发电机转子一点接地保护原理图(附案例)

一、某厂发电机组及励磁系统概述

某厂一台发电机是由东莞电机厂有限责任公司生产的QFSN-660-2型三相同步汽轮发电机，采用水氢氢冷却方式，励磁方式采用静态励磁。发电机为三相交流隐极式同步发电机，采用整体全封闭、内部氢气循环、定子绕组水内冷、定子铁心及端部结构件氢气表面冷却、转子绕组气隙取气氢内冷的冷却方式。发电机定、转子绕组均采用F级绝缘。发电机组于2009年9月正式投产。

二、发电机转子接地保护装置原理简述

发电机转子一点接地保护装置为南京南瑞RCS-985RE保护装置，该装置采用注入式转子接地保护原理，在转子绕组的正负两端或其中一端（通常选择负端）与大轴之间注入一个48V电压，通过装置内部电子开关定时切换，实时求解转子对地绝缘电阻值，注入电压由保护装置自产，保护反映发电机转子对大轴绝缘电阻的下降。

转子一点接地保护。可根据现场转子绕组的引出方式，选择双端注入式或单端注入式转子接地保护原理，在转子绕组的正负两端（或负端）与大轴之间注入一个48V电压，通过装置内部电子开关定时切换，使得外加电源模块输出偏移方波电压，实时求解转子一点接地电阻，保护反应发电机转子对大轴绝缘电阻的下降。双端注入式和单端注入式转子接地保护的工作电路如图1和图2所示，图中Rx为测量回路电阻，Ry为注入大功率电阻，Us为注入电源模块，Rg为转子绕组对大轴的绝缘电阻。一点接地设有两段动作值，灵敏段动作于报警，普通段可动作于信号也可动作于跳闸。

图1：双端注入式转子接地保护原理

图2：单端注入式转子接地保护原理

转子两点接地保护。若转子一点接地保护动作于报瞥方式，当转子接地电阻Rg小于普通段整定值，转子一点接地保护动作后，经延时自动投人转子两点接地保护，当接地位置α改变达一定值时判为转子两点接地，动作于跳闸。

三、环球电机分析发电机转子一点接地保护报替原因

1、故障现象及现场检查情况

2013年某日，该机组DCS系统发“发电机转子一点接地’’报警信号，专业人员到设备就地进行检査，转子接地保护装置检测到接地电阻值在0.3K到300K之间波动，装置一点接地报警持续发出。专业人员现场用万用表测量励磁正对地负对地电压也出现较大幅度波动现象《检查转子滑环处无明显积油、积灰现象、打开励磁封母两端及转角处盖板检査直流励磁母线室内无杂物及接地现象。检査发电机大轴接地碳刷与大轴间的接触部位发现存在油渍较多，将大轴接地碳刷取下后转子接地保护装置检测到接地电阻值在300Ω稳定。后经过对发电机转子大轴及接地碳刷清理后，发电机“发电机转子一点接地”报警信号消除。

2、原因分析

发电机转子接地保护为双端注入式转子接地保护，原理图见图1。气当大轴接地碳刷与大轴脱离或者虚接，转子接地保护装置注入的脉冲电源将不再形成回路，回路中检测不到电流，装置也就获取不到回路电阻信息，电阻信息将是虚飘的，所以会出现回路电阻显示剧烈波动现象，导致转子接地保护一点接地报警。专业人员在现场用万用表测量励磁正对地负对地电压时有较大幅度波动这一现象，是由于大轴接地碳刷不再接地，导致整个励磁回路完全与大地悬空隔离，造成测量正对地、负对地会出现较大幅度波动。当接地碳刷接地后，整个转子回路对地将会有一个基准点，所以再测量时就不会出现较大幅度波动。

发电机转子大轴脏污造成接地碳与大轴接触不良，是导致转子接地保护一点接地报警的根本原因。

四、大轴接地相关探讨

轴电压是指发电机转子在全速旋转时，在发电机转子两侧形成的电位差。产生轴电压大致有以下原因：发电机定子与转子间隙不均匀；定子铁心局部磁阻较大（如定子铁心生锈等)；高速蒸汽产生的静电；励磁电源中的高次谐波等。尤其高速蒸汽产生的静电等原因使轴带电荷，这种性质的轴电压有时很高，但不容易传导到发电机励侧。由于轴瓦处有油膜存在，使旋转的大轴与大地分开，大轴本身在旋转中并不接地，这种性质轴电压很可能会破坏发电机汽侧的轴承和油膜，通常在发电机汽侧轴上安装接地碳刷来消除。在汽侧油膜短接接地后，转子轴电压得到重新分配，发电机励侧油膜压降增大，所以也必须考虑油膜上电流密度的大小，保证不使油膜击穿。在接地碳刷接触不良时，轴电压产生的电流就可能引起轴颈表面和轴瓦的电烧伤，而且接地碳刷到保护盘之间的电缆在旋转的强磁场作用下产生感应电势，该电势直接影响转子接地保护的正常工作，可能会使转子接地保护误动。

大轴接地碳刷在运行中容易受油污的影响，从而影响转子轴电压的分布与转子一点接地保护的正常工作。建议应加强对发电机接地碳刷的日常维护检査，并定期检査大轴接地碳刷与大轴的接触情况、清理大轴上的油污，保证大轴接地可靠。

五、结束语

根据运行实践来看，发电机的轴电压、大轴接地情况往往直接影响转子接地保护的正常运行。大轴的可靠接地对消餘转子上由叶片产生的静电荷、稳定发电机的轴电压分布以及对转子进行屏蔽和避免转子一点接地保护误动都是非常重要的，日常工作中要特别注意对发电机大轴接地情况的维护和保养。