發電機轉子一點接地故障的分析、查找與處理

【摘要】發電機是水電廠的主要設備，當發電機發生一點接地故障后，要及時排查處理，以免擴大發生轉子兩點接地故障，造成發電機損壞，給企業造成經濟損失，同時也影響到電網的穩定和電能質量。文章介紹了一點接地的危害，轉子一點接地保護原理，發生一點接地時的判斷分析。結合某水力發電廠發電機組發生的轉子一點接地故障，介紹了故障查找思路，分析其原因，提出處理辦法。

【關鍵詞】發電機；轉子；一點接地；動態；原因分析

1、轉子接地危害

發電機正常運行時，發電機轉子電壓（直流電壓）有幾百伏左右，勵磁回路對地電壓約為勵磁電壓的一半，機組正常運行時轉子對地電壓為約為110V左右，轉子繞組及勵磁系統對地是絕緣的。因此，當轉子繞組或勵磁回路發生一點接地時，不會構成對發電機的危害。但轉子發生一點接地后更容易發生兩點接地。因為發電機轉子一點接地后勵磁回路對地電壓將有所升高。如當勵磁回路的一端發生金屬性接地故障時，另一端對地電壓將升高為全部勵磁電壓值，即比正常電壓值高出一倍。

在發生轉子一點接地故障時運行，當切斷勵磁回路中的開關或一次回路的主斷路器時，將在勵磁回路中產生暫態過電壓，在過電壓作用下，可能將勵磁回路中絕緣薄弱的部位擊穿，從而出現第二個接地點。當發電機轉子繞組出現不同位置的兩點接地或匝間短路時，會產生很大的短路電流，極有可能損傷轉子本體；另外，由于部分轉子被短路，使氣隙磁場變得不均勻或發生畸變，從而使發電機轉動時所受的電磁轉矩不均勻并造成發電機振動，損壞發電機。發生兩點接地導致機組甩負荷停機，造成非正常停機事故，影響電網的穩定和電能的質量，造成經濟損失，而企業則將面臨上級部門較為嚴厲的考核。

2、轉子一點接地保護原理

以某水電廠采用的北京四方CSC300保護裝置為例。轉子一點接地保護反應轉子對大軸絕緣電阻的下降。采用“乒乓式”變電橋原理，其設計思想是：通過電子開關S1、S2輪流切換，改變電橋兩臂電阻值的大小。通過求解三種狀態下的回路方程，實時計算轉子接地電阻和接地位置。保護測量電路原理圖如下圖所示。圖中，S1、S2為兩個受控的電子開關，U1、U2、U3為三個被測電壓，Rg為轉子對大軸接地電阻。

保護測量電路原理圖

保護的動作判據為

Rg﹤Rs

式中：Rg為接地電阻值，分兩段，高定值段為靈敏段，僅發信；低定值段可發信也可出口。

3、發電機轉子接地故障判斷確認

轉子回路一點接地時，因一點接地形不成電流回路，故障點無電流通過，勵磁系統仍保持正常狀態，不影響機組的正常運行。看轉子一點接地信號能否復歸，若能復歸則為瞬時接地；若不能復歸，則用萬用表測量轉子正負極對地電壓，如發現某極對地電壓降為零，另一極對地電壓升至全電壓，說明確實發生了一點接地。

4、轉子一點接地故障常見原因

發電機轉子接地有一點接地和兩點接地，可能發生轉子層間和匝間短路故障。轉子接地有瞬時接地、斷續接地、永久接地之分，也有內部接地和外部接地，金屬性接地和電阻性接地之分。轉子一點接地故障常見原因：

（1）轉子外部接地：轉子勵磁電纜接地、碳刷架燒損、轉子勵磁電纜因鐵線夾得太緊造成絕緣降低、磁極連線絕緣破損、轉子引線絕緣破損、碳刷粉塵過厚；

（2）轉子內部接地：磁極上游側螺桿受潮接地、磁極線圈與鐵芯間有絲狀物插入造成接地、磁極上游側線圈與鐵芯的縫隙有油泥引起接地；

（3）保護裝置回路引起接地：大軸一點接地回路端子松動導致不平衡發轉子接地信號、保護裝置回路設備老化造成誤發轉子接地信號。

5、發電機運行中發轉子一點接地故障處理

當發電機在運行中發生轉子一點接地故障時，按規程，如故障不能消除，運行兩小時應停機檢查處理。發生轉子一點接地故障后，當班的運行人員應申請停機檢查：

（1）校驗轉子一點接地保護裝置，確認轉子是否真接地；

（2）對機組轉子回路的絕緣檢查，確認轉子回路是否有接地，接地點在哪個部位；

（3）檢查轉子外部和內部設備，以碳刷為分界點，判斷接地點位置；

（4）檢查保護的控制回路接線和端子。

6、某水電廠發生發電機組轉子一點接地故障處理實例

2015年1月某水力發電廠發電機組保護發轉子一點接地信號。專業人員嘗試復歸轉子接地信號，發現無法復歸，判定不是瞬間接地。則用萬用表測量轉子正負極對地電壓，發現正極對地電壓降為零，負極對地電壓升至全電壓，說明確實發生了一點接地。

發電機組停機檢查，專業人員在機組靜態下拉開轉子一點保護和滅磁開關，用1000V搖表檢查勵磁大線及轉子絕緣良好，絕緣值為150MΩ。單獨檢查轉子絕緣也是良好，絕緣值為150MΩ。檢查二次回路正常，到此基本可以判定轉子是在動態時才發生轉子一點接地。

開機空轉，再次檢查轉子絕緣，絕緣值為150MΩ。當轉速上升到額定轉速35%時絕緣值突然下降至0.08 MΩ。停機后，當轉子轉速下降到35%時，轉子絕緣值快速上升，達50 MΩ。我們發現轉子高速轉動時才會發生一點接地，懷疑方向有兩個：

（1）轉子一點接地保護裝置有電纜破損，在轉子高速轉動時發生震動導致轉子一點接地保護裝置電纜發生接地。

（2）轉子高速轉動時，由于離心力的作用迫使轉子部件發生移動，造成轉子某一部件接地。

針對懷疑方向一進行檢查：取下轉子一點接地碳刷，隔離轉子一點接地保護裝置再次開機試驗，發現情況依然存在，排除。

針對懷疑方向二進行檢查：打開發電機蓋板，進入上風洞檢查轉子引線及磁極連接線，檢查發現有一相轉子引線在一個拐角處與發電機上機架靠得非常近，

兩者之間的距離大概為5mm左右，此處的引線絕緣有磨損現象。磁極連線檢查沒有發現破損點。專業人員分析此處引線在轉子高速轉動時受離心力壓迫后碰到機組上機架的概率極高。在轉子引線磨損點和上機架之間墊入一層環氧板，用玻璃絲帶扎好。再次開機試驗，轉子一點接地情況消除，轉子絕緣良好，絕緣值為150MΩ，成功地消除了轉子一點接地故障。

7、結束語

通過上述分析得知，引起發電機轉子一點接地故障發生的原因有許多，但是掌握了轉子一點接地保護的原理，定期對發電機勵磁系統進行檢查、清潔，就能很好地預防發電機轉子接地故障的發生，確保發電機的安全穩定運行。

參考文獻：

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