燈泡貫流式水輪發電機轉子動態一點接地故障的分析與處理

張 鑫（甘肅電投炳靈水電開發有限責任公司，甘肅省臨夏州永靖縣731600）

燈泡貫流式水輪發電機轉子動態一點接地故障的分析與處理

張 鑫（甘肅電投炳靈水電開發有限責任公司，甘肅省臨夏州永靖縣731600）

炳靈水電廠安裝有五臺燈泡貫流式水輪發電機。發電機是水電廠的重要設備，當發生發電機轉子一點接地時，應盡快排查處理，避免事故擴大，不但造成企業的經濟損失，同時也影響到電網的穩定運行。本文針對該廠一臺燈泡貫流式水輪發電機發生在轉子磁極上轉子動態一點接地故障的現象，敘述其排查處理過程，對此類故障的檢查處理起到借鑒作用。

發電機；轉子；動態一點接地；乒乓式

引言

炳靈水電廠位于甘肅省永靖縣與積石山縣交界處黃河干流寺溝峽峽谷進口以下 12.5km處，上距大河家水電廠29.5km，下距劉家峽水電廠44.5km。炳靈水電廠總裝機容量為240MW，安裝有5臺設計單機容量為48MW的燈泡貫流式水輪發電機，由哈爾濱電機廠有限責任公司生產，型號為SFG48-56/6700，發電機額定電壓13.8KV。勵磁系統采用廣州電氣科學研究院研發的FJL-4GAI-PADE2B型微機靜止可控硅勵磁，具有響應速度快、電壓波形平穩的特點，額定電流2113.9A，額定勵磁電壓294V，額定勵磁電流1259A，空載勵磁電壓124.4V，空載勵磁電流756.1A。機組保護裝置采用深圳南瑞科技有限公司研發的PRS-785A3微機發變組保護裝置，轉子一點接地保護采用乒乓式轉子一點接地保護原理。

1 故障情況

出現故障的機組為炳靈水電廠1號機組。2015年10月22日1號發電機運行過程中保護裝置報警機組轉子一點接地，隨后便復歸，當值值長下令停機，檢修人員隨后檢查保護裝置板件、勵磁回路并測量發電機轉子絕緣，打開風動檢查轉子引線均正常，重新開機，保護裝置無告警及異常。1號發電機運行至2016年9月8日，保護裝置頻繁報警機組轉子一點接地。機組停機狀態下，從滅磁開關FMK下端使用共立3125數字式絕緣表500V檔測量1號發電機轉子正極對地絕緣電阻65.2MΩ，負極對地絕緣電阻57.9MΩ。大于1MΩ即可開機，至空轉態，測量轉子正極對地絕緣電阻0MΩ，負極對地絕緣電阻0MΩ。

2 轉子一點接地的危害

發電機正常運行時，發電機轉子電壓有幾百伏特，勵磁電纜正負極對地電壓約為勵磁電壓的一半，轉子繞組及勵磁系統對地是絕緣的。但發電機高速旋轉，極易發生一點接地故障。發生一點接地后，無電流流過故障點，不形成電流通路，勵磁電流仍保持正常，對發電機并無直接危害，但轉子繞組對地已產生電壓。

當系統發生擾動電壓出現較大值，可能將勵磁回路中其他絕緣薄弱的地方擊穿，極易造成另外一點接地，形成轉子兩點接地短路，一部分勵磁繞組被短接。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，可能會燒傷勵磁繞組以及轉子本體。同時由于部分轉子繞組被短路，使氣隙磁場不均勻或發生畸變，使發電機轉動時所受的電磁轉矩不均勻造成發電機振動，損壞發電機，兩點接地導致機組甩負荷停機，影響電網穩定和電能質量，造成經濟損失。

3 故障分析及處理

3.1 轉子一點接地乒乓原理

傳統的電橋式保護在勵磁繞組的中部接地時有死去，所以本廠發電機保護裝置采用“乒乓式”原理做到無死區的勵磁繞組接地保護。

采用乒乓式開關切換原理，通過求解兩個不同的接地回路方程，實時計算轉子接地電阻和接地位置。原理圖見圖1。其中，S1、S2為由微機控制的靜態聯動電子開關，Rf為勵磁繞組接地電阻，α為接地點位置，E為轉子勵磁直流電動勢（考慮到E的變化，新的勵磁電動勢用E′表示）。

圖1 轉子一點接地保護切換采樣原理接線圖

當S1閉合、S2斷開時（狀態1），測得E和R1上的電勢U1；當S1斷開、S2閉合時（狀態2），測得E′和R1上的電勢U2；由這兩種狀態列出回路方程可求出接地電阻Rf的接地位置α的值。轉子一點接地判據為：Rf

