大型水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子金屬性一點接地真機故障模擬與快速查找試驗

郭鈺靜

(中國長江電力股份有限公司檢修廠，湖北 宜昌 443002)

水輪發(fā)電機發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地故障后，較易誘發(fā)轉(zhuǎn)子兩點接地[1]，進而威脅機組的安全穩(wěn)定運行，因此在發(fā)電機發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地故障后迅速采取措施，找出故障點并及時消除，以免誘發(fā)兩點接地故障引起機組強烈振動、大軸磁化、轉(zhuǎn)子擦傷定子鐵心及燒壞轉(zhuǎn)子繞組、磁極鐵芯或集電環(huán)等不安全現(xiàn)象，保障發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行[2]。

某大型水輪發(fā)電機投運于上世紀80年代，此次試驗利用其改造增容的機會進行，該水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組有96個磁極，編號1號～96號，其中49號、50號磁極連接勵磁回路正負極引線。試驗過程中在轉(zhuǎn)子繞組上模擬金屬性接地故障，分別采用現(xiàn)有3種轉(zhuǎn)子金屬性一點接地故障查找方法進行故障查找定位對比試驗，對不同的故障查找方法有效性、快速性及精確性進行橫向比較，確定不同故障類型的查找方法，并對故障查找流程進行標準化，實現(xiàn)對故障的快速定位，大幅縮短故障查找時間[3]。

1 金屬性一點接地故障模擬設(shè)置

故障設(shè)置前將轉(zhuǎn)子磁軛接地，除去轉(zhuǎn)子磁極不同部位油漆使其裸露，通過保險絲將磁極端部引線的裸露部分與轉(zhuǎn)子磁軛連接的方式以及利用短接線將轉(zhuǎn)子不同部位的裸露金屬直接接地，模擬轉(zhuǎn)子不同部位的接地故障。其中77號磁極引線處故障點現(xiàn)場模擬設(shè)置如圖1所示，通過保險絲將磁極引線與磁軛螺栓連接接地。

2 交流壓降法查找轉(zhuǎn)子金屬性一點接地故障

試驗過程中，使用1 000 V搖表測量轉(zhuǎn)子絕緣，轉(zhuǎn)子絕緣電阻為0 MΩ，確定轉(zhuǎn)子有接地故障。利用調(diào)壓器，經(jīng)隔離變從49號和50號磁極轉(zhuǎn)子正負極引線通入1 A交流電流，回路電流使用電流表進行監(jiān)測。利用FLUKE數(shù)字多用表分別測量49號磁極和50號磁極之間的電壓、49號磁極對地電壓、50號磁極對地電壓。記錄各個電壓值和實際設(shè)置故障點的磁極序列號。試驗接線如圖2所示。

圖2 交流壓降法查找轉(zhuǎn)子金屬性一點接地故障試驗接線圖

通過公式利用試驗數(shù)據(jù)計算出磁極接地點計算值并與實設(shè)值進行比較。

計算公式：

(1)

該方法共進行5次試驗(更換其它設(shè)定接地點)。試驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果如表1所示。

通過對表1中磁極接地點計算值與實設(shè)值進行分析比較，可以發(fā)現(xiàn)通過試驗測得的接地點與實際設(shè)置的故障點位置存在偏差，但偏差極小，不超過左右相鄰的兩個磁極，交流壓降法有效地縮小了故障查找范圍。

3 直流壓降法查找轉(zhuǎn)子金屬性一點接地故障

試驗過程中，使用1 000 V搖表測量轉(zhuǎn)子絕緣，轉(zhuǎn)子絕緣電阻為0 MΩ，確定轉(zhuǎn)子有接地故障。利用直流弧焊機，通過49號、50號磁極轉(zhuǎn)子正負極引線對轉(zhuǎn)子繞組通入200 A直流。利用FLUKE數(shù)字多用表分別測量量49號磁極和50號磁極之間的電壓、49號磁極對地電壓、50號磁極對地電壓，并記錄數(shù)據(jù)[4]。

表1 交流壓降法查找轉(zhuǎn)子金屬性一點接地故障試驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果

試驗接線如圖3所示。

本組試驗共進行了6次(更換其它設(shè)定接地點)，試驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果如表2所示。

