清遠(yuǎn)蓄能電站1號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障的查找及處理

陳泓宇，楊慶文，黃運(yùn)福，程振宇

（中國南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司清遠(yuǎn)蓄能發(fā)電有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511853）

清遠(yuǎn)蓄能電站1號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障的查找及處理

陳泓宇，楊慶文，黃運(yùn)福，程振宇

（中國南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司清遠(yuǎn)蓄能發(fā)電有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511853）

敘述了清遠(yuǎn)蓄能電站1號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障處理過程，介紹了轉(zhuǎn)子發(fā)生穩(wěn)定性的金屬接地故障時，直流降壓法是實(shí)用的接地故障位置測量方法，能有效的減少排查故障時間及工作量，有很好的實(shí)踐意義。同時對磁極絕緣處理進(jìn)行了分析，為后續(xù)電站磁極制造和轉(zhuǎn)子接地處理提供有價值的參考。

清遠(yuǎn)電站；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子；一點(diǎn)接地；處理

1 緒言

廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站（以下簡稱“清蓄”）位于廣東省清遠(yuǎn)市清新區(qū)太平鎮(zhèn)境內(nèi)，地處珠江三角洲西北部，直線距廣州75 km。廠內(nèi)安裝4臺立式單級混流式水泵水輪機(jī)—半傘式電動發(fā)電機(jī)機(jī)組，單機(jī)容量（發(fā)電工況）320 MW，額定轉(zhuǎn)速為428.6 r/min，額定凈水頭為470 m，最大揚(yáng)程504.5 m，電站總裝機(jī)1 280 MW。

轉(zhuǎn)子總體結(jié)構(gòu)采用東芝傳統(tǒng)磁極不可單拆的結(jié)構(gòu)，由磁極繞組、磁極鐵心、轉(zhuǎn)子磁軛和轉(zhuǎn)子支架組成。勵磁繞組采用F級絕緣，由矩形銅排焊接而成，線圈表面有突出的散熱翅，匝間用Nomex紙絕緣，通過環(huán)氧膠粘結(jié)并熱壓成一體。線圈極身絕緣采用聚酯玻璃纖維材料，線圈的上、下絕緣法蘭由聚酯玻璃纖維材料制成，在線圈的上端設(shè)計(jì)滑動法蘭以適應(yīng)線圈熱脹冷縮。

2 故障現(xiàn)象

2016-01-11清蓄電站1號機(jī)組02∶52∶08泵工況啟動，03∶00∶43帶負(fù)荷-320 MW泵工況運(yùn)行抽水，03∶56∶09∶612 1號機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動作跳閘，1號機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動作跳閘。

清蓄電站采用西門子公司轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)，保護(hù)向轉(zhuǎn)子注入1～3 Hz低頻方波電壓（TD1）后，通過測量轉(zhuǎn)子上的電流（電流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電阻轉(zhuǎn)成電壓TD2）和轉(zhuǎn)子上的方波電壓（TD3）計(jì)算出轉(zhuǎn)子接地電阻。從錄波圖上分析，故障中，轉(zhuǎn)子接地后產(chǎn)生的接地電流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電阻轉(zhuǎn)化為電壓后的波形見TD2， TD2波形有突變，將故障主要查找方向確定為一次設(shè)備。

3 接地點(diǎn)的查找方法

清蓄電站轉(zhuǎn)子磁極有14個，確定是一個磁極接地還是多個磁極接地有一定難度，而且光是解開每個磁極的邊接板就需要花費(fèi)大量的時間，需要采用科學(xué)辦法找到接地點(diǎn)，才能迅速找到故障點(diǎn)。所以確定檢查步驟：外觀檢查；外觀清掃；轉(zhuǎn)子線圈整體絕緣電阻測量；引出線分開，檢查引出部分絕緣；檢查繞組絕緣；直流分壓法找接地位置，拆開檢查確認(rèn)。3.1減小查找范圍

將滑環(huán)與碳刷解開，用萬用表測得直流開關(guān)出線銅排與刷架的絕緣電阻為無窮大（后改用500 V搖表搖為1 MΩ）、轉(zhuǎn)子磁極的引線銅排與轉(zhuǎn)子磁極的絕緣電阻為7.1 Ω。為進(jìn)一步縮小范圍，在考慮轉(zhuǎn)子上勵磁引線拆解難易程度，分析轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上可能故障點(diǎn)后，先后選擇了A1、A2點(diǎn)及B1、B2點(diǎn)進(jìn)行拆解（此處拆除簡單），拆解情況的圖紙見圖1。解開滑環(huán)至轉(zhuǎn)子磁極間的銅排引線與磁極連接部位，測得滑環(huán)的絕緣電阻值為無窮大，排除了滑環(huán)問題。接下來就只能是轉(zhuǎn)子磁極的銅排引線與轉(zhuǎn)子磁極絕緣的問題。于是解開轉(zhuǎn)子磁極的銅排引線與轉(zhuǎn)子磁極的連接部分，測得轉(zhuǎn)子磁極絕緣為7.1 Ω。初步判定接地點(diǎn)在轉(zhuǎn)子磁極或磁極連接處，即在磁極（B1點(diǎn)至B2點(diǎn)之間）上。

