国产发电机组电气方面的几个问题
国产发电机组运行中存在一些共同的问题，这些问题涉及到设计、施工、运行等诸多方面。论述国产发电机组电气方面的几个问题。
关键词：中国；发电机组；接地碳刷；备用电源；直流小母线；电气接地
在中国电力系统中，国产发电机组占有较大比重，如何使这些机组安全高效率运行，是电力工作者的重要任务。多年的工作经验认识到，国产发电机组运行中存在一些共同的问题，这些问题涉及到设计、施工、运行等诸多方面。
1发电机的接地碳刷问题
由于发电机定子磁场不可能绝对均匀等原因，在发电机转子上便会产生几伏或更高的电势差。由于发电机转子和轴承、大地所构成的回路阻抗很小，就可能形成很大的轴电流。为阻止该电流的形成，制造厂在发电机励磁机侧所有轴承下垫装了绝缘片，把轴电流通路隔断。同时，为了保证大轴与地同电位，应该在发电机汽轮机侧装设大轴接地碳刷。中国制造厂家均提供一个接地碳刷装置(国外厂商有的是提供两个)，而设计部门在设计图纸上根据转子接地保护的要求，将二次保护接线经碳刷连接大轴，这样很多施工单位就把制造厂家供给的接地碳刷作为转子接地保护的“接轴”用了，而该碳刷并没有接地。
发电机大轴在汽轮机侧未接地是有害的。由于发电机大轴对地有电位差，就可能造成大轴通过轴瓦油隙对地放电，造成轴瓦电烧伤。在某些事故情况下危害更大，如果发电机励磁机侧轴承座的对地绝缘(包括连接轴承的油管对地绝缘)遭到损坏，可能会引起很大的轴电流，特别是如果定子线圈发生匝间短路时，该轴电流会更大，不仅会损伤轴瓦，而且还可能因很大的轴电流流过汽轮机轴引起汽轮机有关部件的磁化。
为此，发电机组在安装阶段必须将接地碳刷接地(或经一个小电阻接地)，并且在运行中要注意维护发电机励磁机端各轴承的对地绝缘，特别要注意防止发电机励磁机侧的各测温、测振热工电缆的金属外皮将轴承的对地绝缘短路。
2高压厂用备用电源自动切换问题
高压厂用备用电源自动切换(备用电源自动投入)，中国设计有两种方式：一为无时限快速切换，二为低电压闭锁限时切换(即慢速切换)。
(1) 高压厂用电动机在备用电源投入时所承受的电压分析。
在高压厂用电源因某种原因跳闸后，该段母线上所有电动机将作减速运行，由于电动机的反电势作用，在母线上产生残压。该残压将随时间而衰减，即残压的幅值在渐渐减小，并且和系统的相位差在随时间变化而变化。如图1所示。
Ud——母线上的残压 Us——电源电压
Xs——电源的等值电抗 Xm——母线上电动机组和低压负载的等值电抗(折算到高压厂用电压)
电源切换后，高压厂用电动机上承受的电压Um：
Um=△U·Xm/(Xs+Xm)
令 K=Xm/(Xs+Xm)
则 U=K△U
1) 当实现备用电源切换到母线上时，电动机上将突加一个电压K△U，如△U过大会对电动机造成很大的冲击电流，如果切换时间愈短，则△U愈小，对切换越有利。在《电力工程电气设计手册》(2)第22－1节指出：当K＝0.67时，在0.3 s以前切换时是安全的。
2) θ角随时间的变化，主要和母线上所带大型电动机的容量及特性有关。所以，对于不同容量的发电机组θ角随时间的变化不一样，就是同容量发电机组也因所选主要辅机的不同而不同。
3) 在θ角大约达120°～240°时切换最危险。电动机将承受的冲击电压最大，这可能造成电动机的损坏、损伤或过流保护动作跳闸。
4) 如切换时间过长，一方面机组辅机转速降低过多，造成锅炉运行工况的变坏。另外，母线残压过低，切换后电动机自起动困难，都可能造成机组的运行工况大的扰动甚至停运，这是不希望的。
(2) 快速切换存在的问题。根据机组所选用的辅机的电动机情况，有的机组的高压厂用电切换设计为无时限切换。由于所选用的断路器是国产少油式开关，其合闸时间在0.2 s左右，再加上继电器动作时间，切换时间将长达约0.3 s，所以切换是不安全的。已投入运行的电厂是这种切换方式的，应尽快将高压厂用母线上电源开关改换为合闸速度快的真空断路器或SF6断路器，(其合闸时间是：0.08～0.2 s)这样切换才比较安全。有的进口机组将快速切换限定在150 ms以内，如果切换失败自动转换成慢速切换，这种设计更为合理。
(3) 慢速切换存在的问题。国产机组高压厂用电自动切换采用慢速切换的也不少，设计采用低电压检定加时间闭锁的切换方式，即切换条件有2：① 母线电压低于某值才允许切换；②切换限定在某整定时间内完成。现在的问题是低电压检定继电器和时间闭锁继电器如何整定。既要保证切换一次成功，又要保证高压厂用电动机在切换中不受到过电压冲击，并在电动机允许承受的电压下实现尽快切换。
