轉(zhuǎn)子一點接地故障分析與處理

［摘要］貴港航運樞紐水電廠安裝有4臺30MW燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)是水電廠的主要設(shè)備，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生一點接地故障后，要及時排查處理，以免擴(kuò)大發(fā)生轉(zhuǎn)子兩點接地故障，造成發(fā)電機(jī)損壞，給企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失，同時也影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定和電能質(zhì)量。文章分析其原因，提出處理辦法。

［關(guān)鍵詞］發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子；一點接地；原因分析

［作者簡介］禤德釗，貴港航運樞紐分公司助理工程師，廣西貴港，537100

［中圖分類號］ TM64 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1007-7723（2012）04-0052-0002一、工程概述

貴港航運樞紐是國家實施西江梯級開發(fā)、打通大西南水上出海通道的西江航運建設(shè)二期工程的主體，以渠化航道、發(fā)展航運為主，兼顧發(fā)電、防洪、灌溉、橋梁及公路交通等綜合功能。水電廠為河床式低水頭電站，安裝4臺單機(jī)容量為30MW的燈泡貫流式機(jī)組，總裝機(jī)容量為120MW。機(jī)組的主要設(shè)備由國外進(jìn)口：水輪機(jī)和調(diào)速器系統(tǒng)由芬蘭科瓦納公司提供；發(fā)電機(jī)、保護(hù)系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由瑞士ABB公司提供。機(jī)組設(shè)計水頭為8.5m，年利用小時為5089～5786小時，保證出力36～52MW，設(shè)計年發(fā)電量為6.12億千瓦時。1999年2月l日第一臺機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，1999年9月1日四臺機(jī)組全部并網(wǎng)發(fā)電。

二、轉(zhuǎn)子接地危害

發(fā)電機(jī)正常運行時，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓（直流電壓）有幾百伏左右，勵磁回路對地電壓約為勵磁電壓的一半，貴港航運樞紐水電廠機(jī)組正常運行時轉(zhuǎn)子對地電壓為Ue/2=206V/2=103V，轉(zhuǎn)子繞組及勵磁系統(tǒng)對地是絕緣的。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組或勵磁回路發(fā)生一點接地時，不會構(gòu)成對發(fā)電機(jī)的危害。但轉(zhuǎn)子發(fā)生一點接地后更容易發(fā)生兩點接地。因為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點接地后勵磁回路對地電壓將有所升高。如當(dāng)勵磁回路的一端發(fā)生金屬性接地故障時，另一端對地電壓將升高為全部勵磁電壓值，即比正常電壓值高出一倍。

在這種情況下運行，當(dāng)切斷勵磁回路中的開關(guān)或一次回路的主斷路器時，將在勵磁回路中產(chǎn)生暫態(tài)過電壓，在此電壓作用下，可能將勵磁回路中其他絕緣薄弱的地方擊穿，從而導(dǎo)致第二點接地。 當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)不同位置的兩點接地或匝間短路時，會產(chǎn)生很大的短路電流，可能會燒傷轉(zhuǎn)子本體；另外，由于部分轉(zhuǎn)子被短路，是氣隙磁場不均勻或發(fā)生畸變，從而使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動時所受的電磁轉(zhuǎn)矩不均勻并造成發(fā)電機(jī)振動，損壞發(fā)電機(jī)。發(fā)生兩點接地導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷停機(jī)，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定和電能的質(zhì)量，造成經(jīng)濟(jì)損失。特別是在5～10月豐水期，庫容小，屬于日調(diào)節(jié)電站，發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地故障，停機(jī)檢查造成棄水，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。