圖1 發(fā)電機(jī)磁極裝配圖

采用大功率吸塵器和低壓壓縮空氣，徹底吹掃發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極表面等部位后，用萬用表測得轉(zhuǎn)子磁極絕緣為7.1 Ω，可以判斷轉(zhuǎn)子發(fā)生穩(wěn)定性的金屬接地故障。

3.2 直流分壓法定位接地位置

為了確定故障點(diǎn)，決定采用“直流分壓法”對故障點(diǎn)進(jìn)行定位，即當(dāng)確認(rèn)是轉(zhuǎn)子出現(xiàn)一點(diǎn)接地時，在B1點(diǎn)和B2點(diǎn)上加一電壓U，在分別測量正極對地電壓U1和負(fù)極對地電壓U2。假如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子共有N個磁極，則接地點(diǎn)磁極計(jì)算方法如下：U1/U=R1/R 或U2/U=R2/R,每個磁極線圈直流電阻相同，可以比較精確定位具體接地故障的磁極號。

圖2 降壓法示意圖

在1號磁極引出線B1點(diǎn)和14號碼磁極引出線B2點(diǎn)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(diǎn)對地電壓U1，測量14號磁極引出線B2點(diǎn)對地電壓U2，測量1號磁極與14號磁極間電壓U。測量記錄見表1。

表1 電壓法測試記錄

U1/(U/14)=5.002，U2/(U/14)=8.998,計(jì)算結(jié)果表明，清蓄電站轉(zhuǎn)子由14個磁極組成，每個磁極的電阻值基本一樣，可以依據(jù)1號磁極引出線B1點(diǎn)對地電壓U1與1號磁極與14號磁極間電壓U的比值，再乘14個磁極數(shù)可以比較準(zhǔn)確定位接地點(diǎn)，地點(diǎn)位于5號磁極和6號磁極之間。

4 磁極絕緣的分析

清遠(yuǎn)磁極絕緣的特點(diǎn)是磁極鐵心的靴部及角部進(jìn)行了特殊處理，能有效防止角部的絕緣失效。早在設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會專題討論磁極的絕緣結(jié)構(gòu)時，由于清遠(yuǎn)采用的是東芝傳統(tǒng)的磁極不可單拆的結(jié)構(gòu)，有磁極間撐塊，無法在機(jī)坑內(nèi)將所有極間撐塊拆下。極間撐塊不拆完，直接拔磁極，會損傷磁極線圈絕緣，不能在機(jī)坑內(nèi)單獨(dú)拆卸，特別關(guān)心了磁極對地絕緣設(shè)計(jì)，磁極極靴部位絕緣托板外部爬電距離不小于20 mm，并重點(diǎn)關(guān)注以下5個部位的絕緣狀態(tài):

（1）極靴處絕緣托板內(nèi)側(cè)與磁極鐵心3 mm絕緣板角部絕緣結(jié)構(gòu)，此處填充慢干硅膠。

（2）磁極鐵心與線圈的絕緣板的背部（磁軛側(cè)）在線圈組裝后用硅膠進(jìn)行封堵，并保證硅膠在高速運(yùn)行時有足夠的附著力。

（3）線圈在組裝前鐵心表面涂有防電弧漆。

（4）調(diào)整用的0.8 mm和1.6 mm絕緣墊片在打入前刷上環(huán)氧膠。

（5）磁極鐵心長度方向的角部絕緣設(shè)Nomex紙加強(qiáng)層，而且絕緣搭接有50 mm以上。

從以上分析，磁極本身發(fā)生接地的可能性極小，即使發(fā)生接地，也只有吊出轉(zhuǎn)子才能處理，所以將主要接地查找方向放在磁極間的連接處。

5 磁極連接處絕緣的檢查分析

通過直流分壓法計(jì)算知接地點(diǎn)位于5號磁極和6號磁極之間，現(xiàn)場重點(diǎn)對該部位檢查。

5.1 檢查情況

1號發(fā)電機(jī)5號磁極和6號磁極間連接裝配圖見圖3，實(shí)物見圖4。

將固定5號磁極和6號磁極連接銅排的支撐螺桿上的外側(cè)螺母、絕緣墊圈拆除，萬用表測量的對地電阻由7.1 Ω變成無窮大，說明絕緣接地問題已經(jīng)找到并排除。

檢查絕緣墊圈、絕緣套管外觀，無裂紋，內(nèi)部清潔，未發(fā)現(xiàn)異常；對絕緣墊圈、絕緣套管測量絕緣，絕緣均正常。用內(nèi)窺鏡檢查拆開部位，未發(fā)現(xiàn)異物。

清掃支撐螺桿、5號磁極和6號磁極的銅排等部位。清掃拆下的絕緣套管、絕緣墊圈、螺母。將絕緣套管及螺母回裝后，在磁極與勵磁引線連接處（B1點(diǎn)）測量轉(zhuǎn)子磁極對地絕緣電阻為3.6 GΩ，絕緣正常。確認(rèn)故障現(xiàn)象消失。勵磁引線連接、碳刷回裝后，在勵磁盤柜磁場開關(guān)處測量勵磁回路整體絕緣電阻為3.5 GΩ，絕緣正常。

