水轮发电机组转子一点接地故障分析

水轮发电机组转子一点接地故障分析

李琳

大唐芒里水电开发有限公司 云南德宏 678400

摘要：对于发电机组而言，发电机转子是一个非常重要的部分，若是发电机出现故障问题，相关的负责人员和操作人员应当在最短的时间内采取恰当的方法进行排查和检测，避免因转子两点接地而产生更为严重的问题，使得发电机无法正常工作，导致企业无法实现预期的经济效益和社会效益，除此之外，发电机的故障问题对于电网而言也有着一定程度的影响，使其无法稳定运行，传输的电能无法达到标准的质量和要求。本篇文章在此基础上研究和分析这些故障问题是如何发生的，并制定出相应的解决方案和措施。

关键词：发电机；转子；一点接地；原因分析

1工程概述

本次研究的工程项目是芒里水电站，该水电站配置的是2号发电机，其型号为SF-J18－30/5050，额定电压为10.5kV，额定容量为21.176MVA，额定电流为1164.4A，2019年4月底，2号机组小修完成，经相关人员检测合格之后正式投入运行。两个月的时间后，2号机组承担的负荷已经达到其上限，下午14时监控设备发出信号，2号机组转子出现故障，保护装置中输出的一系列数据信息表明转子接地电阻已经超出正常值，显示为3.12千欧，转子接地位置为48.84%。之后相关人员开始检查发电机，发现其大轴与接地碳刷之间并未存在任何连接问题，既没有擦出火花，也不存在任何的积粉现象。发电机在运行时始终有故障信号传出，未能复归。报警信号发出大约40分钟之后，发电机组负责人员申请停止运行。

2转子接地危害

若是发电机未出现故障问题，其转子两端输入的直流电压将会达到几百伏，励磁电压较大，但其对地电压相对较小，只有励磁电压的50%左右，若是出现一点接地的现象，原有的电流通路将会出现阻断，在这种情况下，发电机的正常运行不会受到任何的影响，没有危害事件发生，但实际上潜在的安全事故已经悄悄埋下种子。之所以会出现这种隐患，原因在于励磁回路两端电压的增加将会导致两点接地的现象发生。两点接地与短路现象相似，短路部分不会有电流通过，那么剩余线路部分通过的电流增加，转子周围原本对称的磁场因此而遭到破坏，发电机开始振动，并且频率和幅度较为明显。转子两端通过的电流不宜过大，这样容易损坏转子，造成较为严重的后果。若是相关的负责人员和操作人员未能在发现问题之后及时采取恰当且合理的方式进行处理，便会导致流经其他设备的电流过大，发生损坏，出现故障，致使发电机无法安全正常地运行，单位未能实现预期的经济效益和社会效益。若是发生一点接地故障，相关人员应当申请将发电机停止运行，如此一来产生的损失只会增加。

3转子一点接地保护原理

该水电站安装的发电机转子一点接地的保护原理是单端注入式，从转子绕组负端接通电源，该电源周期并非一成不变，若是绕组的对地电容发生改变，电源周期也会随之发生改变，采取恰当的方法，针对各种具体情况计算出相应的接地电阻，避免发生电阻下降的现象。该过程中所采用原理的特点通常表现在以下几个方面：第一，无论接地位置在何处，计算电阻的方法并不会发生变化，无论处于何种位置，保护装置的作用不会失效；第二，计算出来的接地电阻往往具有较高的准确性，不会出现较大的误差，若是接地电容发生变化，在其两端通入的电源频率也可以随之做出调整；第三，励磁电压的大小不会影响接地电阻的计算，就算不存在励磁电压，相关的检测人员仍然能够看到转子的绝缘情况；下图所示便是具体的工作电路，具体来说，m指的是测量回路电阻，i指的是功率较大的电阻，s指的是电源模块，g指的是绝缘电阻。

