抽水蓄能機組轉(zhuǎn)子接地故障原因查找及分析處理

趙守運，劉思遠

（南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗中心，廣東廣州511400）

抽水蓄能機組轉(zhuǎn)子接地故障原因查找及分析處理

趙守運，劉思遠

（南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗中心，廣東廣州511400）

介紹了某抽水蓄能電站轉(zhuǎn)子接地故障情況、故障點查找、故障原因分析及故障處理過程，并針對該種類型的

轉(zhuǎn)子接地；原因分析；故障處理；直流加壓法

0 引言

當機組轉(zhuǎn)子繞組僅有一點接地時，因為沒有電流通過故障點，對機組不會造成危害，若又發(fā)生另一點接地而形成二點接地時，則故障電流可能會嚴重燒壞轉(zhuǎn)子鐵芯或護環(huán)；由于一部分轉(zhuǎn)子繞組被短接而破壞了轉(zhuǎn)子磁場的對稱性，可能使得機組發(fā)生劇烈的振動和轉(zhuǎn)子鐵芯被磁化，嚴重時會損壞機組固定座和轉(zhuǎn)子本體；還會引起機端出口電壓下降，造成定子電流急劇上升，損壞定子繞組。因此，發(fā)生機組轉(zhuǎn)子接地故障時一定要及時予以處理，總結(jié)經(jīng)驗，并針對故障原因及時采取有效的預防措施[5]。

本文對近期發(fā)生在某抽水蓄能電站1號機組轉(zhuǎn)子接地故障事件的查找及處理過程做了介紹，并提出了針對該種類型的故障需要采取的預防措施。詳細介紹了采用“直流加壓法”[1]精確定位到故障點的方法及過程。

1 事件概況及初步判斷

1.1 事件概況

某抽水蓄能電站安裝4臺額定容量356 MVA的立軸半傘式、單級混流可逆式三相凸極同步發(fā)電電動機，轉(zhuǎn)子磁極數(shù)14個，額定轉(zhuǎn)速428.6 r/min，泵工況下[2]：額定功率331MW，定子額定電壓15 750 V，定子額定電流13 050 A，額定功率因素0.975，額定勵磁電壓246 V，額定勵磁電流1 555 A。

2016年1月11日，1號機組泵工況穩(wěn)態(tài)運行56 min后，1號機組轉(zhuǎn)子接地保護裝置檢測到1號機組轉(zhuǎn)子接地并達到動作值，1號機組轉(zhuǎn)子接地保護動作跳機，甩負荷-320 MW。保護裝置正確動作，1號機組存在轉(zhuǎn)子接地故障。

1.2 初步判斷

該電站機組采用的為西門子公司7UM622型號的轉(zhuǎn)子一點接地保護裝置，通過向轉(zhuǎn)子注入1～3Hz低頻方波電壓（TD1）后，測量轉(zhuǎn)子上的電流（電流經(jīng)標準電阻轉(zhuǎn)成電壓TD2）和轉(zhuǎn)子上的方波電壓（TD3）計算出轉(zhuǎn)子接地電阻。

事后查看保護動作報告和故障錄波圖，經(jīng)過詳細分析，由故障信息“REF prot.（1-3Hz）Re＜＜picked upON0ms”、“REF prot.（1-3Hz）Re＜＜trip ON 1996ms”，初步判斷為轉(zhuǎn)子接地故障導致機組跳機，轉(zhuǎn)子存在接地故障，接下來的工作就是盡快查找并確認轉(zhuǎn)子接地故障位置，采取有效措施消除故障。

2 故障查找及原因分析

2.1 轉(zhuǎn)子接地故障位置查找

轉(zhuǎn)子接地故障查找的總體思路是：按照由簡單及復雜的故障查找思路，根據(jù)發(fā)電-電動機的結(jié)構(gòu)（如圖1），分析可能存在故障的部位，采取逐段查找的方法，分別查找勵磁母線、I段磁極引線、II段引線、磁極本體是否存在接地點，逐步縮小故障范圍，最終確定故障位置。