圖3 直流壓降法查找轉(zhuǎn)子金屬性一點接地故障試驗接線圖

表2 直流壓降法查找轉(zhuǎn)子金屬性一點接地故障試驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果

通過對表2中磁極接地點計算值與實設(shè)值的分析比較，直流壓降法可精確定位轉(zhuǎn)子一點接地的故障點位置。分析試驗原理和結(jié)果可知，在對試驗數(shù)據(jù)進行處理時，磁極在視為單獨個體的同時，也可視為多股線圈，在進行接地故障點查找時，結(jié)合計算結(jié)果的小數(shù)位和查找方向(計算時引用的引線磁極側(cè))，可準確判定接地故障點在磁極上的位置。

4 電位分布法查找轉(zhuǎn)子金屬性一點接地故障

用電位分布法進行轉(zhuǎn)子金屬性一點接地故障查找試驗時，利用調(diào)壓器在49號磁極與地或50號磁極與地之間通入1A交流電流，然后使用萬用表自相應(yīng)通入電流的轉(zhuǎn)子引線端逐個測量各磁極對地電壓。在不同故障點下進行2次試驗。試驗接線如圖4所示。

圖4 電位分布法查找轉(zhuǎn)子金屬性一點接地故障試驗接線圖

第1次試驗：將77號磁極靠近78號磁極端引線設(shè)為故障點。從50號磁極通入1 A交流電流。用萬用表自50號磁極測量各磁極對地電壓。試驗數(shù)據(jù)如表3所示。

數(shù)據(jù)折線圖可直觀看出變化趨勢，如圖5所示。

通過對表3中的試驗數(shù)據(jù)進行分析比較，可以發(fā)現(xiàn)每兩個磁極間電壓降在1 V左右，77號磁極的對地電壓已小于1 V，且77號之后的磁極對地電壓都接近0 V并趨向穩(wěn)定。據(jù)此可初步判定，故障點應(yīng)在77號磁極靠近78號磁極側(cè)或78號磁極靠近77號磁極側(cè)，這與實際故障點所在磁極誤差在1個磁極以內(nèi)。

表3 電位分布法查找轉(zhuǎn)子金屬性一點接地故障第1次試驗數(shù)據(jù) V

圖5 電位分布法查找轉(zhuǎn)子金屬性一點接地故障試驗數(shù)據(jù)變化趨勢圖(1)

第2次試驗：將16號磁極靠17號磁極端引線設(shè)為故障點。在49號磁極通入1 A交流電流。用萬用表自49號磁極測量各磁極對地電壓。試驗數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 電位分布法查找轉(zhuǎn)子金屬性一點接地故障第2次試驗數(shù)據(jù) V

數(shù)據(jù)折線圖可以直觀的看出變化趨勢，如圖6所示。

通過對表4中的試驗數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)變化趨勢進行分析比較，可以發(fā)現(xiàn)17號磁極的對地電壓已接近0 V，且17號之后的磁極對地電壓都接近0 V并趨向穩(wěn)定。據(jù)此可初步判定，故障點應(yīng)在17號或16號磁極，這與實際故障點所在磁極誤差在1個磁極以內(nèi)。

圖6 電位分布法查找轉(zhuǎn)子金屬性一點接地故障試驗數(shù)據(jù)變化趨勢圖(2)

5 結(jié) 語

本次真機模擬試驗研究，客觀、專業(yè)地檢驗與比較了3種轉(zhuǎn)子金屬性一點接地故障查找方法的有效性和精確性，在實際生產(chǎn)工作中，可結(jié)合各方法的有效性、精確性與可操作性等，科學合理地選擇試驗方法進行故障查找，以便進行后續(xù)的故障處理工作[5]。

1)在實際運行過程中，可通過對轉(zhuǎn)子測量絕緣電阻判斷轉(zhuǎn)子發(fā)生金屬性一點接地故障。

2)試驗已驗證了直流壓降法、交流壓降法或電位分布法可有效進行接地故障點的查找。

通過分析3種方法的試驗原理、試驗過程與試驗結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)其各有優(yōu)劣，其優(yōu)缺點比對結(jié)果如表5所示，實際生產(chǎn)中可結(jié)合現(xiàn)場情況進行選擇應(yīng)用。

表5 交流壓降法、直流壓降法、電位分布法查找轉(zhuǎn)子金屬性接地故障的優(yōu)缺點比對