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沙角C电厂2号发电机转子接地检测装置改造

 
沙角C电厂2号发电机转子接地检测装置改造
刘兴华,陈宇锋
(沙角C电厂,广东东莞523908)
     :介绍沙角发电C厂2号发电机转子接地检测装置的基本原理和在装置发出报警信号后的分析和判断过程。对该装置出现故障后ALSTOM公司提出的临时检测方案作了分析,指出了该方案的不足之处,提出并实施改进后的临时检测方案。
    关键词:发电机转子;接地检测装置;故障;临时方案

  发电机转子一点接地故障对发电机并不造成危害,但转子绕组流过的电流都很大,如果再发生第二点接地故障,由于故障点流过相当大的故障电流会烧伤转子本体,严重的情况下还可能使轴系和汽机磁化,所以转子两点接地故障的后果是严重的。发电机转子接地检测装置和发电机励磁系统有着紧密的联系,不同机组的励磁系统装置不一样,转子接地检测装置的原理和检查方法也不尽相同。本文对沙角C电厂2号发电机转子接地检测装置发出报警信号后的故障分析和处理过程作简要介绍。在ALSTOM公司提出临时检测方案后,我们分析了该方案的不足之处,提出并成功实施了改进的临时检测方案,在转子接地故障的分析处理和技术改进方面做了一些有益的尝试。
1 2号发电机转子接地检测装置简介
  沙角发电C厂2号发电机励磁系统为旋转二极管无刷励磁系统,转子接地检测装置由三部分组成(见图1):
  a)旋转检测单元(MRET)。包括永磁发电机(PMG),整流电源,故障检测和红外线发射单元,安装在发电机的旋转励磁机端,为转动部分。
  b)信号接收和监视单元。包括红外线接收器、信号处理和报警单元。收到的红外线信号经放大和整形滤波成方波脉冲进行故障判断。
  c)碳刷和刷握单元。转子上的滑环和转子绕组负极相连,在手动给上两个电磁线圈的电源后,电磁线圈驱动碳刷压在滑环上,把碳刷经一个5kΩ电阻器接地,就可以手动模拟转子一点接地,检查转子接地检测装置是否能够正确判断接地故障并发出报警信号到集控室。
2 转子接地报警后的分析处理过程
  2001年10月9日,2号发电机出现转子一点接地报警信号。检查发电机运行正常,机组有功、无功功率和振动水平正常,励磁系统调节信号平稳没有异常的波动信号,也没有其他的异常情况。用美国福禄克公司FLUKE99型示波器观察到信号处理单元的波形是连续、稳定的方波,与表示转子有一点接地故障时的波形吻合。在更换信号接收和监视单元的卡件后该信号仍然存在,可以排除接收单元误报警的可能。10月14日,2号发电机旋转励磁机开盖检查,在拆除连接片XB后,把转子接地检测装置的转动部分,励磁机及旋转二极管(TKJ)和转子绕组都分隔开来,用兆欧表检查各部分的绝缘都满足要求(大于2 GΩ)。10月16日AL-STOM公司的专家要求对2号发电机空载情况下做进一步的检查,证实转子绕组匝间绝缘完好,排除了其他方面因素影响转子接地检测装置正常运行的可能;合上碳刷后,测量碳刷对地电压为37 V(DC),而在正常情况下应为48.9 V(DC),至此可以初步判断为装置本身的故障。
3 ALSTOM公司建议的临时检测方案
  因发电机不可以无转子接地保护装置运行,ALSTOM公司提出了临时检测方案:拆除连接片XB,目的是断开转子检测装置与转子绕组的连接;在碳刷和地之间加装一个10 kΩ,50 W的电阻器R1,由电厂每天一次合上碳刷测量电阻R1回路中的电流,当电流大于2 mA时,说明转子绕组有接地点,如图2所示(图中Rins为正常情况下的绝缘电阻)。但是该方法有明显的不足之处:在转子绕组负极或其附近区域发生接地时,不能发现故障;测量电流随转子绕组电流的大小而变化,不能准确地区分接地故障电流和正常情况下的泄漏电流。
4 转子接地检测装置的临时改进方案
  