三、轉(zhuǎn)子一點接地原理

利用惠斯通電橋原理

惠斯通電橋（又稱單臂電橋）是一種可以精確測量電阻的儀器。上圖1所示是一個通用的惠斯通電橋。電阻R1，R2，R，Rx叫做電橋的四個臂，G為檢流計，用以檢查它所在的支路有無電流。當(dāng)G無電流通過時，稱電橋達(dá)到平衡。平衡時，四個臂的阻值滿足一個簡單的關(guān)系，利用這一關(guān)系就可測量電阻。測量時，選擇適當(dāng)?shù)碾娮枳鳛镽1和R2，用一個可變電阻作為R，令被測電阻充當(dāng)Rx，調(diào)節(jié)R使電橋平衡，此時而且可利用高靈敏度的檢流計來測零。平衡時，檢流計所在支路電流為零，當(dāng)調(diào)節(jié)電橋使檢流計G上的電流為零時，電橋達(dá)到平衡。這時滿足以下式：R■■=■R

該保護(hù)采用惠斯通電橋原理，其中轉(zhuǎn)子繞組與大軸接地之間的分布電容CR加上隔離電容CK1和CK2構(gòu)成電橋橋臂中的一條，另一橋臂為匹配電容CX支路，再加上兩路高值電阻R支路，正常情況下測量橋由一個外部的輔助交流電源供電，當(dāng)電橋平衡時，則電橋輸出電勢非常小，保護(hù)不會動作。

而當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生接地故障時，受接地的影響，這一橋臂的阻抗發(fā)生變化，電橋平衡被打破，其輸出電勢上升，當(dāng)輸出電壓U達(dá)到或超過整定值時，發(fā)出報警信號。測量橋需要的交流電源可由發(fā)電機(jī)出口PT供電，該供電方式中，當(dāng)發(fā)電機(jī)不運行時保護(hù)不投入，當(dāng)發(fā)電機(jī)投入勵磁時，出口PT有電壓輸入測量橋，保護(hù)投入運行。貴港航運樞紐水電廠采用了這種供電方式，這就是為什么機(jī)組空轉(zhuǎn)沒有投勵磁或者機(jī)組停下時保護(hù)信號就會消失的原因。

四、發(fā)電機(jī)運行中發(fā)轉(zhuǎn)子一點接地故障處理

當(dāng)發(fā)電機(jī)在運行中發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地故障時，按規(guī)程，如故障不能消除，運行兩小時應(yīng)停機(jī)檢查處理。發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地故障后，當(dāng)班的運行人員應(yīng)申請停下機(jī)組檢查：（1）對機(jī)組轉(zhuǎn)子回路的絕緣檢查；（2）校驗轉(zhuǎn)子一點接地保護(hù)裝置；（3）檢查轉(zhuǎn)子外部和內(nèi)部設(shè)備；（4）檢查保護(hù)的控制回路接線和端子。

轉(zhuǎn)子一點接地故障常見原因是：（1）轉(zhuǎn)子外部接地：轉(zhuǎn)子勵磁電纜接地、碳刷架燒損、轉(zhuǎn)子勵磁電纜因鐵線夾得太緊造成絕緣降低、碳刷粉塵過厚；（2）轉(zhuǎn)子內(nèi)部接地：磁極上游側(cè)螺桿受潮接地、磁極線圈與鐵芯間有絲狀物插入造成接地、磁極上游側(cè)線圈與鐵芯的縫隙有油泥引起接地；（3）保護(hù)裝置回路引起接地：大軸一點接地回路端子松動導(dǎo)致不平衡發(fā)轉(zhuǎn)子接地信號、保護(hù)裝置回路設(shè)備老化造成誤發(fā)轉(zhuǎn)子接地信號。

五、結(jié)語

通過上述分析得知，引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點接地故障發(fā)生的原因有許多，但是掌握了轉(zhuǎn)子一點接地保護(hù)的原理，定期對發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)進(jìn)行檢查、清潔，就能很好地預(yù)防發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地故障的發(fā)生，確保發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運行。

［參考文獻(xiàn)］

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［2］陳文添.水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子一點接地的分析與查找［J］.廣西電力,2005,（3）.