一例發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)接地故障的分析與處理

趙勇軍

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一例發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)接地故障的分析與處理

趙勇軍

（云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司，昆明 650000）

本文以一例水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)接地故障為例，通過測(cè)量轉(zhuǎn)子電壓分布情況并結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確找到接地故障位置。結(jié)果表明：根據(jù)故障時(shí)轉(zhuǎn)子電壓分布，可較快地對(duì)故障位置進(jìn)行定位，可極大地提高故障查找效率。

水輪發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子；動(dòng)態(tài)接地；分析處理

0 前言

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中，有時(shí)會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地短路的故障，俗稱轉(zhuǎn)子接地。如果轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有接地情況，但停機(jī)后接地點(diǎn)消失，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來后又出現(xiàn)接地現(xiàn)象，這種情況稱為轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)接地。轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)接地往往較轉(zhuǎn)子靜態(tài)接地更為隱蔽且不易查找處理。文獻(xiàn)[2]通過實(shí)際案例，分別介紹了發(fā)電機(jī)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)接地故障的不同查找方法，其查找轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)接地故障點(diǎn)的方法是采用動(dòng)態(tài)工況下測(cè)量轉(zhuǎn)子交流阻抗的方式進(jìn)行。文獻(xiàn)[3]則是通過在轉(zhuǎn)子回路通入電流，分別測(cè)量磁極對(duì)地電位對(duì)接地點(diǎn)進(jìn)行查找。在實(shí)踐中，以電阻分壓原理為基礎(chǔ)，利用故障時(shí)轉(zhuǎn)子電壓分布情況并結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速定位是常用的方法，該方式不必測(cè)量轉(zhuǎn)子交流阻抗或施加電流量，是較為有效的判斷方式。本文結(jié)合案例，利用該方法對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行了定位，并詳細(xì)的闡述了分析的基本流程、理論依據(jù)與后續(xù)處理，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢查、試驗(yàn)診斷等方面也提出了一些建議，旨在為轉(zhuǎn)子接地故障的分析處理提供借鑒。

1 故障情況

某水電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)型號(hào)為SFZ10-6/2410，額定容量11765kVA，額定電壓6.3kV，額定電流1078A，轉(zhuǎn)子電壓48V，轉(zhuǎn)子電流773A，于1983投入運(yùn)行。

2016年5月機(jī)組運(yùn)行期間，1號(hào)發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)多次發(fā)生短暫性的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地報(bào)警，6月2日再次發(fā)出轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地報(bào)警。測(cè)得報(bào)警時(shí)1號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子電壓正對(duì)地25V，負(fù)對(duì)地6.4V，故障信號(hào)不能復(fù)歸，接地電阻在0.5～1.0kΩ之間變化。機(jī)組隨后申請(qǐng)停機(jī)，意圖查找出故障點(diǎn)并予以處理。

2 原因分析

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)警一般有以下三個(gè)原因：一是轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置異常引起；二是轉(zhuǎn)子磁極附屬設(shè)備（轉(zhuǎn)子滑環(huán)、轉(zhuǎn)子引線、碳刷等）絕緣故障引起；三是轉(zhuǎn)子磁極存在接地現(xiàn)象[1]。該機(jī)組在2014年、2015年間均發(fā)生過接地故障報(bào)警，但均短暫出現(xiàn)，2016年5月復(fù)現(xiàn)頻率增加。

機(jī)組在之前的停機(jī)檢修期間各項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目完整，試驗(yàn)數(shù)據(jù)未見異常，轉(zhuǎn)子及其附屬部件絕緣良好，且保護(hù)裝置也按期進(jìn)行了校驗(yàn)，考慮到該發(fā)電廠運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，初步懷疑為轉(zhuǎn)子引線或相關(guān)部件絕緣破損或松動(dòng)導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)接地。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及故障處理

機(jī)組停機(jī)后，工作人員隨即拆除了勵(lì)磁鐘罩、碳刷、勵(lì)磁引線等附屬部件，對(duì)轉(zhuǎn)子磁極外圍設(shè)備（轉(zhuǎn)子滑環(huán)電刷、轉(zhuǎn)子引線等）進(jìn)行了認(rèn)真檢查，轉(zhuǎn)子回路整體外觀未發(fā)現(xiàn)明顯接地現(xiàn)象及局部放電痕跡。進(jìn)行清掃的同時(shí)，開展了絕緣電阻、交流阻抗、交流耐壓等試驗(yàn)項(xiàng)目。其測(cè)試數(shù)據(jù)參見表1、表2、表3。

表1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及其附屬部件絕緣電阻

表2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子交流阻抗試驗(yàn)

表3 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子交流耐壓試驗(yàn)

根據(jù)發(fā)電機(jī)靜態(tài)各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，1號(hào)發(fā)電機(jī)本體及轉(zhuǎn)子附屬部件絕緣良好?，F(xiàn)場(chǎng)檢查對(duì)轉(zhuǎn)子引線的絕緣薄弱部位（如引線拐角處）也進(jìn)行了重點(diǎn)檢查，其絕緣包扎也未見破損或損壞痕跡?；诖?，主要的關(guān)注點(diǎn)由引線絕緣不良轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)子磁極位置。參考機(jī)組停機(jī)前出現(xiàn)轉(zhuǎn)子接地報(bào)警時(shí)的動(dòng)態(tài)絕緣電阻監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（參見表4），可看出其故障點(diǎn)有由不穩(wěn)定的高阻性接地故障向低阻性接地故障發(fā)展的趨勢(shì)。

