燃氣輪機發電機轉子接地故障的分析與處理

謝宇潮

摘 要：發電機轉子接地故障會直接影響燃氣輪機設備的使用，影響企業經濟效益的獲得。本文通過對發電機接地保護裝置的故障問題進行探究，分析導致發電機轉子接地故障的主要因素，通過對各項因素的全面排查，找出導致設備故障的主要因素，總結發電機轉子接地故障的各項因素，為同類保護裝置故障處理提供參考。

關鍵詞：燃氣輪機;發電機;轉子;接地故障分析;處理方式

燃氣輪機與發電機轉子接地故障雖然不會對發電機設備造成巨大傷害，但是如果不及時處理故障因素，則會引發第二點接地，在故障點故障電流也會隨之增大，進而直接影響轉子本體的運行造成故障。另外，部分繞組也會被短接，導致氣系磁通平衡性喪失，引發軸系系統磁化，帶來嚴重影響后果。因此，在發電機設備出現轉子接地故障以后，應當采取必要性的管理手段，確定發電機設備的實際故障點，進而制定合理的處理方法，找到關鍵故障點;設計科學合理的解決方案，找出最終的接地故障原因，確保發電機的穩定運行。

一、利用RSO實驗確認故障

針對不同轉子轉速可選擇重復脈沖試驗，檢測出轉子的接地故障問題，確定出具體故障位置，結合轉子繞組找出匝間短路故障。如若在發電機轉子內部并未發生匝間短路故障時，RSO實驗中所產生的結果為正負極所產生的反射波曲線位置相吻合;如果出現匝間短路故障時，行波所形成的反射曲線則不會出現重合。當接地故障發生在轉子內部主絕緣后，兩束行波的曲線位置則在短路接地部位起延伸，后續兩波形之間也并不會出現重合現象[1]。結合RSO實驗可以逐步確認出發電機轉子的問題故障所在。

二、接地故障分析

當發電機勵磁繞組在高速運作時很容易出現不同的電機故障，一般情況下轉子接地故障可以分為永久性接地故障、斷續性接地故障以及瞬時性接地故障。永久性接地故障的引發因素主包括兩點，其一;勵磁回路接地導致;其二，轉子回路對地絕緣降低導致。瞬時性接地故障的引發因素是由于在發電機內部，碳粉或者鐵屑等雜質積累過多，發電機運行過程中轉子快速運轉導致雜質飛揚，當密度到達一定值后，則會直接影響大軸，引發轉子接地，此類故障的解決方式，可以通過清掃發電機內部解決。另外，如果引線、轉子滑環以及槽及槽口等位置出現故障導致絕緣，也會引發轉子接地。

（一）檢查保護裝置與二次回路

一般情況下，每臺發電機機組會配備兩套發電機轉子接地保護裝置，其中一套設備在正常運行時使用，另一套則作為準備。如果在對保護裝置采樣時操作不夠準確，那么則會直接影響裝置的使用效果，最終電阻的測量結果也會出現差異。通過對兩套保護裝置的校驗，如果并未發現任何異常，那么則能夠排除保護裝置自身故障因素。發電機轉子大軸正負極會與保護裝置的輸出端相連接，如果在對二次回路檢查過程中發現地和線間絕緣出現故障，那么就可以判斷是二次回路的問題。

（二）檢查注入電壓周期定值

一般情況下，發電機組轉子回路的地電路不會發生變化，但轉子接地保護在調試期間，需要對地電容的大小以及輸入電壓周期進行調整。隨著勵磁系統的運行，在RC軸電壓回路中電容性也隨之發生改變，而所注入的電壓周期難以滿足穩定電流的需求，因此需要調整注入電壓周期[2]。在觀察設備接地電阻的變化情況時，如果電阻仍然發生變化，那么則可以排查電壓周期定值問題，如果未變化，則可確定其發生故障。

（三）檢查勵磁碳刷與大軸接地

如果在轉子接地后，出現刷辮打火的情況，這主要是由于接地刷辮與大軸之間頻繁接觸，在轉子繞組后會出現地容頻繁放電，在此時轉子接地時所產生電流為短暫時間的電流，因此相應的接地電阻也在隨之改變，影響了在轉子接地后對實際電阻值的測量，使得轉子接地出現故障。在檢測轉子接地電阻與接地位置變化情況時，可以人為模擬一側接地刷辮脫離大軸，另一側則頻繁接觸大軸，這時接地電阻發生變化，變化范圍大致在20kΩ到150kΩ之間，無法達到保護的作用。如果對正負極碳刷采取碳粉清理以及檢查更換，徹底清理刷辮接觸大軸區域以及接地刷辮且緊固后，轉子接地保護裝置仍然發出信號，那么則可以判斷勵磁碳刷與大軸接地，并不是引發轉子接地故障的主要因素。

四、接地故障的處理方式

在查明發電機轉子接地故障因素以后，需要針對機組檢修情況，加固機組檢修勵磁母線軟連接橡膠，并針對勵磁母線軟連接螺絲的安裝情況進行檢查，如果存在不合理之處，應當采取恰當方式對其進行整改與完善。與此同時，在日常維護發電機機組時，應定期檢查與清理正負極碳刷、碳刷小室濾網、接地刷辮的使用情況，做好相應處理措施，清洗除塵，同時也應當加大對軟連接處橡膠外殼的檢查力度，一旦出現不合格的情況，則應當及時更換橡膠外殼，以此加強絕緣效果[3]。另外，機組的頻繁啟動會導致繞組頻繁熱脹冷縮，甚至出現蠕變的情況，在超過一定限度之后，可能會出現移位故障導致匝間短路，因此，應當合理安排機組運行機制，及時清除轉子各項風險因素，避免轉子頻繁出現故障，以此保障燃氣機發電機的穩定運行。

結束語：

綜上所述，導致轉子接地故障的外界因素包括接地刷辮以及正負極碳刷接觸不良，使得接觸電阻數值增大，進而導致轉子接地保護作用難以發揮出來，直接影響了保護裝置的正常使用效果。一旦轉子接地報警，首先應當檢查其刷辮及正負極碳刷，并對其進行清洗、緊固，而后在檢查轉子電壓在勵磁系統、轉子接地保護屏、故障錄波等回路或者保護裝置是否出現異常;在排除外部回路對轉子的影響后，則要停機檢查，觀察發電機本體或其勵磁系統是否出現接地故障。而對于不穩定的接地，除了檢查基本項目以外，也應當時刻監視接地情況，在錄波器的輔助作用下，跟蹤轉子實際情況，根據接地時的繞組溫度、機組振動、勵磁電壓以及勵磁電流等多個情況，綜合判定燃氣機發電機的接地狀態，結合實際情況判定是否需要進行停機檢查。

參考文獻：

[1]謝明，謝秋運.某9FA燃氣輪機發電機轉子接地故障的分析與處理[J].自動化應用，2019（8）：79-81.

[2]代小兵.發電機轉子一點接地故障分析與處理[J].鹽科學與化工，2020，49（1）：32-34.

[3]張國防，馬俊嶺.發電機轉子接地保護現狀分析與處理[J].中國設備工程，2019（15）：52-53.