發電機轉子繞組一點接地故障的快速檢查及處理

王建軍

（四川玉田能源發展有限公司，四川甘洛616850）

發電機轉子繞組一點接地故障的快速檢查及處理

王建軍

（四川玉田能源發展有限公司，四川甘洛616850）

水輪發電機轉子一點接地是水輪發電機運行中的一種常見故障，當發生轉子一點接地時，應當及時處理，否則將可能造成勵磁回路過熱甚至損壞、發電機轉子與定子碰撞損壞發電機事故。目前消除接地的難點在于接地點的查找，以前的方法進行查找接地故障，工作量較大，時間較長。現本文介紹一種較為簡便快速查找接地點的方法，此方法通過實例驗證，查找較正確，耗時較少，工作量較小。

發電機；轉子；接地故障

1 概述

轉子是發電機的核心部件，起著電能轉換的重要作用。為了提高磁電轉換效率，定子線圈與轉子線圈之間的空氣氣隙很小，只有幾毫米，因此要求定子及轉子在轉動時應保持較高的穩定性，即要求發電機系統轉動時振動值應保持在一定范圍內。當超出這個值時，會造成轉子在轉動中與固定的定子之間產生碰撞，損壞發電的定子及轉子鐵心和線圈。

為了避免轉子一點接地的發生，除了在制造及安裝時要保證符合規范外，在運行時應加強運行管理，合理操作。要加強發電機保護整定與維護，當發生故障時能及時快速地排除故障，以減少故障電流對發電機造成沖擊而產生振動；在正常運行時，應避開發電機的負荷振動區，以減少發電機的振動。當發生發電機轉子兩點接地故障時，轉子受到偏心力矩的作用，使轉子的受力不均而產生強烈的振動，很容易造成發電機轉子和定子的碰撞現象，而要防止發電機轉子兩點接地，首先就要預防發電機轉子一點接地發生。

如圖1所示，轉子繞組等阻值為R1、R2、……Rn，當發生轉子兩點接地時，經轉子線圈的電流I在接地點1及接地點2分為兩部分電流I1和I2，其中I1流經R2及轉子線圈，電流I2經接地點1、2流經R2以外的其他轉子線圈，因此流經轉子線圈R2的電流減小，而流經R1、R2的電流仍為發電機轉子的勵磁電流I，轉子繞組R1、及Rn受定子的引力就大于轉子繞組R2受到的定子引力，由于轉子是轉動的，因此在不平衡的受力下，轉子將產生振動，當金屬接地時I2≥I1，轉子R2繞組上流經的電流很小，大部分被接地點1及接地點2所短接，因此轉子繞組R2基本上不受到定子的引力，而轉子繞組磁極R1及轉子繞組R2卻受到較大定子的引力，此時轉子所受的不平衡力最大，轉子及發電機的振動也最大。嚴重時會造成發電機的定子和轉子相互碰撞導致發電機損壞。

圖1 兩點接地時轉子電流流向示意圖

當發生轉子一點接地時，應停機處理。如使用傳統的方法處理，工作量較大，所需時間較長；而通過在線測試及計算的方法來判斷接地點，這種方法查找準確，消除故障所用時間較短，工作量也較少。

2 轉子一點接地查找及傳統處理方法

當發生轉子一點接地時，發電機轉子一點接地保護裝置會報警，此時利用發電機轉子絕緣檢測表和發電機轉子一點接地保護的在線檢測裝置來判斷是否出現轉子一點接地現象。如果存在一點接地，還需要進一步確定是勵磁裝置接地還是轉子繞組接地，是非金屬性接地還是金屬性接地，是斷續接地還是直接接地，是瞬時接地還是永久接地。當確定轉子發生接地時，則應停機處理。

傳統的處理方法是將勵磁裝置與轉子繞組斷開，分別對勵磁裝置和轉子繞組絕緣檢測，用絕緣兆歐表對轉子繞組絕檢查，并對轉子繞組進行觀察，在轉子接地點處由于接地電阻較小，在絕緣兆歐表產生的直流電壓下，會使轉子繞組對接地點放電，產生火花，根據發現火花的位置可以找到轉子接地點。如果是金屬性接地，則此方法無法產生作用，則采用分段法將轉子的磁極從中間斷開，或將每一個磁極與引線斷開，用絕緣兆歐表對每段磁極或每一個磁極逐一進行搖測，從而找出接地點。如是在磁極之間的引線處，根據現場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在磁極上，則應將轉子吊出，將磁極的磁極鍵拔下，取下磁極，對損壞的絕緣進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，焊接時較為費工費時，焊接后還需要進行絕緣處理，絕緣處理后還需進行一些實驗，因此傳統的處理方法工作量較大，時間較長。