图1单瑞注入式示意图

4故障排查过程

若是发出一点接地信号，相关的负责人员和操作人员应当申请将设备停止运行，然后采用恰当的方法确定故障问题是因为励磁装置接地还是因为转子绕组接地，通常来说，绝缘性降低可能是因为以下几个方面的问题：其一是刷架上堆积了较多的碳粉，其二是滑环上堆积了较多的碳粉。若是发生转子绕组接地的现象，负责人员还应当进一步判断是否属于金属性接地。若是不属于金属性接地，摇测过程可以在亮度较低的环境中进行，采用的装置是兆欧表，然后进行较为细致的观察，因为这种情况下的电阻值往往较低，且兆欧表两端通入的电压是直流形式，接地点会放电，操作人员可以先行确定火花位置，在此基础上进一步确定接地点位于何处。若是属于金属性接地，传统发展模式下常用的检测方法是划分磁极数目，将连接两个极之间的线断开，采用的设备也是兆欧表，利用它来判断故障位置。确定了接地磁极的位置之后，切割挡风板，将磁极拔出，采用有效的方法处理出现损坏的绝缘部分，这种方法看似没有太大的难度，但若是进行实际的操作，将会涉及许多繁琐复杂的程序，较为困难。以某一具体故障为例来阐述该种方法原理。

4.1发电子转子回路检查

发电机停止运行后，相关的负责人员可以用酒精擦拭接头处和绝缘片，确保2号机没有承担任何的负荷，这样操作之后，故障信号仍然存在，并且保护装置输出的相关信息并未发生任何的改变。检查转子引线，发现电缆表并不存在破损现象，引线连片也不存在连接问题。切断灭磁开关，测出对地绝缘值为500MΩ，不存在异常。测出转子两端的直流电阻值为6.013Ω，与往年相比大概存在0.5Ω的误差。

4.2转子一点接地保护回路检查

进行模拟功能校验，设定保护装置的电阻值为4.5kΩ，若是外部给值不足以发出报警信号，那么保护装置不采取措施，反之则需要正确报警。检测之后发现保护装置不存在绝缘性问题。

4.3对励磁系统直流回路检查

将灭磁开关切断，检查支路和端子是否具有良好的绝缘性，发现并未存在这方面的问题。

图2励磁系统原理图

4.4对励磁系统交流回路检查

将励磁功率柜输出的交流电切断，将0922手摇车拉出，采用恰当的计算方法得出对地绝缘值为0。保持励磁变的整洁性，之后再次测量对地绝缘值，得出的结果仍然为0。

图3发电机主接线图

5故障处理

相关的负责人员和操作人员采用恰当的方法测量2号绕组直阻，得出的结果显示为ab=1.9849Ω,ac=1.9826Ω,bc=1.9957Ω,计算的不平衡率大致为0.007%，而标准值通常为2%。由于该发电站并未配置交流耐压试验仪器，后续试验无法正常进行。基于成本效益原则的考虑，若是进行返厂维修，单位需要投入较多的成本费用，不太划算，故而直接将旧设备进行更换，经检测合格之后便可投入使用。

6结语

综上所述，发电机转子之所以会出现一点接地的故障问题，原因在于受到多个方面因素的影响，而解决该故障问题的关键便在于明确保护原理，相关的负责人员和操作人员应当采取恰当有效的方法，在特定的时间检查励磁系统，并且确保其整洁干净，这样便能大大降低故障的发生率，除此之外，在确定故障位置时可以结合应用计算方法与测量方法，以此来提高检测效率，确保检测工作不会耗费太多的时间，也不会投入过多的人力资源和物力资源，确保发电厂能顾实现预期的经济效益。

参考文献

[1]杨国庆,李云,岳建峰.小湾机组转子一点接地问题分析与处理[J].水电站机电技术.2016(07):59-60.

[2]丁中民,王贺.某大型水电站600MW发电机转子一点接地故障处理及原因分析[J].电气时代.2015(08)：66-68.