水电站机组转子接地故障分析及处理

水电站机组转子接地故障分析及处理

谢大强

（中电建水电开发集团有限公司，  四川乐山614900）

【摘要】为探讨水电站机组转子接地故障分析及处理，采用实际案例结合理论实践的方法，立足水电站机组转子接地故障排查的方法以及成因，分析了相应的处理方法，以及降低水电站机组转子接地故障概率的措施。分析结果表明，水电站机组转子接地故障是水电站机组运行中最为常见的故障之一，引起此故障的原因比较多，造成的危害比较大，需要结合故障的成因，采取有针对性的处理方法，并加强经验的总结分析，才能为类似故障的预防和处理提供借鉴，以提升水电站机组运行的稳定性和可靠性。

【关键词】水电站；机组；转子；接地故障

【引言】水电站作为一种清洁、可再生的能源，得到了越来越广泛的应用。机组转子是水电站的重要组成部分，其运行稳定与否直接影响到水电站的发电效率和运行安全。然而，机组转子接地故障是水电站运行中常见的问题之一，一旦发生将会给水电站带来不可估量的损失。因此，对机组转子接地故障进行深入的分析和处理，对于保障水电站的安全运行具有重要意义。

1、案例分析

南欧江七级电站安装有2台立轴混流式水轮发电机组，发电机型号为SF105-30/8500，额定转速200r/min，额定容量120000KVA，额定电压13.8KV。2022年04月16日上午10点30分，中控室上位机报1号机组转子一点接地报警。维护专业人员对集电环转子绝缘进行测量，测量值为0MΩ，随后对滑环室进行了清扫，简单清扫后测量转子绝缘，测量值仍为0MΩ，接地故障依然存在。

2、机组转子接地故障排查方法

机组转子接地故障的原因有很多种，包括机组转子绝缘损坏、接地电阻过大、接地线路接触不良等。在实际运行中，由于机组转子的长期运行，其绝缘材料逐渐老化、磨损，安装质量问题逐渐暴露，从而导致机组转子的接地电阻逐渐增大。如果不及时进行检修和更换，就会引起机组转子接地故障。因此，为缩小故障排查范围，现场决定采用分段排除法：

第一步、将机组转子集电环与励磁电缆连线断开，通过绝缘测量分析，发现单测励磁电缆（至励磁灭磁柜）绝缘测量值趋近于无穷大，集电环、引线、磁极绝缘测量值0MΩ，从中可以看出，引起本次故障机组转子接地故障的原因并非是励磁电缆接地故障。

第二步、将机组转子集电环与主轴磁极铜排引线断开，铜排搭接位置如图1所示：

图1主轴磁极铜排与集电环引线搭接位置

单独对集电环进行绝缘测量，测量值无穷大，满足规范要求。对下引铜排进行绝缘测量，测量值0MΩ，因此，引起本次机组转子接地故障的原因，可以排除滑环室集电环部分【1】。

第三步，将机组转子主轴段上正、负下引铜排和转子支架上水平铜排断开，断开之后再进行主轴段上正铜排、负铜排上的绝缘性进行测量，其中正极铜排绝缘470MΩ，负极铜排绝缘为0.3MΩ，而水平铜排带磁极段为270MΩ，从绝缘测量结果的角度来看，可看出引起本次机组转子接地故障的主要原因是主轴负极铜排绝缘出现了问题。

3、水电站机组转子接地故障成因

就案例水电站而言，1号机组自投运以来频繁报转子一点接地故障，根据现场情况判断，主要原因为碳刷运行过程中摩擦较快，碳粉过多造成，而造成此现象的因素主要包括以下几个方面：

第一，在进行碳刷型号选择时未充分结合水电站机组转子的特点，进行合理选择和配型，接地故障发生前，选择的是摩根D172型碳刷，软硬程度和发电机的转速不相符，在运行中磨损比较严重，碳粉损失量过大。

第二，1号机组在设计安装中集电环选择了自通风形式，碳刷磨损落下的碳粉，被吹落在机罩的各个位置，甚至有部分碳粉散落到主轴的引线槽中，从而引起了引线接地问题。

第三，1号机组在运行中机架的振动、摆度幅度过大，致使碳刷跳动幅度大，进一步加速了碳刷的磨损速度【2】。因此电站现场拟从同等工况下两台机振摆运行数据等方面作进一步分析比较（根据《GBT 8564-2003 水轮发电机组安装技术规范》要求,滑环处的摆度应不大于 0.2mm）。

第四，通过现场分析检查，发现1号机组刷握存在较为严重的松动情况，轴心存在一定的偏差，致使碳刷存在严重的倾斜和滑环接触情况，进而加剧了碳刷的磨损。

4、水电站机组转子接地故障处理方法

针对1号机组转子在运行中因为碳刷磨损严重引起的接地故障，需要进行科学有效的处理，以保证水电站机组转子尽快恢复到正常运行的水平。具体的处理方法如下：

第一，为掌握1号机组转子碳刷磨损情况，以及整个机组的整体运行情况。现场运维人员需要加强监屏力度，并高度重视1号机组转子摆动幅度的变化情况。适当提升对日常设备的巡视次数。尤其是要重点观察滑环室内各运行设备以及零部件表面的碳粉堆积情况，同时详细记录机旁发电机保护屏中转子接地保护绝缘电子测试值的变化情况，一旦发现转子绝缘电阻下降或接近规范允许最小值，立即停机清扫处理，以降低1号机组转子接地故障发生的概率，确保1号机组转子始终处于良好的运行状态。