3 轉子一點接地的快速檢查及處理

水輪發電機轉子繞組是由若干個磁極串聯在一起，且每個磁極的阻值是相等的，經過每個磁極的電流也是相等的，即每個磁極的平均電壓就等于轉子繞組電壓除以磁極個數。通過測量轉子繞組的正對地或轉子繞組負對地的電壓，以及知道每個磁極的平均電壓，就能計算出接地點的具體位置，這個檢測方法稱為電壓法。現通過一案例來說明。

沙坪水電站1號機組，裝機容量54 MW，轉子額定電壓283 V，轉子磁極個數14。在2012年2月某日，1號機組在大修后開機并網后，運行人員和檢修人員發現電站監控計算機發“1號發電機轉子一點接地”報警信號，檢修人員到設備現地進行檢查，轉子接地保護裝置檢測到接地電阻值在0～500 kΩ之間變化。裝置一點接地周期性間斷發出報警。檢修人員用萬用表對勵磁正負極電壓進行測量，發現勵磁電壓的正極對地電壓為+29 V，負極對地電壓為-126 V。停機進行檢查，首先將發電機的碳刷全部拔出，使勵磁裝置與轉子繞組斷開，以確定是勵磁裝置發生的接地還是轉子繞組發生的接地，分別對勵磁裝置和轉子繞組進行絕緣搖測。搖測結果勵磁裝置與轉子絕緣都正常，以絕緣檢測無法判斷是勵磁裝置還是轉子的問題。由于發電機轉子是由14個磁極組成，且每個磁極的阻值是相等的，根據電路串聯特點，串聯電路電流處處相等。

圖2 一點接地時轉子電壓分布示意圖

根據在停機前測量數據，勵磁電壓為156 V，勵磁正對地電壓+29 V，勵磁負對地電壓-126 V，根據電路串聯特點與轉子每個磁極的阻值相等，可以計算轉子每一個磁極的平均電壓156/14=11.142 V。在根據以上知道正、負對地電壓和每一個磁極的平均電壓，就能計算出接地點29/11.142=2.6或126/11.142=11.3。可以看出接地點應處于轉子繞組正極的第2極與第3極之間，這樣就大大縮小查找磁極接地的范圍。

檢修人員對轉子從正極繞組開始的第2塊磁極與第3塊磁極之間的引線檢查，發現磁極引線在壓板下是活動的，打開引線壓板，發現引線的外部絕緣破損，銅線裸露，由于磁極引線壓板沒有將引線壓實，存在一定的間隙。當機組啟動時，隨著轉速的升高，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。機組在停機情況下磁極引線與壓板分開，絕緣處于正常，在機組運行時，絕緣破損處的磁極引線與磁極引線壓塊發生周期性碰撞，造成轉子周期性斷續接地。對引線絕緣的地方用環氧樹脂和玻璃絲帶包扎重新處理，使磁極引線絕緣恢復正常，處理后將所有帶進的工器具全部帶出，現場清理干凈，搖測轉子絕緣正常后將發電機重新啟動至空載，轉子一點接地恢復，發電機轉子保護上，轉子一點接地電阻∞大，說明轉子絕緣恢復正常，轉子一點接地故障消除，發電運行正常。

4 結論

通過實例可以看出，利用電壓檢測法與計算結合的方法，能快速準確地查找轉子一點接地故障。克服傳統方法費工費時的缺點，大大提高發電機的利用小時數，在發電的高峰期，能縮短發電檢修的停機時間，提高發電單位的經濟和社會效益，此方法簡單實用，操作簡便，準確性較高。

[1]張建國.水輪發電機轉子一點接地故障的快速檢測及排除方法[J].新疆水利,2007（3）

[2]張國穩，錢仕英，祁光勝.發電機轉子繞組一點接地故障的快速檢查及處理[J].電網與清潔能源,2012（8）：51-53.

TM312

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1672-5387（2015）12-0030-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.12.010

2015-07-24

王建軍（1986-），男，從事水電站運營維護管理工作。