發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地故障的快速檢查及處理

王建軍

（四川玉田能源發(fā)展有限公司，四川甘洛616850）

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地故障的快速檢查及處理

王建軍

（四川玉田能源發(fā)展有限公司，四川甘洛616850）

水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地是水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的一種常見(jiàn)故障，當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)處理，否則將可能造成勵(lì)磁回路過(guò)熱甚至損壞、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子碰撞損壞發(fā)電機(jī)事故。目前消除接地的難點(diǎn)在于接地點(diǎn)的查找，以前的方法進(jìn)行查找接地故障，工作量較大，時(shí)間較長(zhǎng)。現(xiàn)本文介紹一種較為簡(jiǎn)便快速查找接地點(diǎn)的方法，此方法通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證，查找較正確，耗時(shí)較少，工作量較小。

發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子；接地故障

1 概述

轉(zhuǎn)子是發(fā)電機(jī)的核心部件，起著電能轉(zhuǎn)換的重要作用。為了提高磁電轉(zhuǎn)換效率，定子線圈與轉(zhuǎn)子線圈之間的空氣氣隙很小，只有幾毫米，因此要求定子及轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)應(yīng)保持較高的穩(wěn)定性，即要求發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)值應(yīng)保持在一定范圍內(nèi)。當(dāng)超出這個(gè)值時(shí)，會(huì)造成轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)中與固定的定子之間產(chǎn)生碰撞，損壞發(fā)電的定子及轉(zhuǎn)子鐵心和線圈。

為了避免轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的發(fā)生，除了在制造及安裝時(shí)要保證符合規(guī)范外，在運(yùn)行時(shí)應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行管理，合理操作。要加強(qiáng)發(fā)電機(jī)保護(hù)整定與維護(hù)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)快速地排除故障，以減少故障電流對(duì)發(fā)電機(jī)造成沖擊而產(chǎn)生振動(dòng)；在正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)避開(kāi)發(fā)電機(jī)的負(fù)荷振動(dòng)區(qū)，以減少發(fā)電機(jī)的振動(dòng)。當(dāng)發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地故障時(shí)，轉(zhuǎn)子受到偏心力矩的作用，使轉(zhuǎn)子的受力不均而產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，很容易造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子的碰撞現(xiàn)象，而要防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地，首先就要預(yù)防發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地發(fā)生。

如圖1所示，轉(zhuǎn)子繞組等阻值為R1、R2、……Rn，當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地時(shí)，經(jīng)轉(zhuǎn)子線圈的電流I在接地點(diǎn)1及接地點(diǎn)2分為兩部分電流I1和I2，其中I1流經(jīng)R2及轉(zhuǎn)子線圈，電流I2經(jīng)接地點(diǎn)1、2流經(jīng)R2以外的其他轉(zhuǎn)子線圈，因此流經(jīng)轉(zhuǎn)子線圈R2的電流減小，而流經(jīng)R1、R2的電流仍為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流I，轉(zhuǎn)子繞組R1、及Rn受定子的引力就大于轉(zhuǎn)子繞組R2受到的定子引力，由于轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)動(dòng)的，因此在不平衡的受力下，轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)金屬接地時(shí)I2≥I1，轉(zhuǎn)子R2繞組上流經(jīng)的電流很小，大部分被接地點(diǎn)1及接地點(diǎn)2所短接，因此轉(zhuǎn)子繞組R2基本上不受到定子的引力，而轉(zhuǎn)子繞組磁極R1及轉(zhuǎn)子繞組R2卻受到較大定子的引力，此時(shí)轉(zhuǎn)子所受的不平衡力最大，轉(zhuǎn)子及發(fā)電機(jī)的振動(dòng)也最大。嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子相互碰撞導(dǎo)致發(fā)電機(jī)損壞。

圖1 兩點(diǎn)接地時(shí)轉(zhuǎn)子電流流向示意圖

當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地時(shí)，應(yīng)停機(jī)處理。如使用傳統(tǒng)的方法處理，工作量較大，所需時(shí)間較長(zhǎng)；而通過(guò)在線測(cè)試及計(jì)算的方法來(lái)判斷接地點(diǎn)，這種方法查找準(zhǔn)確，消除故障所用時(shí)間較短，工作量也較少。

