淺談某水電站制作發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地試驗工具的意義和方法

覃川

摘? 要：發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地試驗作為發(fā)電廠定期工作，通過試驗驗證轉(zhuǎn)子一點接地保護裝置是否正常工作，避免轉(zhuǎn)子一點接地時，運行人員不知道，不能正確按運行規(guī)程進行監(jiān)視處理，以致發(fā)生轉(zhuǎn)子兩點或多點接地，危及發(fā)電機安全。該文針對常規(guī)一點接地試驗存在的隱患，提出自制試驗工具的意義和方法，以期運維人員更好地掌握轉(zhuǎn)子接地保護的原理，了解轉(zhuǎn)子一點接地試驗的安全隱患和方法。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子一點接地保護;試驗工具;勵磁系統(tǒng)

中圖分類號：TM855? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 轉(zhuǎn)子接地保護原理

1.1 轉(zhuǎn)子接地保護反映的內(nèi)容

當發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)生一點接地故障時，并不構(gòu)成電流通路，無電流流過故障點，勵磁電壓仍保持不變，可以繼續(xù)運行，對發(fā)電機并無直接危害。但卻是一種不正常的運行方式，應(yīng)安排停機檢查。

如果勵磁繞組再發(fā)生一點接地，則將造成兩點接地短路，則一部分勵磁繞組被短接，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子勵磁發(fā)生畸變，力矩不平衡，將引起機體強烈振動，嚴重危害發(fā)電機安全，并且由于故障點流過很大的故障電流，將產(chǎn)生電弧燒壞勵磁線圈和轉(zhuǎn)子本體，甚至引起火災(zāi)。

轉(zhuǎn)子一點接地保護反映的是轉(zhuǎn)子一點接地故障，轉(zhuǎn)子本與大軸是絕緣的，當發(fā)生故障時，轉(zhuǎn)子與大軸間電阻減小，以此電阻值為依據(jù)，判斷此保護是否動作，計算接地位置并記憶，為判斷轉(zhuǎn)子兩點接地保護做準備，將測得的a值記憶，再發(fā)生轉(zhuǎn)子的另一點接地故障時，測得Δa的變化值，當Δa超過整定值時，保護裝置就確認為發(fā)生轉(zhuǎn)子兩點接地故障，發(fā)電機應(yīng)立即跳閘。轉(zhuǎn)子一點接地為告警，轉(zhuǎn)子兩點接地為跳閘。

1.2 以乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護為例介紹轉(zhuǎn)子接地保護

通過圖1可知，S1、S2是由微機控制的2個電子開關(guān)，E為轉(zhuǎn)子電壓，4個R為降壓電阻，R1為測量電阻。當S1閉合，S2斷開時，在R1端電壓為U1，當S2閉合，S1斷開時，在R1端電壓為U2;ΔU=U1+U2=U1- EU1′/ E′（E′為變化后的電動勢），通過求解以下2個不同的接地回路方程，可以計算轉(zhuǎn)子接地電阻和接地位置：

接地電阻Rg=ER1/3ΔU- R1-2R/3

接地位置a=1/3+V1/3ΔU

乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護原理接線圖，如圖1所示。

乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護必須在機組空載后才能測得接地電阻，而直流電源注入式接地保護，因為隨時有直流電源注入保護裝置，因此在機組停機時依然能測得轉(zhuǎn)子接地電阻。但是，當機組正常運行時，象保護裝置故障或回路斷線而沒有報警，運行人員就不知道轉(zhuǎn)子是否接地，就需要通過轉(zhuǎn)子一點接地試驗，驗證保護裝置是否正常工作。