圖3 5號磁極和6號磁極間連接裝配圖

圖4 5號磁極和6號磁極間連接實(shí)物圖

5.2 接地原因分析

外觀檢查并未發(fā)現(xiàn)具體接地點(diǎn)，對導(dǎo)致磁極金屬接地的可能原因分析為：設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、金屬異物、絕緣套絕緣損壞、受潮等。

（1）設(shè)計(jì)方面。絕緣墊圈+絕緣套的結(jié)構(gòu)是比較可靠的結(jié)構(gòu)，東芝在蓄能機(jī)及常規(guī)機(jī)上均普遍采用，從結(jié)構(gòu)來看，設(shè)計(jì)上有足夠的絕緣距離，沿面距離25 mm以上，空間距離15 mm以上。如果中間的絕緣套管沒斷裂或破碎，應(yīng)該不會造成接地。

（2）受潮。發(fā)電機(jī)運(yùn)行較長時間，機(jī)坑內(nèi)溫度較高，同時如果受潮，絕緣會降低，但不至于降至金屬性接地7 Ω；絕緣件拆下來沒有發(fā)現(xiàn)明顯受潮現(xiàn)象，單獨(dú)做實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)均在GΩ級別以上，受潮可能性不大。

（3）金屬異物。由于作業(yè)環(huán)境空間狹小，松開5號磁極和6號磁極連接銅排的支撐螺桿的螺母時發(fā)現(xiàn)有一點(diǎn)銅屑，初步判斷銅屑是導(dǎo)致接地的“元兇”，但銅屑從何而來。這要從設(shè)計(jì)的安裝工藝來分析：

磁線間連接銅排采用熔錫連接工藝，銅排端部為幾十片銅片，連接時銅片交錯疊緊，用夾具夾緊后，加熱、熔錫，銅排表面被加熱后液體錫覆蓋，液體錫是進(jìn)入不了銅排中部的。熔錫完成后，需在銅排中間鉆孔，用于安裝支撐螺栓。開孔采用金屬開孔器進(jìn)行，此時，開孔器與銅片之間將會產(chǎn)生大量銅屑、銅粉、錫粉，雖然大部分可以清除，但少數(shù)金屬屑不可避免進(jìn)入了銅片夾層，部分進(jìn)入后無法徹底清除干凈。考慮到引線與螺栓之間還有絕緣套筒，正常情況下，金屬屑是不會進(jìn)入的。但從1號機(jī)磁極接地事件來看，可能由于離心力的作用下，金屬粉從引線中部甩出，慢慢形成積累，并恰恰在螺桿與絕緣套之間形成積累，當(dāng)達(dá)到一定量時，銅排與固定螺桿接觸，形成了短接接地（圖5）。

圖5

可以看出廠家設(shè)計(jì)的安裝結(jié)構(gòu)有一定缺陷，造成安裝過程所產(chǎn)生銅或錫屑進(jìn)入銅排內(nèi)部，很難清除徹底，從而出現(xiàn)上述“接地形象”的可能性，當(dāng)然這是個概率問題了。

通過上述分析，后續(xù)安裝工作應(yīng)對磁極連接銅排鉆孔后的銅或錫屑盡可能清除，只要銅或錫屑積累的量達(dá)不到一定程度，那就不會形成銅排與引線“短接”。另外，也可在螺栓絕緣設(shè)計(jì)方面做少許改進(jìn)，例如，保證銅排焊接充分，完全焊透，并清理干凈，在孔上涂絕緣硅膠，起絕緣和固定封堵作用，防止銅屑掉出；或者可將磁極間連接銅排固定支撐的外側(cè)絕緣墊圈與套管做成一個整體，這樣可完全對螺桿隔離，不會形成短接；或者在螺桿表面增加一層絕緣材料，對可能的銅或錫屑進(jìn)行隔離。當(dāng)然，這將是下一步的技改方向。

6 結(jié)語

發(fā)電電動機(jī)轉(zhuǎn)子對地絕緣設(shè)計(jì)，除磁極本身應(yīng)特別重視外，極間引線的對地絕緣設(shè)計(jì)也應(yīng)給予足夠重視，對地絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)確保不會因進(jìn)入灰塵和金屬屑造成接地短路。萬一發(fā)生轉(zhuǎn)子接地，可以釆用直流分壓法迅速找到接地故障點(diǎn)，有效減少故障排查時間及檢修工作量，清遠(yuǎn)電站的經(jīng)驗(yàn)有很好的實(shí)踐意義。

[1]陳麗霞.發(fā)電機(jī)一點(diǎn)轉(zhuǎn)子接地故障的分析及處理[J].小水電,2007（04）.

TV743

B

1672-5387（2017）06-0041-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.06.015

2016-06-14

陳泓宇（1975-），男，工程師，從事電力系統(tǒng)運(yùn)行檢修和基建工作。