歐姆定律在快速查找發電機轉子一點接地故障中的應用探討

李 剛

（四川久隆水電開發有限公司，四川 成都 610094）

1 概述

發電機轉子繞組一點接地故障是水輪發電機的一種十分常見的故障，在《防止電力生產事故的二十五項重點要求》（國能安全[2014]161號）10.11.1條款規定：當發電機轉子回路發生接地故障時，應該立即查明其故障點與性質，如系穩定性的金屬接地且無法排除故障時，應立即停機并等待處理[1]。再發生另外一點接地，故障點流過相當大的故障電流而燒傷轉子本體，并使勵磁繞組因過熱而燒傷，同時由于繞組短接，使氣隙磁通失去平衡從而引起振動急劇增大，不僅超過允許數值，甚至會造成轉子擦傷定子鐵芯的問題，進而嚴重危害到了發電機的安全運行。

2 快速查找轉子一點接地及處理

2.1 歐姆定律串聯分壓原理

機組停機后現場人員用低壓氣對積碳處進行吹掃，再用酒精和白布擦拭干凈，然后通過搖表分段搖測發現轉子繞組側對地絕緣幾乎為0，基本排除保護裝置誤報的可能，確定發電機轉子存在金屬接地故障[2]。

沙坪水電站1F機組裝機容量54 MW，轉子額定電壓283 V，轉子磁極14個。

轉子磁極串聯分壓原理圖如圖1所示。

圖1 轉子磁極串聯分壓原理圖

根據歐姆定律，推導得出：

上述公式中，K+表示從正極開始第K個線圈接地故障點；K-表示從負極開始第K個線圈接地故障點；N表示被測量磁極的總個數。

2.2 故障快速查找分析及處理

故障點查找方法具體步驟：首先解除轉子正負極引線與集電環的電氣連接，準備試驗設備包括：單相調壓器、行燈變壓器、數字萬用表等。接線方法：單相調壓器的輸出端接在行燈變壓器低壓側的36 V和0 V接線柱上，然后將行燈變壓器高壓側220 V和0 V接線柱連接到轉子正負極引線上，接線示意圖如圖2所示。

圖2 單相調壓器查找轉子一點接地示意圖

操作方法：調節調壓器使行燈變壓器高壓側輸出為200 V（電壓可自定義），然后萬用表測量轉子主引線正極對地（地取用發電機機罩外殼）、負極對地電壓（分別記為U+、U-），根據正負極對地電壓的測量數值可算出轉子接地故障點的位置。

第一次測量結果：U+=142 V，U-=57 V；

計算過程如下：

式（3）中，14代表轉子磁極總個數；4.01代表接地故障點在從負極開始數第4.01個線圈的位置。同理如計算公式為142/（57+142）×14=9.99表示故障接地點在從正極開始數第9.99個線圈的位置，其實是同一位置。為了便于描述，統一以負極為起始點作為參考。

本應解開從負極開始數第4和第5個磁極間的引線接頭，為驗證原理的正確性，進而解開了第3個和第4個磁極間的連線，但發現接地故障依然存在，于是按照上述方法再測了一次：在只剩下11個磁極線圈的情況下，負極起點在4號磁極線圈，然后測量轉子主引線正極對地電壓，轉子3、4號線圈極間引線打開處（4號線圈引線接頭）對地電壓（分別記為U+、U-）。

第二次測量結果：U+=185 V，U-=15.6 V；

計算過程如下：

式（4）中，11代表轉子磁極總個數減去解開的磁極個數；0.86代表接地故障點為第1個線圈，然后打開第4個線圈和第5個線圈的極間引線接頭，用搖表測量負極主引線至第3線圈、第5線圈至正極主引線的絕緣均合格，再測量引線已解開的第4線圈的絕緣仍然為0。

此時接地故障點已確定找到，對4號線圈的引線絕緣層剔除，發現磁極引線壓板內側下端部引線有明顯灼傷磨損痕跡，且纏繞絕緣層的壓板也存在裸露問題，絕緣纏繞并不完整，導致轉子旋轉后在離心力作用下磁極引線裸露處與該壓板裸露處存在接觸導致接地故障，對該處磁極引線及其壓板絕緣層全部剔除并重新纏繞完整絕緣，重新搖絕緣合格，然后將之前打開的極間引線全部接上并重新纏繞絕緣層，對整個轉子搖絕緣合格，開機運行時轉子一點接地故障已經消除。

3 關于歐姆定律在轉子非金屬性一點接地中應用的進一步思考

筆者通過電站機組大修轉子吊出的機會，模擬轉子一點接地故障，以求找出非金屬性接地的阻值（萬用表測量的轉子線圈對地阻值）到底為多少時，上述查找方法才具有可行性。具體實施步驟如下：接線方法不變，然后在轉子負極開始數第1個線圈和第2個線圈的極間連線上人為加裝一個電阻箱（0 kΩ～99.9 kΩ可調）并接地。

操作方法：調節調壓器使行燈變壓器高壓側輸出為20 V，最開始按照電阻箱的最大值測試，用萬用表測量負極對地電壓，計算發現所得K+值與預期值（1.0～1.5之間）差別較大，然后不斷調整電阻箱的接地串入阻值，當調整到5 kΩ時，K+值約為1.5，才比較接近模擬的接地點范圍。改變輸出電壓為50 V，測試結果相同，然后改變接地點，測試結果亦然。

通過該方法驗證了轉子線圈一點非金屬性接地時，如果萬用表測量線圈對地阻值在5 kΩ及以下，上述定點精確快速查找故障接地點的方法具備可行性。

4 結語

針對沙坪水電站1F機組發生的轉子一點接地故障，利用歐姆定律串聯分壓原理快速準確地查找故障點并及時處理，為后期處理類似故障時提供了借鑒，同時縮短了電站的停機處理時間，提高了企業的經濟效益。