3.2 轉子一點接地故障分析

炳靈水電廠出現過發電機轉子一點接地故障報警，根據機組特點，形成轉子接地故障報警的可能性有：

（1）轉子磁極松動，在轉子高速運轉離心力的作用下，轉子磁極接觸到擋風板引起接地。

（2）轉子滑環、端部、引線等部位絕緣損壞引起接地。

（3）長期運行絕緣老化，因雜物或振動使轉子部分匝間絕緣墊片產生位移，使轉子繞組絕緣局部過熱老化引起接地。

（4）集電環和碳刷之間，由于碳粉積累造成集電環對地絕緣部分爬電引起接地。

（5）磁極連接線外包絕緣破損，形成與磁軛壓緊螺桿間的金屬性接地故障。

（6）勵磁引線外包絕緣破損，其對地絕緣降低或勵磁引線與滑環連接處因碳粉污垢造成絕緣降低。

3.3 轉子接地故障處理

根據炳靈水電廠發電機轉子接地故障點的分析，在1號機組停機后根據保護裝置顯示情況，重點對發電機轉子滑環碳刷、磁極電纜及接頭、勵磁引線、磁極進行重點檢查，均未能發現有絕緣破損及爬電現象，吹掃勵磁滑環、碳刷及大軸接地碳刷衛生。而后1號機開機仍報“發電機轉子一點接地”故障，測量轉子正極對地絕緣電阻0MΩ，負極對地絕緣電阻0MΩ。

機組空轉狀態下，從滅磁開關FMK下端使用指針式萬用表，測量轉子正負極直流電阻約為1Ω，正極對地直流電阻約為2.3Ω，負極對地直流電阻約為2.3Ω。

發電機勵磁調節柜零起升壓，至發電機額定電壓的40%時，從滅磁開關FMK下端使用勝利VC890C+數字萬用表測量轉子直流電壓，正負極電壓約為38.08V，正極對地電壓約為27.3V，負極對地電壓約為10.3V。使用指針式萬用表測量正負極電壓約為39V，正極對地電壓約為28V，負極對地電壓約為13V。集電環處使用數字萬用表測量轉子直流電壓，正負極電壓約為36.9V，正極對地電壓約為26V，負極對地電壓約為8.6V。使用指針式萬用表測量正負極電壓約為39V，正極對地電壓約為28V，負極對地電壓約為12V。

停機后，從滅磁開關FMK下端測量發電機轉子正負極直流電阻約為0.25Ω，正極對地電阻13.98KΩ，負極對地電阻13.98KΩ。使用指針式萬用表，正負極直流電阻約為1Ω，正極對地直流電阻約為900Ω，負極對地直流電阻約為900Ω。

根據測量數據，取U±平均=38.69V，U+平均=27.77V，U-平均= 11.77V，使用公式，即X+=40.19，X-= 17.03，正極數第40塊磁極，負極數第17塊磁極，分別浮動誤差兩塊。

檢查未發現異常。人員在正極數第40塊磁極處觀察，使用共立3125數字式絕緣表500V檔測量發電機轉子正極對地絕緣電阻 56.7MΩ，1000V檔測量 55.5MΩ，2500V檔測量0MΩ，但能聽到正極數第40～43塊磁極間有“噼啪”放電聲音。

多次反復點擊試驗，最終確定發電機轉子支架下端正極數第42～43塊磁極中間嵌入長12cm，寬4cm薄銅片，將其取出。數字式絕緣表2500V檔對發電機轉子正極母排點擊，瞬間值達28～35MΩ。500V檔測量發電機轉子正極對地絕緣電阻56.8MΩ。開機至空轉態，數字式絕緣表500V檔測量1#發電機 1F轉子正極對地絕緣電阻 56.8MΩ，1000V檔測量55.8MΩ，轉子動態一點接地已消除。

4 結語

轉子動態一點接地故障不是永久性故障，并未對發電機造成大的傷害，若任由其發展出現兩點接地，將嚴重威脅發電機的安全。查找起來較麻煩，必須先確認勵磁電纜、滑環、碳刷等是否存在問題。如果是轉子磁極上的問題，利用電壓法計算出大致位置后詳細檢查。在發現缺陷后，還應再仔細檢查是否存在其他問題。還可以使用單相調壓器、電流表加1～3A電流，用數字萬用表測量單個磁極對地電壓，當測量值為零時，該磁極即為接地處?？傊?，查找方法是多樣的，應根據不同機型特點、接地故障現象不同，使用方法妥當，設備正確，不難排除故障。

TV734

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2095-2066（2016）32-0118-02

2016-11-3