由于ALSTOM公司的临时检测方案不能满足转子一点接地检测的要求,我们提出一个改进的临时方案。ALSTOM公司原设计的发电机转子一点接地检测采用叠加直流电压式原理,接线简单,装置结构紧凑,而旋转的检测装置信号传送方式却非常复杂。我们可以仿照其主结构,利用碳刷和滑环,改进临时的手动检测系统。滑环和转子绕组的负极直接相连,在手动给上两个电磁线圈的电源后,电磁线圈驱动碳刷压在滑环上,可以经保护电阻和测量电阻通过碳刷从外部叠加一个直流电压到转子负极上,当转子发生一点接地时,从测量电阻两端的电压来判断转子接地故障。
4.1 分析原转子一点接地检测装置的参数
  根据ALSTOM公司提供的技术资料,研究可得有关的参数:Ufd=498 V;PMG输出电压为80V(AC),最大100 V(AC);碳刷对地电压U≈48.9 V,试验时实测值为50 V;保护电阻器RP的电阻Rp为10.8 kΩ;装置的灵敏度是当转子绕组负极经5 kΩ的电阻接地时,流过测量电阻器RM的电流为3 mA。
4.2 改进后的检测系统
  改进后的检测系统与原旋转检测装置基本相同,如图3所示。
  按照原ALSTOM公司的设计思想,当接地电阻器RE的电阻Re=5 kΩ时,取转子负极经RE接地为最不灵敏,这时在回路中流过的电流应当为3 mA。
    目前现有的电源模块输出电压为52 V。
  当检测回路上负极经5 kΩ接地电阻接地时,回路中总的电阻值为
式中,Rm为测量电阻器RM的电阻。在这里,我们设Rp=10kΩ,Rm=1.3kΩ。
4.3 在正常和故障时的等价回路
  将图4所示的检测系统简化成等价电路。其中Rins为正常情况下的绝缘电阻,假定为200 MΩ。
  a)正常情况下,等价电路如图5所示。经计算得到I=1.5μA,URM≈0 V。
  b)负端经过渡电阻接地时,等价电路如图6所示。此时,流过Rins(200 MΩ)的电流可以忽略不计。经计算得到I=3 mA,URM=3.9 V。
  c)正端经过渡电阻接地时,等价电路如图7所示。经计算得到I=33.7 mA,URM=43.8 V。
  可以看出,改进后的检测方法动作非常灵敏,不存在任何死区。
5 现场安装
  改进后的手动转子一点接地检测装置结构简单,对电源、附加电阻和测量精度方面要求不高,所以可以选用现有的ALSTOM生产的TAA1型直流电源模块,输出直流电压为48 V,空载时可达53 V,最大直流电流输出为2 A,远大于发电机转子正端经过渡电阻接地时要求装置短时输出33.7mA的要求,电阻器RP,RM均采用标准的AW1602型陶瓷管电阻,功耗达89 W,可完全满足性能方面的要求。在现场选择靠近发电机的碳刷线圈控制柜内安装电源模块、电阻和空气开关,同时从旁边的励磁系统旋转二极管非导通检测控制柜取得230 V交流电源。在不需要增加现场机柜和电缆,也不需要额外增加设备投资的情况下,仅利用现有的元件,就完成了该临时性装置的组装,接线简单,安装简便快捷。
6 现场调试及应用
6.1 调试
  安装完毕,参照图3作下述调试:
  a)检查控制电源110 V(DC)和电源模块230V(AC)电源正常;
  b)合上空气开关Q1,检查端子A,N间的电压,即电源模块的直流电压输出应为52 V左右;
    c)合上空气开关Q2;
  d)按下按钮SB,电磁线圈通电后驱动碳刷压紧在转轴的滑环上;
  e)测量端子B,N间的电压,即测量电阻器RM两端的电压。
  注意电磁线圈通电的时间应尽可能短些,以延长碳刷的使用寿命,同时该测量电压会由测量开始瞬间迅速衰减到一个稳定的数值,这就是所需要的测量电压。
  URM为3.9 V或43.5 V,并不一定对应转子绕组负极经5 kΩ接地或正极经5 kΩ接地,也可以是转子绕组上任一点经不同电阻接地。以转子绕组负极经5 kΩ接地为最不灵敏的情况计算,URM>3.9 V时,转子绕组有接地故障,应检查确认;URM≈0 V时,系统正常。
6.2 应用
  改进后的2号发电机转子接地检测临时装置于2001年10月22日投入使用至今。在原转子接地检测装置更换备品前,主要依靠该临时装置检测转子的绝缘。日常测量的方法与前面所述的调试步骤基本相同。分析这段时间的测量数据,得出如下结论:该装置电源模块输出电压稳定,对应不同的发电机有功和无功功率,测量电压稳定在0.010 V(DC)左右,不跟随负荷变化而有明显的波动(这表明发电机转子绝缘良好),可以准确有效地检测发电机转子一点接地故障;从现场的使用情况看,该装置操作简便,测量数据直观准确,由于整套装置安装在机柜内,防尘,防潮,防误触碰,因而在投入使用后没有发生过装置故障,有免维护和使用方便的优点。
7 结束语
  通过提出并实施沙角C电厂2号发电机转子接地检测装置改进的临时检测方案,我们依靠成熟可靠的技术理论,结合现场的实际情况,以投入最少的设备投资和人力资源,有效地解决了发电机转子接地检测的难题,保证了机组的安全和稳定运行。同时,我们也在发电机转子接地检测方面积累了运行和检修经验。
 
 

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