2.1.1 勵磁母線

將機組碳刷架上的碳刷和接地碳刷均拔出，在集電環(huán)處測試勵磁母線、勵磁引線及磁極繞組的對地絕緣電阻（如圖1所示），測試結(jié)果如表1，由測試結(jié)果可以判斷勵磁母線無接地點。采用萬用表測量集電環(huán)對地電阻為7.2 Ω，分析判斷接地點在勵磁引線或磁極本體上。

圖1 發(fā)電—電動機總裝配圖

表1 勵磁電纜、引線對地絕緣電阻（測試電壓為500 V）

2.1.2 I段磁極引線

保持碳刷拔出與集電環(huán)斷開狀態(tài)，在上風洞內(nèi)轉(zhuǎn)子支架上拆卸出A1、A2點處連接螺栓并分離勵磁引線如圖2，測量絕緣情況如表2，由測試結(jié)果可以判斷I段無接地。

2.1.3 II段磁極引線

拆卸1號、14號磁極處上擋風板，在上風洞內(nèi)轉(zhuǎn)子支架上拆卸出B1、B2點處連接螺栓并分離勵磁引線（如圖2），測量絕緣情況如表3，用萬用表測量磁極對地電阻為7.1 Ω，由測試結(jié)果可以判斷II段無接地點，故障點位于磁極本體上，且是比較穩(wěn)定的金屬性接地故障。

表3 磁極繞組對地絕緣電阻（測試電壓為500V）

2.1.4 磁極本體

進入發(fā)電機上、下風洞，檢查每個磁極本體及其連接部位絕緣情況，沒有發(fā)現(xiàn)磁極線圈移位、絕緣部分與非絕緣部分接觸、發(fā)熱燒蝕等明顯異常現(xiàn)象，決定采用“直流加壓法”來確認14個磁極中的故障點，直流加壓法工作原理圖如圖3所示。

直流加壓法判斷故障點的工作原理如下：

圖2 勵磁引線A1點、A2點、1號磁極引出線B1點、14號磁極引出線B2點

圖3 直流加壓法測量磁極分壓的試驗接線圖

若已知U、U1、U2的電壓值，則可以測得故障點距離1號、14號磁極引線的距離，從而可以確定故障點位于哪一個磁極處。

假設(shè)每個磁極的電阻r均相同，則由式（1）、（2）可計算得到故障點所在的磁極編號為：

式中，U表示1號～14號磁極間總電壓，U1表示1號磁極引線對地測量電壓，U2表示14號磁極引線對地測量電壓，N1表示故障點到1號磁極引出線處的磁極個數(shù)，N2表示故障點到14號磁極引出線處的磁極個數(shù)。

如圖2所示，采用“直流電壓法”在1號磁極引出線B1點和14號磁極引出線B2點間注入恒定直流電流，用萬用表直流電壓檔測量1號磁極引出線B1點對地電壓U1，測量14號磁極引出線B2點對地電壓U2，測量1號磁極與14號磁極間電壓U，測量結(jié)果如表4。

表4 直流加壓法測量結(jié)果

由式（1）、（2）、（3）、（4）可得：

圖4 磁極構(gòu)造示意圖

計算結(jié)果表明，接地點位于5號磁極和6號磁極之間，根據(jù)磁極構(gòu)造（圖4所示），推斷接地點位置可能如下：1）5號磁極近末匝線圈；2）5號、6號磁極間連接片部位；3）6號磁極近首匝線圈。

2.1.5 故障定位

根據(jù)所得結(jié)果，檢查5、6號磁極線圈和磁極連接片位置，未發(fā)現(xiàn)明顯異常點，拆除5、6號磁極上端部極間連接支撐螺桿處的外螺母后，取下絕緣膠塊、絕緣套管，發(fā)現(xiàn)有部分細小金屬粉末，在空間上分離連接片導體與拉緊螺桿的接觸部分，用萬用表測得磁極對地電阻為無窮大，然后用絕緣表復測得絕緣值為300 MΩ,絕緣測試結(jié)果滿足大于等于0.5 MΩ的要求[4]，因此，可以斷定故障點在5、6號磁極連板支撐螺桿處。

2.2 故障原因分析

（1）在拆卸5、6號磁極間連接拉緊螺桿的外側(cè)螺母與絕緣套管、絕緣墊圈后，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組對地絕緣電阻恢復正常，故判斷接地故障點在極間連接導體與拉緊螺桿間。