表4 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)絕緣電阻監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

最后一次轉(zhuǎn)子接地故障報(bào)警時(shí)，用萬用表測(cè)得轉(zhuǎn)子電壓正對(duì)地25V，負(fù)對(duì)地6.4V，其正負(fù)極之間電壓為31.4V。根據(jù)電阻分壓原理（如圖1所示，同時(shí)可認(rèn)為轉(zhuǎn)子每個(gè)磁極的電阻相等，已知該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子共6個(gè)磁極，即可初步定位出大概的故障位置，其計(jì)算式參見式（1）和式（2）。

圖1 轉(zhuǎn)子接地故障時(shí)電壓分布

故障點(diǎn)距正極引線的磁極位置：

故障點(diǎn)距負(fù)極引線的磁極位置：

由計(jì)算結(jié)果可知，其故障點(diǎn)的大致位置在距正極引線第5個(gè)磁極（距負(fù)極引線第2個(gè)磁極）。隨后，工作人員對(duì)第五個(gè)磁極上下端部引線、引線槽口、引線拐角等部位進(jìn)行細(xì)致排查。經(jīng)檢查，在5號(hào)磁極上端部引線與轉(zhuǎn)子磁軛處發(fā)現(xiàn)明顯壓痕（如圖2所示），壓痕呈明顯炭黑狀。使用工具進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該處引線較其余位置明顯松動(dòng)，該處的絕緣壓板也有老化現(xiàn)象。認(rèn)為是由于運(yùn)行時(shí)間久遠(yuǎn)和機(jī)械振動(dòng)，磁極引線松動(dòng)，絕緣壓板絕緣性能下降，使得在發(fā)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)過程中，該處磁極引線與轉(zhuǎn)子磁軛之間形成不穩(wěn)定的接地回路，當(dāng)機(jī)組高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，就產(chǎn)生了動(dòng)態(tài)接地現(xiàn)象。而當(dāng)機(jī)組靜止時(shí)，由于磁極引線與轉(zhuǎn)子磁軛分開，接地現(xiàn)象消失。

圖2 5號(hào)磁極引線（上端部）故障點(diǎn)

隨后對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行清掃，徹底清除碳黑，并對(duì)故障部位進(jìn)行修復(fù)處理，重新緊固了磁極引線，更換了絕緣壓板。同時(shí)對(duì)其余相關(guān)部件進(jìn)行緊固、清掃等工作。在靜態(tài)各項(xiàng)絕緣電阻合格后，開機(jī)運(yùn)行，其動(dòng)態(tài)絕緣電阻均能維持在5MΩ以上，轉(zhuǎn)子正負(fù)極對(duì)地電壓平衡，運(yùn)行良好，其余監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)參見表5。

4 結(jié)論

發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)接地故障與磁極旋轉(zhuǎn)有關(guān)，靜止?fàn)顟B(tài)下接地現(xiàn)象消失，故障點(diǎn)往往隱蔽且不穩(wěn)定，給故障點(diǎn)的查找和處理增加了難度。以本文為例，筆者認(rèn)為轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)接地故障可從以下三個(gè)方面進(jìn)行分析處理：

（1）發(fā)生轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)接地故障時(shí)，應(yīng)密切關(guān)注其故障時(shí)轉(zhuǎn)子電壓分布規(guī)律，根據(jù)電壓分布可較快地對(duì)故障位置進(jìn)行定位，可極大地提高故障查找效率；

（2）檢修期間，除必要的清掃檢查等常規(guī)工作外，還應(yīng)注意關(guān)注轉(zhuǎn)子絕緣薄弱部位，如轉(zhuǎn)子引線拐角、磁極引線等位置，這些位置往往會(huì)出現(xiàn)絕緣破損、引線松動(dòng)等潛伏性缺陷；

（3）進(jìn)行轉(zhuǎn)子接地故障排查時(shí)，應(yīng)做到分段測(cè)試、綜合分析，并結(jié)合處理前后的各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷，才能對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)接地故障進(jìn)行準(zhǔn)確分析與處理。

表5 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓、電流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（處理后）

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Analysis and Treatment for Dynamic Grounding Fault of Generator Roto

ZHAO Yongjun

(Yunan Electric Power Technology CO., Ltd., Kunming 650000, China)

In this paper, taking a hydroelectric generator rotor dynamic ground fault as an example, by measuring the rotor voltage distribution and combined with the relevant test data, the ground fault location is accurately found. The results show that fault location can be located quickly according to the rotor voltage distribution, which can greatly improve the fault search efficiency.

hydro-generator; rotor; dynamic earth fault; analytical processing

TM307+.1

B

1000-3983(2017)05-0055-03

2016-08-17

趙勇軍（1987-），2010年畢業(yè)于河南理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)及故障診斷工作，助理工程師。