低电压检定继电器的整定必须考虑最坏的情况，即系统电压和厂用母线残压正好反相时切换。如果备用电源切换瞬间系统电压在高压厂用变压器上的压降约30 V(具体压降值可由计算或试验求得)，为了保证切换时加在母线上高压厂用电动机的电压不超过1.1 Ue，考虑到低电压检定继电器接点闭合到备用电源合闸这一短暂时间内，厂用母线电压仍在降低，所以低电压检定继电器的整定值可整定为45 V，但一般不应大于45 V。
时间闭锁继电器的整定，要保证在整定时间内能可靠完成切换，又不能整定时间过长，以致可能造成的过低电压下切换，使厂用电动机不能自启动。
正确的整定值最好通过试验确定；例如录制机组在正常运行方式下高压厂用电源跳闸时厂用母线残压随时间变化的曲线，以求得在某一低电压检定继电器的整定值下闭锁时间继电器的整定值。
值得注意的是不少国产机组在启动试验时，并未作过细的工作去求得低电压检定继电器和时间闭锁继电器合理的整定值，有的甚至只做静态下厂用电切换试验，不作机组正常运行方式下的切换试验，这样，一是不能保证机组运行中高压厂备用电源自动切换成功，二是即使切换成功了，厂用电动机在切换过程中可能受到过电压的冲击，影响电动机的使用寿命，或者是切换时间过长，使机组运行受到运行工况较大扰动的威胁。
3控制室内直流控制小母线分段问题
按照大多数设计方案，直流电源在控制室内按环行供电方式(平常开环)供给各控制屏。主控制屏直流小母线并不分段。对于主控制室而言，主环控制屏是所有机组和重要出线的控制屏，对于集控方式的大机组而言，当两个机组一个集控室时，两个机组的电气控制屏往往连在一起。这样，当发生控制小母线短路时，或当直流系统发生短路，控制母线小保险未能切断故障，越级引起控制母线直流总保险熔断时，都引起直流控制电源消失。这时，将会使控制室所有保护和远方操作无能为力，若同时电气一次系统发生故障，发电机无法以自动方式和远方手动操作方式隔离电气故障，不能快速切断故障就会造成严重后果。四川省电力公司1994年1月1日华蓥山电厂特大事故就是上述原因造成一台发电机烧毁、两台发电机转子烧损的严重事故。所以，将控制室直流控制小母线分段(大机组可按机组分段)，当发生上述故障时，就可使影响面大大减小，将风险化小。
而将控制小母线分段只是增加一根从直流电源控制屏至主环控制屏的电缆，经济费用很小。
1994年1月1日事故后，该公司推出了“发电厂控制室直流控制小母线分段”的反事故措施，大多数发电厂已认真贯彻执行。而后某一电厂发生了上述类似事故时，仅仅造成一台机组停机，避免了一次重大事故的发生。
4电气接地问题
电气接地是电力系统保证设备和人身安全的重要措施。按其作用分为工作接地、保安接地、防雷接地等。中国电力系统的接地方式一直沿用原苏联的设计方案，用钢作为接地材料。接地体的连线和接地引下线通常采用40×4的扁钢，有的接地引下线甚至采用25×4的扁钢。由于南方气候潮湿，对钢接地线腐蚀快，不同成分的土壤对钢接地体的腐蚀也大不相同，而设计并不考虑对钢接地体的腐蚀的因素。因此运行中的发电厂、变电站因接地线的严重锈蚀或锈断已造成了多次严重的事故。欧美发达国家采用铜材作为接地体和接地线，其截面积大多为240 m2，最小也有120 m2，接地的可靠性和寿命远比中国标准高。为了提高接地系统的可靠性，应该从设计做起，必须考虑各种钢材腐蚀因素对接地体的影响，保证接地系统的使用寿命等于或大于该电厂或变电站的使用年限。可以用加大接地钢材的截面积，或采取一定的防腐措施，在条件特别恶劣的地方可以考虑使用铜材。对已经运行的电气装置，必须定期检查接地系统的锈蚀情况。特别是接地引下线在地表部分最容易锈蚀，必须一根根检查，重点是工作接地引下线(如变压器中性点的接地引下线)和防雷接地引下线。这里必须指出，光靠测量接地引下线的接地电阻并不可靠，因为当引下线尚未锈断时，所测的接地电阻可能是合格的，而当通过很大的接地电流时就可能被熔断，所以必须挖开地面，用敲打的方式检查接地体的锈蚀程度。该公司在这方面作了大量工作，所有的发电厂和变电站都进行了开挖检查，对存在的问题进行了整改，所有接地引下线都已改成了60×6的扁钢。
值得注意的是，工作接地和保护接地必须分别接地。现场安全检查常常发现一些变压器的中性点接地引下线与中性点刀闸的操作机构连结串联接地，这是绝对不允许的。因为系统一旦发生接地故障，对于大电流接地系统可能有数千安的电流通过变压器的中性点接地引下线，这时中性点刀闸的操作把手的电位会很高，直接威胁到操作人员的生命安全。
以上是影响国产机组安全的几个问题，希望引起有关部门领导的重视，采取相应措施，防止事故的发生。
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