第二，运行维护人员需要注重对1号机组转子部分刷握未对准轴心情况的调整，一旦发现碳刷轴心未对准要及时调整处理【3】。

第三，扩大对1号机组转子运行中设备清扫的范围，不但要清除滑环室内集电环、励磁电缆、刷架上碳刷磨损飘散的碳粉，还要清扫引线正负铜排表面以及铜排固定卡等位置上的碳粉，避免因为碳粉堆积引起1号机组转子接地故障。

第四，充分考虑目前2号机组转子绝缘下降频率较1号机组转子较低的情况。为快速处理1号机组转子接地故障，可减少1号机组的运行时间，以降低转子一点接地可能引起的整体机组运行风险。此外，通过此方法还能有效减轻现场维护班组清扫工作压力。1号机组转子绝缘清扫处理如表1所示，2号机组转子绝缘清扫处理如表2所示：

表1 1号机组转子绝缘清扫处理记录表

表2 2号机组转子绝缘处理记录表

第五，为有效解决和防范1号机组转子接地故障，除采用上述措施之外，还要切实做好以下工作：1）检查机组转子绝缘情况，如发现绝缘老化、损坏等情况，及时更换绝缘材料，确保机组转子绝缘性能正常；2）检查机组转子接地电阻，如果接地电阻过大，可以通过增加接地线路数量或更换接地线材料等方式进行降阻处理，确保接地电阻正常；3）检查机组转子接地线路的接触情况，如发现接触不良，可以进行清洁和紧固处理，确保接触良好。对于机组转子接地故障比较严重的情况，可以进行机组转子的拆卸和检修，彻底解决故障。

5、处理效果和建议

南欧江七级电站安装2台立轴混流式水轮发电机组发生的接地故障，发现机组转子接地电阻过大，其中正极铜排绝缘470MΩ，负极铜排绝缘为0.3MΩ，而水平铜排带磁极段为270MΩ，明显超过了安全范围。经过进一步检查，发现机组转子碳刷磨损严重、绝缘材料老化，需要进行更换和调整。同时，还发现机组转子接地线路接触不良，需要进行清洁和紧固处理。在处理故障的过程中，工作人员首先进行了机组转子接地电阻测试，确定了机组转子接地电阻过大的原因。然后进行了机组转子绝缘材料的更换和接地线路的清洁和紧固处理，最终成功解决了机组转子接地故障，保证了水电站的正常运行【4】。

虽然通过上述处理方法和措施，使得目水电站机组转子接地故障得到有效处理，但由于1号机组频繁的报转子一点接地，且碳粉清扫难度越来越大，为确保设备的安全运行，顺利执行业主单位七级电站发电任务。提出如下建议：

1）建议咨询厂家，选择采购软硬度与发电机转速匹配，耐磨，表面光滑，材质均匀的碳刷进行更换；

2）建议协调施工单位对1号机组磁极引线负极铜排（主轴段）绝缘层问题进行拆解检查专项处理，并协调主机厂家从设计上综合考虑1号机组集电环及负极铜排引线处碳粉多导致的转子接地问题，并对其进行技改（增加碳粉吸收装置或尝试在上下集电环内侧安装筋板进行扰流），尽量降低集电环、铜排等部位因碳粉问题导致转子一点接地的故障风险。总而言之，引起水电站机组转子接地故障的原因比较多，为有效控制接地故障，确保水电站机组转子始终处于良好的运行状态，需要在实际故障中不断总结经验，结合故障成因，采取有效针对性的控制措施。

【结束语】

综上所述，结合实际案例，分析了水电站机组转子接地故障及处理，分析结果表明，机组转子接地故障是水电站运行中常见的问题，对于及时处理这种故障，可以保障水电站的正常运行。针对某水电站机组转子接地故障进行了分析和处理，总结出了更换绝缘材料、降低碳化磨损、接地电阻、清洁接地线路等处理方法，为类似故障的预防和处理提供了借鉴。同时，也提醒水电站运行管理人员要加强机组转子的日常检查和维护，及时发现并处理机组转子接地故障，确保水电站的安全运行。

【参考文献】

[1]彭荣.火电厂辅机动配箱电机接地故障引起机组停运的分析与处理[J].电工技术,2022(23):279-280+283.

[2]乔健,尹项根,王义凯,卢庆辉,谭力铭,朱凌进.变速抽蓄机组转子绕组接地故障保护及定位方法[J].电力自动化设备,2023,43(03):217-224.

[3]冷述文,马晋辉,王敏,房东贤.基于电网全景模型的发电机组接地故障快速定位系统设计[J].电子设计工程,2022,30(03):26-30.

[4]吕宝献.水电站发电机转子一点接地故障分析及处理[J].电工技术,2020(08):45-46.

作者简介：

谢大强（1974-），男，四川乐山人，工程师，从事水电站机电设备运行和维护管理工作。