石門水電站1#機組轉子一點接地故障原因分析及處理

【摘要】發電機轉子一點接地故障對發電機運行沒有直接危害，但長期帶故障運行，如發展為二點接地，故障電流會燒傷轉子本體和引起發電機劇烈振動，影響機組安全運行。本文通過利用勵磁電壓在轉子各磁極上的電壓分配規律和勵磁回路分段查找的辦法找到了石門水電站1#發電機轉子接地故障的接地點，對類似故障提供了查找思路和暫時無法處理時的應急技術措施。

【關鍵詞】發電機；轉子；接地

1、故障原因的判斷

石門水電站位于漢江最大支流褒河上游，2014年12月完成陜西省農村小水電增效擴容技術改造。其中1#發電機型號為SF14-12/2860，額定值：功率14MW，電壓6.3kV，勵磁電壓150V，勵磁電流585A，額定轉速500r/min，轉子絕緣為F級。2015年8月8日， 1#發電機運行期間轉子一點接地保護動作。發電機轉子一點接地不會形成故障電流，對運行沒有直接危害，但考慮二點接地的可能性和危害的嚴重性，必須查找到和消除接地點。

發電機轉子和勵磁回路中任何一部分存在接地點都會引起轉子一點接地保護動作，故從以下方面查找接地原因。

1）停機后測量轉子絕緣，測量結果為25MΩ，大于不低于0.5MΩ的要求。同時，擦拭干凈滑環、刷窩、刷架處碳粉。解開轉子磁極引線與發電機滑環聯接，退出發電機碳刷與滑環的接觸，拉開發電機滅磁開關。分別在轉子磁極引線、滑環、刷架、滅磁開關上端測量絕緣，均合格。

2）檢查保護裝置及大軸接地碳刷，保護裝置工作正常，大軸接地碳刷穩固，接觸良好，接觸面清潔無污物，不存在因保護裝置誤動或大軸接地碳刷不穩固、沾上油污引起接觸不良造成假接地現象。

以上靜態檢查未發現轉子存在接地故障。

3）啟動發電機至空載狀態，轉子一點接地動作。測量勵磁正對地電壓在52-54V間波動，負對地電壓在2-4V間波動，正對地電壓接近發電機空載勵磁全電壓，負對地電壓接近為0。但如何解釋機組在停機狀態時轉子絕緣測量正常的疑問？將機組手動開啟緩慢升速，當轉速低于400 r/min，絕緣為25MΩ，當超過400 r/min至額定轉速500 r/min，絕緣為0MΩ，換用萬用表測量阻值為2.5KΩ。

由此判斷1#發電機轉子本體存在動態一點接地故障且接地點在轉子磁極靠近負極位置。

2、故障處理方案

1#機組在2014年12月剛完成增效擴容技術改造，改造增容由原12.5MW到14MW，投入商業運行只有幾個月時間，設備的一些制造和安裝隱患才逐漸暴露。同時農村小水電機組容量小，機組的檢修空間狹小， 1#發電機轉子一點接地點發生在轉子本體，故障處理必須將轉子吊出機坑后才能進行。但故障發生在8月，正值發電汛期，此時拆機處理將帶來巨大的經濟損失。能否通過一些技術措施讓機組先運行發電，汛期過后再處理？對此采取了以下措施：①調整轉子一點接地保護配置。退出一點接地低阻跳閘保護，投入轉子二點接地保護，其整定值按保護裝置設置最小值整定，以便發生兩點接地時及時動作停機。②加強機組運行監視，及時清掃滑環、刷窩、刷架碳粉堆積，減少轉子發生第二點接地的可能性。③優化水庫調度，將1#機組作汛期備用機組，減少機組運行時間。通過以上措施，1#發電機在存在轉子一點接地故障的情況下累計安全運行1500個小時。

2015年11月，1#發電機轉子吊出機坑查找處理接地故障。測量轉子絕緣合格，但檢查發現負極引出銅排與最靠近轉子負極位置磁極的磁極鍵端部靠的很近，用力將銅排壓近磁極鍵后，絕緣下降為0。退出銅排固定螺栓，發現與磁極鍵端部靠近處銅排絕緣有一處針尖狀破損，金屬導體已暴露，判斷此處就為接地點。接地點找到后，對銅排絕緣破損處露出的導電部分清掃干凈，纏繞玻璃絲帶和涂上環氧樹脂漆，同時在與銅排靠近的磁極鍵端部套熱縮管，給磁極鍵端部加一層絕緣，防止銅排由于機組運行時振動直接與金屬磁極鍵發生摩擦損壞絕緣。機組運行時發電機發熱，套在磁極鍵端部的熱縮管會緊縮在磁極鍵上，不會因機組轉動離心力甩出。接地點絕緣處理完畢后，轉子整體用帶電清洗劑清潔，再測量轉子絕緣，阻值達到100MΩ。

3、轉子絕緣降低原因分析

造成轉子負極引出銅排絕緣破損是因為銅排的安裝位置與磁極鍵端部棱邊間距太近。機組運行時，在離心力作用下，轉子引出銅排發生位移與磁極鍵端部棱邊間距不夠而導致絕緣摩擦破損。

當機組靜止或低速轉動時，銅排和磁極鍵沒有接觸，轉子絕緣正常，接地現象消失。隨著機組轉速升高，銅排和磁極鍵逐漸靠近，轉子絕緣降低，當機組達到80%額定轉速時，絕緣值下降至0。這是由于在離心力的作用下，轉子引出銅排絕緣破損處與磁極鍵端部棱邊接觸，從而造成轉子絕緣不合格。

轉子引出銅排安裝位置設計不合理和安裝單位安裝時未注意轉子引出銅排應與磁極鍵保持足夠的間距，是導致轉子絕緣破損的主要原因。在與銅排靠近的磁極鍵端部套熱縮管加一層絕緣，是解決二者間距不夠的一個很好的辦法。

4、結語

新運行機組由于設計、產品質量、安裝質量等原因出現轉子接地故障概率比較大，通過勵磁回路分段查找故障和分析勵磁電壓在轉子各磁極上的電壓分配可正確、快速查找出接地點。同時，發電機出現轉子一點接地故障后在無法及時對故障處理的情況下投入轉子二點接地保護，加強運行監視是一個較為可行的措施。

考文文獻：

[1]楊艷，江詩宏，三峽電源電站機組發電機轉子絕緣降低故障及其處理。水電自動化與大壩監測，2011。

[2]馬玉新，一起發電機轉子一點接地故障處理。水電廠自動化，2008。

作者簡介：劉小龍（1976-），男，工程師，從事水力發電廠生產技術管理工作。