagram of Ping Pong protection

乒乓式保护通过S1闭合、S2断开（回路1，2电流分别为 i1，i2），以及 S1断开、S2闭合（回路 1，2电流分别为i1’，i2’）两种状态下回路方程计算绝缘电阻Rg［10］，与整定值进行比较。假设保护装置采样过程中转子电压不变，计算式如下（大轴接地良好）：

同注入式保护相似，接地铜辫接地不良时，如图4所示，可以认为在大轴绝缘电阻和大地之间串接了一个接触电阻Rj。接地铜辫打火时，接触电阻消失。考虑下列两种极端情况对乒乓式保护的影响：（1）S1闭合、S2断开时接触电阻为Rj，S1断开、S2闭合时接触电阻为0；（2）S1闭合、S2断开时接触电阻为0，S1断开、S2闭合时接触电阻为Rj［6］。

图4 大轴接地不可靠时的乒乓式保护示意图Fig.4 Schematic diagram of Ping pong protection when the shaft grounds intermittently

其与实际值的变化量△Rg为：

式中：

需要说明的是，式（9）～式（11）与文献［6］对应的表达式不同，本文按照回路电流法对上述表达式进行了修正。由上述公式可以看出，由于接地铜辫的间歇性接地，当时，△Rg＜0，绝缘电阻测量值比实际值小，当满足装置的整定值时，保护装置报警。

其与实际值的变化量为：

式中：

3 结束语

通过对运行过程中发电机转子接地保护装置发“转子一点接地”报警信号的排查，确定接地铜辫处油泥污染引起的间歇性接地是造成本次误发报警的原因。理论分析从数学模型上验证了其误动机理。

该型号发电机配置的RCS-985RE直流方波注入式和RCS-985RS乒乓式两种转子接地保护装置在国内已经普遍应用，设计成熟，电厂的日常维护工作到位，保护装置自身环节造成的误报警可能性很小。但是发电机支持轴瓦或密封油瓦渗漏的油雾容易造成发电机大轴接地装置的污染，引起大轴接地不可靠，进而可能引发转子接地保护装置误报警，由于正在运行的发电机故障排查难度大，因此影响了运行人员的正常操作，甚至导致运行人员误判。上述分析对发电机运行维护具有参考意义。