水轮发电机转子一点接地故障的查找及其优化措施

水轮发电机转子一点接地故障的查找及其优化措施

殷少波

(贵州黔源电力股份有限公司鱼塘水电站贵州省贵阳市550000)

摘要：文章介绍水轮发电机转子一点接地故障的处理流程，对其所采用的转子一点接地保护原理进行分析，并以一起实际案例介绍其出现转子一点接地故障之后的具体接地点查找和处理方法，以供参考。

关键词：水轮发电机；转子；一点接地故障；

1引言

在目前我国在进行能源结构调整和电网结构优化的过程中，水电站在电网中的地位不断提高，且建设数量和装机容量在不断增加，为满足我国社会不断增长的用电符合要求以及维护供电稳定发挥着重要作用。但是在水电站水轮发电机组的运行中，其比较容易出现的故障类型之一就是发电机转子一点接地故障，如果不及时查找并进行处理就会导致故障扩大对转子造成烧毁或者发展为两点接地而将绕组和铁芯烧毁并引发机组振动加剧等问题，所以需要在出现上述故障时进行及时排查好和处理来确保电网的稳定和电能质量。

2水轮发电机转子一点接地故障的处理流程

对于水轮发电机转子不稳定接地来说，其通常会在一定的转速或温度下发生一点接地故障，而且此种故障的查找难度较大，所以需要将其转换为稳定接地之后再进行测试和故障查找，此时所采用的方法主要是交流耐压烧穿法。如果一点接地故障发生在励磁回路中，首先需要对接地位置进行确定，检查其在两滑环之内的绕组之间还是在滑环之外的励磁电缆上。在对故障进行查找时，首先需要将全部碳刷拔出，确保励磁电缆和转子绕组断开，然后对二者进行遥测绝缘处理，如果此时滑环对地绝缘为零，则确定接地位置在两个滑环之内的绕组之间，反之则在滑环之外的励磁电缆上，且在实际运行中以前者比较常见。在对接地位置进行确定之后，就可以采用二分法、直流压降法、直流电阻法、板间连线电流法以及交流压降法等方法进行接地磁极号的确定。

3水轮发电机转子一点接地保护原理

对于水轮发电机转子一点接地保护来说，比较常用的就是单端注入式转子接地保护，其示意图如图3.1所示，其原理就是在转子绕组的负端以及大轴之间注入电源，并且此电源可以根据转子绕组对地电容的大小来对其切换周期进行调整，这样就可以实现对转子一点接地电阻的实时求解，从而可以起到对大轴绝缘电阻下降的控制来实现对发电机转子的保护。此种保护的主要存在以下特点：一是在对转子接地电阻进行计算时无需对接地位置进行确定，而且此保护方式可以对转子一点接地进行全方位的保护；二是在对转子接地电阻进行计算时具有较高的计算精度，并且不会受到转子绕组对地电容的影响而可以随着根据其大小的变化进行注入电源频率的调整；三是在对接地电阻进行计算时，可以不需要对励磁电压的大小进行确定和计算，即便是没有外加励磁电压的情况下也可以进行转子绝缘情况的监测。

图3.1单端注入式转子接地保护示意图

其中，测量回路电阻；为注入大功率电阻；为注入电源模块；为转子绕组对大轴的绝缘电阻。

4水轮发电机转子一点接地查找及处理方法

4.1故障案例介绍

以某水电发电机组中出现的一点接地故障为例，其在安装完成并进行启动调试期间进行试验时没有发现任何异常，但是在进行励磁空载试验过程中却出现了机组监控和继电保护装置的转子一点接地故障，而且此故障信号多次出现。但是由于此机组本身具有较大的装机容量，为37.5MW，其磁极数就有30多个，所以如果针对此故障采用传统的方法进行查找则具有非常大的工作量，需要消耗较长的时间进行查找和处理，会对机组调试以及运营工期造成影响。所以需要采用以下方法进行故障快速查找和处理。

4.2故障查找和处理

首先在转子一点接地故障信号发出之后进行机组停机并进行故障点大概位置的确定，将全部碳刷拔出之后采用绝缘兆欧表对转子和励磁系统进行绝缘遥测，在遥测的过程中发现转子处于不稳定的状态而且绝缘数值较小，但是对励磁系统的绝缘遥测却显示出良好的状态，所以就可以对其故障点进行初步判断为位于转子绕组中。其次需要对不稳定的接地进行转换，就是通过交流击穿法在转子上施加2kV的交流耐压，将其绝缘数值变为零。随后就需要对准确的接地点进行查找。针对此机组中没有末端转子引线引出的情况，而且在集电环外端还有环氧板的保护，所有不适用于采用直流压降法进行查找。而且此水电站在建设过程中，其他的机组也在进行安装，导致现场存在较多的电气设备而导致具有较大的电磁场干扰，所以也不适用于交流压降法。所有由于转子磁极间的接头没有被挡住，比较适用于采用板间连线电流法进行查找。在此方法的具体应用中，首先需要从集电环正极给转子绕组施加2kV的交流电压，然后采用万用表对磁极电压进行测量，在测量过程中发现33号磁极开始的对地电压变为零。然后相反从负极开始进行上述电压的施加和测量，发现从34号开始其对地电压变为零。由此可以推断出接地位置就在33号和34号磁极之间。最后在接地点位置查找出之后就需要对故障进行处理，就是将这凉快磁极的引线和上下挡风板拆开，并且发现其中有二次电缆号牌卡在磁极上端的阻尼环缝隙中，此号牌上的细小铜丝进入转子磁极和定子铁芯的缝隙中，所以将其取出并恢复这两个磁极的引线和上下挡风板之后对其进行整体的绝缘遥测，发现其绝缘良好，证明此一点接地故障排除。

5结语

发电机转子接地有一点接地和两点接地，另外还会发生转子层间和匝间短路故障。转子接地有瞬时接地、断续接地、永久接地之分，也有内部接地和外部接地，金属性接地和电阻性接地之分。在本文中所介绍的案例中，由于在安装和调试中没有进行严格检查而导致有杂物遗留在机组中从而引起了转子一点接地故障。而水轮发电机的转子一点接地故障容易导致电机损坏以及引发两点接地和其他更为严重的故障，所以需要在分析实际情况之后选择适合的接地点查找方法，或者对于现场较为复杂的情况可以同时使用多种方法进行判断、查找和处理。

参考文献：

[1]陈涛,陈喻娟.水轮发电机转子一点接地故障的查找方法及其优化[J].水电与新能源,2016(6):53-56.

[2]刘侠,刘贞超,黄焱.水轮发电机转子一点接地故障分析及处理[J].大电机技术,2017(6):40-43.