一例發電機轉子動態接地故障的分析與處理

趙勇軍

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一例發電機轉子動態接地故障的分析與處理

趙勇軍

（云南電力技術有限責任公司，昆明 650000）

本文以一例水輪發電機轉子動態接地故障為例，通過測量轉子電壓分布情況并結合相關試驗數據，準確找到接地故障位置。結果表明：根據故障時轉子電壓分布，可較快地對故障位置進行定位，可極大地提高故障查找效率。

水輪發電機；轉子；動態接地；分析處理

0 前言

發電機轉子在運行過程中，有時會發生轉子繞組對地短路的故障，俗稱轉子接地。如果轉子在轉動時有接地情況，但停機后接地點消失，轉子旋轉起來后又出現接地現象，這種情況稱為轉子動態接地。轉子動態接地往往較轉子靜態接地更為隱蔽且不易查找處理。文獻[2]通過實際案例，分別介紹了發電機靜態和動態接地故障的不同查找方法，其查找轉子動態接地故障點的方法是采用動態工況下測量轉子交流阻抗的方式進行。文獻[3]則是通過在轉子回路通入電流，分別測量磁極對地電位對接地點進行查找。在實踐中，以電阻分壓原理為基礎，利用故障時轉子電壓分布情況并結合相關試驗數據進行快速定位是常用的方法，該方式不必測量轉子交流阻抗或施加電流量，是較為有效的判斷方式。本文結合案例，利用該方法對故障點進行了定位，并詳細的闡述了分析的基本流程、理論依據與后續處理，對現場檢查、試驗診斷等方面也提出了一些建議，旨在為轉子接地故障的分析處理提供借鑒。

1 故障情況

某水電廠1號發電機型號為SFZ10-6/2410，額定容量11765kVA，額定電壓6.3kV，額定電流1078A，轉子電壓48V，轉子電流773A，于1983投入運行。

2016年5月機組運行期間，1號發電機監控系統多次發生短暫性的轉子一點接地報警，6月2日再次發出轉子一點接地報警。測得報警時1號機轉子電壓正對地25V，負對地6.4V，故障信號不能復歸，接地電阻在0.5～1.0kΩ之間變化。機組隨后申請停機，意圖查找出故障點并予以處理。

2 原因分析

發電機轉子接地保護裝置動作報警一般有以下三個原因：一是轉子接地保護裝置異常引起；二是轉子磁極附屬設備（轉子滑環、轉子引線、碳刷等）絕緣故障引起；三是轉子磁極存在接地現象[1]。該機組在2014年、2015年間均發生過接地故障報警，但均短暫出現，2016年5月復現頻率增加。

機組在之前的停機檢修期間各項試驗項目完整，試驗數據未見異常，轉子及其附屬部件絕緣良好，且保護裝置也按期進行了校驗，考慮到該發電廠運行時間長，初步懷疑為轉子引線或相關部件絕緣破損或松動導致的動態接地。

3 現場試驗及故障處理

機組停機后，工作人員隨即拆除了勵磁鐘罩、碳刷、勵磁引線等附屬部件，對轉子磁極外圍設備（轉子滑環電刷、轉子引線等）進行了認真檢查，轉子回路整體外觀未發現明顯接地現象及局部放電痕跡。進行清掃的同時，開展了絕緣電阻、交流阻抗、交流耐壓等試驗項目。其測試數據參見表1、表2、表3。

表1 發電機轉子及其附屬部件絕緣電阻

表2 發電機轉子交流阻抗試驗

表3 發電機轉子交流耐壓試驗

根據發電機靜態各項試驗數據可知，1號發電機本體及轉子附屬部件絕緣良好。現場檢查對轉子引線的絕緣薄弱部位（如引線拐角處）也進行了重點檢查，其絕緣包扎也未見破損或損壞痕跡。基于此，主要的關注點由引線絕緣不良轉至轉子磁極位置。參考機組停機前出現轉子接地報警時的動態絕緣電阻監測數據（參見表4），可看出其故障點有由不穩定的高阻性接地故障向低阻性接地故障發展的趨勢。

表4 發電機轉子動態絕緣電阻監測數據

最后一次轉子接地故障報警時，用萬用表測得轉子電壓正對地25V，負對地6.4V，其正負極之間電壓為31.4V。根據電阻分壓原理（如圖1所示，同時可認為轉子每個磁極的電阻相等，已知該發電機轉子共6個磁極，即可初步定位出大概的故障位置，其計算式參見式（1）和式（2）。

圖1 轉子接地故障時電壓分布

故障點距正極引線的磁極位置：

故障點距負極引線的磁極位置：

由計算結果可知，其故障點的大致位置在距正極引線第5個磁極（距負極引線第2個磁極）。隨后，工作人員對第五個磁極上下端部引線、引線槽口、引線拐角等部位進行細致排查。經檢查，在5號磁極上端部引線與轉子磁軛處發現明顯壓痕（如圖2所示），壓痕呈明顯炭黑狀。使用工具進行檢查，發現該處引線較其余位置明顯松動，該處的絕緣壓板也有老化現象。認為是由于運行時間久遠和機械振動，磁極引線松動，絕緣壓板絕緣性能下降，使得在發電機高速旋轉過程中，該處磁極引線與轉子磁軛之間形成不穩定的接地回路，當機組高速旋轉時，就產生了動態接地現象。而當機組靜止時，由于磁極引線與轉子磁軛分開，接地現象消失。

圖2 5號磁極引線（上端部）故障點

隨后對故障點進行清掃，徹底清除碳黑，并對故障部位進行修復處理，重新緊固了磁極引線，更換了絕緣壓板。同時對其余相關部件進行緊固、清掃等工作。在靜態各項絕緣電阻合格后，開機運行，其動態絕緣電阻均能維持在5MΩ以上，轉子正負極對地電壓平衡，運行良好，其余監測數據參見表5。

4 結論

發電機動態接地故障與磁極旋轉有關，靜止狀態下接地現象消失，故障點往往隱蔽且不穩定，給故障點的查找和處理增加了難度。以本文為例，筆者認為轉子動態接地故障可從以下三個方面進行分析處理：

（1）發生轉子動態接地故障時，應密切關注其故障時轉子電壓分布規律，根據電壓分布可較快地對故障位置進行定位，可極大地提高故障查找效率；

（2）檢修期間，除必要的清掃檢查等常規工作外，還應注意關注轉子絕緣薄弱部位，如轉子引線拐角、磁極引線等位置，這些位置往往會出現絕緣破損、引線松動等潛伏性缺陷；

（3）進行轉子接地故障排查時，應做到分段測試、綜合分析，并結合處理前后的各項試驗數據和監測數據進行綜合判斷，才能對轉子動態接地故障進行準確分析與處理。

表5 發電機轉子電壓、電流監測數據（處理后）

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Analysis and Treatment for Dynamic Grounding Fault of Generator Roto

ZHAO Yongjun

(Yunan Electric Power Technology CO., Ltd., Kunming 650000, China)

In this paper, taking a hydroelectric generator rotor dynamic ground fault as an example, by measuring the rotor voltage distribution and combined with the relevant test data, the ground fault location is accurately found. The results show that fault location can be located quickly according to the rotor voltage distribution, which can greatly improve the fault search efficiency.

hydro-generator; rotor; dynamic earth fault; analytical processing

TM307+.1

B

1000-3983(2017)05-0055-03

2016-08-17

趙勇軍（1987-），2010年畢業于河南理工大學電氣工程及其自動化專業，現從事電氣設備高壓試驗及故障診斷工作，助理工程師。