2 常規(guī)轉(zhuǎn)子一點接地試驗的方法和安全隱患

發(fā)電機大軸未接地是有害的，大軸對地的電位差，可能造成大軸通過軸瓦油隙對地放電，造成軸瓦燒傷，特別是發(fā)電機定子線圈發(fā)生匝間短路時，軸電流會更大，因此，發(fā)電機大軸是經(jīng)過大軸接地碳刷接地的，釋放靜電能量，測量發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣，就是將正對大軸（地）或負對大軸（地）短接，驗證發(fā)電機保護裝置是否正確測得接地電阻和接地位置，轉(zhuǎn)子接地保護是否正確報警，測得接地電阻和接地位置是否正確，接地電阻是否為0（如裝置內(nèi)部無試驗電阻），接地位置是否靠近轉(zhuǎn)子勵磁引線邊緣，如不正確，證明保護裝置工作不正常。

發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地保護接線圖，如圖2所示。

2.1 在保護裝置端子上進行轉(zhuǎn)子一點接地試驗

在保護裝置端子上進行轉(zhuǎn)子一點接地試驗，是采用短接線來短接保護裝置上的“+”對“大軸”或“-”對“大軸”對應(yīng)的接線端子，短接時間約大于轉(zhuǎn)子一點接地保護報警時間，短接后，查看保護裝置是否正常報警，測得接地電阻和接地位置是否正確，證明保護裝置工作不正常。

2.2 在勵磁系統(tǒng)屏柜端子或元件上進行轉(zhuǎn)子一點接地試驗

在滅磁開關(guān)引出正、負母排上可以進行轉(zhuǎn)子一點接地試驗，試驗方法是采用短接線來短接滅磁開關(guān)上的“正母排”對“地”或“負母排”對“地”，并且，也可以在滅磁開關(guān)或勵磁功率柜的連接轉(zhuǎn)子正負極端子或元件上進行一點接地試驗，判斷方法與2.1相同。

2.3 在發(fā)電機集電環(huán)上進行轉(zhuǎn)子一點接地試驗

因發(fā)電機滑環(huán)屬于轉(zhuǎn)動部件，碳刷與滑環(huán)相連，刷架與碳刷相連，刷架是固定部件，因此，在發(fā)電機正負刷架上進行轉(zhuǎn)子一點接地試驗，可避免二次端子線松動斷線、二次端子找錯誤短、中間元件或連接線故障、試驗開關(guān)柜門等問題，并且可以驗證接地碳刷是否與大軸接觸不良，是最直觀的試驗方法，試驗方法就是采用短接線來短接 “+刷架”對“地”或“-刷架”對“地”，判斷方法與2.1相同。

2.4 常規(guī)轉(zhuǎn)子一點接地試驗安全隱患

無論采用哪種試驗方法，只要按照正確的操作規(guī)程進行轉(zhuǎn)子一點接地試驗，可避免誤短接，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子正負極短路或其他元件誤接地的安全隱患，但是，如果在試驗前保護裝置就已經(jīng)工作不正常或連接部件松動，不能判斷轉(zhuǎn)子是否已經(jīng)發(fā)生了一點接地故障，此時，再進行接地試驗，將會導(dǎo)致發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩點接地，危及發(fā)電機安全。因此，進行轉(zhuǎn)子一點接地試驗時，應(yīng)防止兩點接地故障的發(fā)生。

3 制作轉(zhuǎn)子一點接地試驗工具的意義和方法

3.1 意義

進行轉(zhuǎn)子一點接地試驗，驗證發(fā)電機保護裝置是否正常工作，如果發(fā)電機保護裝置的接地保護功能已經(jīng)不正常或接地碳刷與大軸接觸不良及其他連接部分松動，已有一點接地故障的存在時，在試驗過程中，可防止兩點接地故障的發(fā)生。通過1 kΩ～2 kΩ的接地電阻，可防止試驗時導(dǎo)致轉(zhuǎn)子兩點純金屬性接地，即使一點直接接地短路，另一點經(jīng)過1kΩ～2 kΩ電阻接地短路，通過2個接地點的電流不會超過1 A，不會影響發(fā)電機氣隙磁場，也不會發(fā)生因過流而燒壞轉(zhuǎn)子繞組的事故。