2 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地查找及傳統(tǒng)處理方法

當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)裝置會(huì)報(bào)警，此時(shí)利用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣檢測(cè)表和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)的在線檢測(cè)裝置來(lái)判斷是否出現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地現(xiàn)象。如果存在一點(diǎn)接地，還需要進(jìn)一步確定是勵(lì)磁裝置接地還是轉(zhuǎn)子繞組接地，是非金屬性接地還是金屬性接地，是斷續(xù)接地還是直接接地，是瞬時(shí)接地還是永久接地。當(dāng)確定轉(zhuǎn)子發(fā)生接地時(shí)，則應(yīng)停機(jī)處理。

傳統(tǒng)的處理方法是將勵(lì)磁裝置與轉(zhuǎn)子繞組斷開(kāi)，分別對(duì)勵(lì)磁裝置和轉(zhuǎn)子繞組絕緣檢測(cè)，用絕緣兆歐表對(duì)轉(zhuǎn)子繞組絕檢查，并對(duì)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行觀察，在轉(zhuǎn)子接地點(diǎn)處由于接地電阻較小，在絕緣兆歐表產(chǎn)生的直流電壓下，會(huì)使轉(zhuǎn)子繞組對(duì)接地點(diǎn)放電，產(chǎn)生火花，根據(jù)發(fā)現(xiàn)火花的位置可以找到轉(zhuǎn)子接地點(diǎn)。如果是金屬性接地，則此方法無(wú)法產(chǎn)生作用，則采用分段法將轉(zhuǎn)子的磁極從中間斷開(kāi)，或?qū)⒚恳粋€(gè)磁極與引線斷開(kāi)，用絕緣兆歐表對(duì)每段磁極或每一個(gè)磁極逐一進(jìn)行搖測(cè)，從而找出接地點(diǎn)。如是在磁極之間的引線處，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件就地做好安全措施處理，如果條件不允許或接地點(diǎn)在磁極上，則應(yīng)將轉(zhuǎn)子吊出，將磁極的磁極鍵拔下，取下磁極，對(duì)損壞的絕緣進(jìn)行重新處理或更換新的磁極。由于磁極絕緣處理遇到磁極引線線徑較粗，焊接時(shí)較為費(fèi)工費(fèi)時(shí)，焊接后還需要進(jìn)行絕緣處理，絕緣處理后還需進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)，因此傳統(tǒng)的處理方法工作量較大，時(shí)間較長(zhǎng)。

3 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的快速檢查及處理

水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是由若干個(gè)磁極串聯(lián)在一起，且每個(gè)磁極的阻值是相等的，經(jīng)過(guò)每個(gè)磁極的電流也是相等的，即每個(gè)磁極的平均電壓就等于轉(zhuǎn)子繞組電壓除以磁極個(gè)數(shù)。通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)子繞組的正對(duì)地或轉(zhuǎn)子繞組負(fù)對(duì)地的電壓，以及知道每個(gè)磁極的平均電壓，就能計(jì)算出接地點(diǎn)的具體位置，這個(gè)檢測(cè)方法稱為電壓法。現(xiàn)通過(guò)一案例來(lái)說(shuō)明。

沙坪水電站1號(hào)機(jī)組，裝機(jī)容量54 MW，轉(zhuǎn)子額定電壓283 V，轉(zhuǎn)子磁極個(gè)數(shù)14。在2012年2月某日，1號(hào)機(jī)組在大修后開(kāi)機(jī)并網(wǎng)后，運(yùn)行人員和檢修人員發(fā)現(xiàn)電站監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)“1號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地”報(bào)警信號(hào)，檢修人員到設(shè)備現(xiàn)地進(jìn)行檢查，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置檢測(cè)到接地電阻值在0～500 kΩ之間變化。裝置一點(diǎn)接地周期性間斷發(fā)出報(bào)警。檢修人員用萬(wàn)用表對(duì)勵(lì)磁正負(fù)極電壓進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁電壓的正極對(duì)地電壓為+29 V，負(fù)極對(duì)地電壓為-126 V。停機(jī)進(jìn)行檢查，首先將發(fā)電機(jī)的碳刷全部拔出，使勵(lì)磁裝置與轉(zhuǎn)子繞組斷開(kāi)，以確定是勵(lì)磁裝置發(fā)生的接地還是轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生的接地，分別對(duì)勵(lì)磁裝置和轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行絕緣搖測(cè)。搖測(cè)結(jié)果勵(lì)磁裝置與轉(zhuǎn)子絕緣都正常，以絕緣檢測(cè)無(wú)法判斷是勵(lì)磁裝置還是轉(zhuǎn)子的問(wèn)題。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是由14個(gè)磁極組成，且每個(gè)磁極的阻值是相等的，根據(jù)電路串聯(lián)特點(diǎn)，串聯(lián)電路電流處處相等。

