發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障的分析、查找與處理

【摘要】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(diǎn)接地故障后，要及時(shí)排查處理，以免擴(kuò)大發(fā)生轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)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(shí)也影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定和電能質(zhì)量。文章介紹了一點(diǎn)接地的危害，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)原理，發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)的判斷分析。結(jié)合某水力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組發(fā)生的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障，介紹了故障查找思路，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(diǎn)接地；動(dòng)態(tài)；原因分析

1、轉(zhuǎn)子接地危害

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓（直流電壓）有幾百伏左右，勵(lì)磁回路對(duì)地電壓約為勵(lì)磁電壓的一半，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子對(duì)地電壓為約為110V左右，轉(zhuǎn)子繞組及勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)地是絕緣的。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組或勵(lì)磁回路發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，不會(huì)構(gòu)成對(duì)發(fā)電機(jī)的危害。但轉(zhuǎn)子發(fā)生一點(diǎn)接地后更容易發(fā)生兩點(diǎn)接地。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地后勵(lì)磁回路對(duì)地電壓將有所升高。如當(dāng)勵(lì)磁回路的一端發(fā)生金屬性接地故障時(shí)，另一端對(duì)地電壓將升高為全部勵(lì)磁電壓值，即比正常電壓值高出一倍。

在發(fā)生轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障時(shí)運(yùn)行，當(dāng)切斷勵(lì)磁回路中的開(kāi)關(guān)或一次回路的主斷路器時(shí)，將在勵(lì)磁回路中產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)電壓，在過(guò)電壓作用下，可能將勵(lì)磁回路中絕緣薄弱的部位擊穿，從而出現(xiàn)第二個(gè)接地點(diǎn)。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)不同位置的兩點(diǎn)接地或匝間短路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，極有可能損傷轉(zhuǎn)子本體；另外，由于部分轉(zhuǎn)子被短路，使氣隙磁場(chǎng)變得不均勻或發(fā)生畸變，從而使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所受的電磁轉(zhuǎn)矩不均勻并造成發(fā)電機(jī)振動(dòng)，損壞發(fā)電機(jī)。發(fā)生兩點(diǎn)接地導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷停機(jī)，造成非正常停機(jī)事故，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定和電能的質(zhì)量，造成經(jīng)濟(jì)損失，而企業(yè)則將面臨上級(jí)部門較為嚴(yán)厲的考核。

2、轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)原理

以某水電廠采用的北京四方CSC300保護(hù)裝置為例。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)反應(yīng)轉(zhuǎn)子對(duì)大軸絕緣電阻的下降。采用“乒乓式”變電橋原理，其設(shè)計(jì)思想是：通過(guò)電子開(kāi)關(guān)S1、S2輪流切換，改變電橋兩臂電阻值的大小。通過(guò)求解三種狀態(tài)下的回路方程，實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)子接地電阻和接地位置。保護(hù)測(cè)量電路原理圖如下圖所示。圖中，S1、S2為兩個(gè)受控的電子開(kāi)關(guān)，U1、U2、U3為三個(gè)被測(cè)電壓，Rg為轉(zhuǎn)子對(duì)大軸接地電阻。

保護(hù)測(cè)量電路原理圖

保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為

Rg﹤Rs

式中：Rg為接地電阻值，分兩段，高定值段為靈敏段，僅發(fā)信；低定值段可發(fā)信也可出口。

3、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地故障判斷確認(rèn)

轉(zhuǎn)子回路一點(diǎn)接地時(shí)，因一點(diǎn)接地形不成電流回路，故障點(diǎn)無(wú)電流通過(guò)，勵(lì)磁系統(tǒng)仍保持正常狀態(tài)，不影響機(jī)組的正常運(yùn)行?？崔D(zhuǎn)子一點(diǎn)接地信號(hào)能否復(fù)歸，若能復(fù)歸則為瞬時(shí)接地；若不能復(fù)歸，則用萬(wàn)用表測(cè)量轉(zhuǎn)子正負(fù)極對(duì)地電壓，如發(fā)現(xiàn)某極對(duì)地電壓降為零，另一極對(duì)地電壓升至全電壓，說(shuō)明確實(shí)發(fā)生了一點(diǎn)接地。

4、轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障常見(jiàn)原因

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地有一點(diǎn)接地和兩點(diǎn)接地，可能發(fā)生轉(zhuǎn)子層間和匝間短路故障。轉(zhuǎn)子接地有瞬時(shí)接地、斷續(xù)接地、永久接地之分，也有內(nèi)部接地和外部接地，金屬性接地和電阻性接地之分。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障常見(jiàn)原因：