3.2 材料及作用

材料及作用見表1。

序號 材料名稱 數(shù)量/單位 規(guī)格 作用

1 直流電壓表 1/只 ±300 V 測量轉(zhuǎn)子正對地或負對地電壓（量程應(yīng)大于轉(zhuǎn)子額定電壓）

2 直流電流表 1/只 ±500 mA 測量轉(zhuǎn)子正對地或負對地電流

3 直流電阻 1/只 1 kΩ～2 kΩ 試驗電阻（小于發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地保護報警定值、大于發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩點接地保護跳閘定值、可從廢棄的模件上取下并用電烙鐵烙接）

4 小改刀 3/把 連接試驗線，使試驗時能與被試驗設(shè)備接觸牢固（可選用改刀頭損壞并廢棄的小改刀）

5 絕緣銅線 3/ m 4 mm2帶絕緣層

6 小木盒 1/個 可嵌入安裝數(shù)字式電壓表和電流表 安裝嵌入存放試驗設(shè)備（也可用木板制作小木盒）

7 絕緣膠布 1/卷 包裹絕緣銅線與小改刀的不絕緣部份

8 電鉆 1/把 對小木盒打孔

9 小刀 1/把 對小木盒打孔修整

3.3 轉(zhuǎn)子一點接地試驗工具原理接線圖（圖3）

3.4 轉(zhuǎn)子一點接地試驗工具安裝示意圖（圖4）

4 轉(zhuǎn)子一點接地試驗工具的使用方法

4.1 測量轉(zhuǎn)子正負極對地電壓測量

當轉(zhuǎn)子回路對地（大軸）絕緣很好時，正對地加上負對地小于轉(zhuǎn)子額定電壓，絕緣一般是正對地和負對地各為運行工況下全電壓的一半。

測試結(jié)論：機組正常運行時，測量轉(zhuǎn)子電壓，正對地電壓為正值，負對地電壓為負值，2個值的絕對值應(yīng)基本相同，經(jīng)過在某水電站試驗，如果出現(xiàn)2個值的絕對值之差較大或者某個值對地電壓接近于0，則可認為勵磁回路存在接地故障或隱患。

4.2 轉(zhuǎn)子一點接地試驗

當轉(zhuǎn)子回路對地（大軸）絕緣很好時，那么進行接地試驗就不會把試驗電阻與轉(zhuǎn)子之間構(gòu)成通路，不會短接勵磁繞組，也就不會有直流電流產(chǎn)生。

測試結(jié)論：（1）如果直流電流表指針有變化，根據(jù)某水電站試驗結(jié)論，顯示電流值的絕對值大于50 mA（測得電流I=某水電站轉(zhuǎn)子正常運行電壓U/1kΩ～U/2 kΩ，計算直流電流50 mA～200 mA），則可認為勵磁回路存在接地故障或接地隱患;（2）進行一點接地試驗時，保護裝置應(yīng)發(fā)出轉(zhuǎn)子一點接地信號報警，保護裝置測得接地位置應(yīng)為試驗電阻值，如不報警或測試數(shù)據(jù)不正確，證明保護裝置工作不正常或連接部件松動，應(yīng)及時檢查處理。

綜上所述，通過自制試驗工具，可以避免盲目采用短接線進行轉(zhuǎn)子一點接地試驗，導(dǎo)致發(fā)生轉(zhuǎn)子兩點或多點接地，危及發(fā)電機安全。即使按照上述方法制作一個簡易的小電阻試驗工具，也能避免事故發(fā)生，有著保障安全生產(chǎn)的實際意義，完成試驗后，作好記錄，形成歷史趨勢數(shù)據(jù)對比，還可作為發(fā)電機運行工況分析和轉(zhuǎn)子故障分析、原因查找的重要依據(jù)。

參考文獻

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