（2）檢查極間連接導體與拉緊螺桿間接地故障的唯一固體絕緣介質(zhì)（絕緣套管與絕緣墊圈）外觀無異常，模擬對其進行包裹狀耐壓試驗合格，表明絕緣套管、絕緣墊圈部件絕緣性能完好。

（3）根據(jù)廠家圖紙技術(shù)說明，檢查此處絕緣套管的安裝方位、偏心度、間隙，拉緊螺母的緊固力矩，以及安裝工藝次序等均正確。

（4）5、6號極間連接導體為多層軟銅片，安裝現(xiàn)場先一片一片交叉疊合后錫焊，然后用鉆機配打（鉆）孔。分析為磁力鉆絞孔過程中銅金屬粉末殘留在極間連接片中，未得到徹底清理。在機組運行過程中，受振動、離心力位移影響，金屬粉末逐漸跌落至絕緣套管表面形成金屬性短接點。

綜合上述原因分析，結(jié)合檢查結(jié)果可以判斷本次故障的原因為磁極連片與支撐螺桿間存在金屬粉末，導致轉(zhuǎn)子一點接地故障發(fā)生。

3 故障處理及預防措施

根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極的結(jié)構(gòu)及本次發(fā)現(xiàn)的情況，主要通過以下幾方面對故障部分進行處理并提出了預防措施，以確保不會再發(fā)生此類事件。

（1）清潔絕緣套管、絕緣墊塊、磁極間的絕緣拉桿，在極間連接導體拉緊螺桿孔內(nèi)與絕緣套管間涂抹硅膠，并在絕緣套管與拉緊螺桿間加裝一層NOMEX絕緣紙，以增強絕緣效果，然后將磁極連接部件回裝，回裝后測量轉(zhuǎn)子繞組對地絕緣電阻，如表5所示測量結(jié)果1。

（2）將勵磁引線拆卸的A、B點緊固后，重做錫焊，用適形氈浸泡環(huán)氧填充、用環(huán)氧玻璃絲帶綁扎完好，然后測量轉(zhuǎn)子繞組對地絕緣電阻，如表5所示測量結(jié)果2。

（3）為了防止類似的情況再次發(fā)生，建議在下次機組檢修時，檢查其它磁極連片間支撐螺桿及相關(guān)部位是否存在金屬粉末，并在支撐螺桿、絕緣套管間加裝一層NOMEX絕緣紙，加強絕緣。

（4）為防止其它機組可能存在類似情況的發(fā)生，建議在磁極組裝過程中重點關(guān)注磁極間連接片處支撐螺桿絕緣狀況，必要時，采用（1）所述的方法加強絕緣，以保證類似的情況不再發(fā)生在其他機組上。

表5 轉(zhuǎn)子處理回裝后絕緣電阻測試

4 結(jié)束語

本文針對某抽水蓄能電站1號機組轉(zhuǎn)子一點接地故障，詳細闡述了接地故障的查找、分析和處理過程，應用“直流電壓法”成功的定位了故障點，為整個故障查找節(jié)省了時間、人力及物力。本次發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地故障的查找、分析過程及處理方法，為以后解決此類故障的情況提供了很好的參考價值。

[1]石建勇，杜志剛.600 MW汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地故障查找及原因分析[J].浙江電力，2008，2(4)：71-72．

[2]東芝水電廠設(shè)備（杭州）有限公司.發(fā)電電動機運行維護說明書[Z]．

[3]徐華安，程詩明.一種發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地檢測方法與保護裝置[J].武漢大學學報（工學版），2011，22(2)：266-268.

[4]中國南方電網(wǎng)有限責任公司.Q/CSG114002-2011電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程[S].

[5]羅真，李書興.發(fā)電機勵磁回路兩點接地保護的研究[J].繼電器，2007，5(3):81-84．

[6]李建明，朱康.高壓電氣設(shè)備試驗方法[M].北京：中國電力出版社，2001.

TV738

B

1672-5387（2017）04-0043-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.04.012

2016-10-28

趙守運（1982-），男，工程師，從事抽水蓄能電站電氣設(shè)備檢修工作。

故障提出了預防措施。詳細介紹了“直流加壓法”的工作原理及采用該方法精確定位到故障點的方法及過程。