（1）轉(zhuǎn)子外部接地：轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電纜接地、碳刷架燒損、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電纜因鐵線夾得太緊造成絕緣降低、磁極連線絕緣破損、轉(zhuǎn)子引線絕緣破損、碳刷粉塵過(guò)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(diǎn)接地回路端子松動(dòng)導(dǎo)致不平衡發(fā)轉(zhuǎn)子接地信號(hào)、保護(hù)裝置回路設(shè)備老化造成誤發(fā)轉(zhuǎn)子接地信號(hào)。

5、發(fā)電機(jī)運(yùn)行中發(fā)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障處理

當(dāng)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中發(fā)生轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障時(shí)，按規(guī)程，如故障不能消除，運(yùn)行兩小時(shí)應(yīng)停機(jī)檢查處理。發(fā)生轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障后，當(dāng)班的運(yùn)行人員應(yīng)申請(qǐng)停機(jī)檢查：

（1）校驗(yàn)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)裝置，確認(rèn)轉(zhuǎn)子是否真接地；

（2）對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)子回路的絕緣檢查，確認(rèn)轉(zhuǎn)子回路是否有接地，接地點(diǎn)在哪個(gè)部位；

（3）檢查轉(zhuǎn)子外部和內(nèi)部設(shè)備，以碳刷為分界點(diǎn)，判斷接地點(diǎn)位置；

（4）檢查保護(hù)的控制回路接線和端子。

6、某水電廠發(fā)生發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障處理實(shí)例

2015年1月某水力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組保護(hù)發(fā)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地信號(hào)。專業(yè)人員嘗試復(fù)歸轉(zhuǎn)子接地信號(hào)，發(fā)現(xiàn)無(wú)法復(fù)歸，判定不是瞬間接地。則用萬(wàn)用表測(cè)量轉(zhuǎn)子正負(fù)極對(duì)地電壓，發(fā)現(xiàn)正極對(duì)地電壓降為零，負(fù)極對(duì)地電壓升至全電壓，說(shuō)明確實(shí)發(fā)生了一點(diǎn)接地。

發(fā)電機(jī)組停機(jī)檢查，專業(yè)人員在機(jī)組靜態(tài)下拉開(kāi)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)保護(hù)和滅磁開(kāi)關(guān)，用1000V搖表檢查勵(lì)磁大線及轉(zhuǎn)子絕緣良好，絕緣值為150MΩ。單獨(dú)檢查轉(zhuǎn)子絕緣也是良好，絕緣值為150MΩ。檢查二次回路正常，到此基本可以判定轉(zhuǎn)子是在動(dòng)態(tài)時(shí)才發(fā)生轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地。

開(kāi)機(jī)空轉(zhuǎn)，再次檢查轉(zhuǎn)子絕緣，絕緣值為150MΩ。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速35%時(shí)絕緣值突然下降至0.08 MΩ。停機(jī)后，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降到35%時(shí)，轉(zhuǎn)子絕緣值快速上升，達(dá)50 MΩ。我們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才會(huì)發(fā)生一點(diǎn)接地，懷疑方向有兩個(gè)：

（1）轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)裝置有電纜破損，在轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)生震動(dòng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)裝置電纜發(fā)生接地。

（2）轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于離心力的作用迫使轉(zhuǎn)子部件發(fā)生移動(dòng)，造成轉(zhuǎn)子某一部件接地。

針對(duì)懷疑方向一進(jìn)行檢查：取下轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地碳刷，隔離轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)裝置再次開(kāi)機(jī)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)情況依然存在，排除。

針對(duì)懷疑方向二進(jìn)行檢查：打開(kāi)發(fā)電機(jī)蓋板，進(jìn)入上風(fēng)洞檢查轉(zhuǎn)子引線及磁極連接線，檢查發(fā)現(xiàn)有一相轉(zhuǎn)子引線在一個(gè)拐角處與發(fā)電機(jī)上機(jī)架靠得非常近，

兩者之間的距離大概為5mm左右，此處的引線絕緣有磨損現(xiàn)象。磁極連線檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)破損點(diǎn)。專業(yè)人員分析此處引線在轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受離心力壓迫后碰到機(jī)組上機(jī)架的概率極高。在轉(zhuǎn)子引線磨損點(diǎn)和上機(jī)架之間墊入一層環(huán)氧板，用玻璃絲帶扎好。再次開(kāi)機(jī)試驗(yàn)，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地情況消除，轉(zhuǎn)子絕緣良好，絕緣值為150MΩ，成功地消除了轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障。

7、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析得知，引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障發(fā)生的原因有許多，但是掌握了轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)的原理，定期對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)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(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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