圖2 一點(diǎn)接地時(shí)轉(zhuǎn)子電壓分布示意圖

根據(jù)在停機(jī)前測(cè)量數(shù)據(jù)，勵(lì)磁電壓為156 V，勵(lì)磁正對(duì)地電壓+29 V，勵(lì)磁負(fù)對(duì)地電壓-126 V，根據(jù)電路串聯(lián)特點(diǎn)與轉(zhuǎn)子每個(gè)磁極的阻值相等，可以計(jì)算轉(zhuǎn)子每一個(gè)磁極的平均電壓156/14=11.142 V。在根據(jù)以上知道正、負(fù)對(duì)地電壓和每一個(gè)磁極的平均電壓，就能計(jì)算出接地點(diǎn)29/11.142=2.6或126/11.142=11.3。可以看出接地點(diǎn)應(yīng)處于轉(zhuǎn)子繞組正極的第2極與第3極之間，這樣就大大縮小查找磁極接地的范圍。

檢修人員對(duì)轉(zhuǎn)子從正極繞組開(kāi)始的第2塊磁極與第3塊磁極之間的引線檢查，發(fā)現(xiàn)磁極引線在壓板下是活動(dòng)的，打開(kāi)引線壓板，發(fā)現(xiàn)引線的外部絕緣破損，銅線裸露，由于磁極引線壓板沒(méi)有將引線壓實(shí)，存在一定的間隙。當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的升高，引線在加速度及離心力矩的作用下，破損后的銅引線與磁極引線壓板碰撞。機(jī)組在停機(jī)情況下磁極引線與壓板分開(kāi)，絕緣處于正常，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，絕緣破損處的磁極引線與磁極引線壓塊發(fā)生周期性碰撞，造成轉(zhuǎn)子周期性斷續(xù)接地。對(duì)引線絕緣的地方用環(huán)氧樹(shù)脂和玻璃絲帶包扎重新處理，使磁極引線絕緣恢復(fù)正常，處理后將所有帶進(jìn)的工器具全部帶出，現(xiàn)場(chǎng)清理干凈，搖測(cè)轉(zhuǎn)子絕緣正常后將發(fā)電機(jī)重新啟動(dòng)至空載，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地恢復(fù)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子保護(hù)上，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地電阻∞大，說(shuō)明轉(zhuǎn)子絕緣恢復(fù)正常，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障消除，發(fā)電運(yùn)行正常。

4 結(jié)論

通過(guò)實(shí)例可以看出，利用電壓檢測(cè)法與計(jì)算結(jié)合的方法，能快速準(zhǔn)確地查找轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障。克服傳統(tǒng)方法費(fèi)工費(fèi)時(shí)的缺點(diǎn)，大大提高發(fā)電機(jī)的利用小時(shí)數(shù)，在發(fā)電的高峰期，能縮短發(fā)電檢修的停機(jī)時(shí)間，提高發(fā)電單位的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，此方法簡(jiǎn)單實(shí)用，操作簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確性較高。

[1]張建國(guó).水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障的快速檢測(cè)及排除方法[J].新疆水利,2007（3）

[2]張國(guó)穩(wěn)，錢(qián)仕英，祁光勝.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地故障的快速檢查及處理[J].電網(wǎng)與清潔能源,2012（8）：51-53.

TM312

B

1672-5387（2015）12-0030-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.12.010

2015-07-24

王建軍（1986-），男，從事水電站運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理工作。