燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子接地故障分析與處理

李園

摘 要 水輪發(fā)電機(jī)是水電廠發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分，針對目前水電站中比較常用的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中容易出現(xiàn)的定子接地故障，分析其產(chǎn)生原因和特點(diǎn)，并針對這些原因提出了相應(yīng)的處理方法以及其運(yùn)行中的保護(hù)方法，以供參考。

關(guān)鍵詞 燈泡貫流式；水輪發(fā)電機(jī)；定子接地故障；分析與處理

前言

在目前低水頭大流量的水電站建設(shè)中，通常選用的是貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，并且將發(fā)電機(jī)組安裝在密封的、外形類似燈泡的殼體中，并且將水輪機(jī)安裝在燈泡的插口處的發(fā)電機(jī)組稱之為燈泡貫流式機(jī)組。此種水輪發(fā)電機(jī)組具有較為廣泛的水頭使用范圍，以及較大的發(fā)電效率。但是在目前水輪發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)容量不斷增加且機(jī)組參數(shù)也不斷增大的形勢下，水力發(fā)電的壓力也不斷增加，使得定子繞組的電容量隨之增加而單相接地的保護(hù)措施的靈敏度且不斷下降。這就會導(dǎo)致在單相接地電流走量不斷增加的同時，降低定子鐵芯的安全功能，從而導(dǎo)致故障的發(fā)生而造成危害。就需要針對其特點(diǎn)對其原因進(jìn)行分析，然后采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。

1 水輪發(fā)電機(jī)的故障分析和處理

由于燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)的體積較大、結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，因而影響其正常運(yùn)行的因素也較多，不僅會受到其自身結(jié)構(gòu)中的機(jī)械、電氣以及燃料部分的影響，而且會受到運(yùn)行環(huán)境中天氣等自然因素的影響。這就需要在掌握水輪發(fā)電機(jī)工作原理和性能的基礎(chǔ)上，針對其運(yùn)行中不同故障原因和影響因素進(jìn)行分析，尤其針對其運(yùn)行中比較常見的定子接地故障的不同原因，采取相應(yīng)的方法進(jìn)行處理。

1.1 水輪發(fā)電機(jī)工作超負(fù)荷問題的分析和處理

水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中工作超負(fù)荷的現(xiàn)象比較常見，其主要是指其電機(jī)中的工作電流為額定電流的1.1倍及以上并且發(fā)電機(jī)發(fā)出相應(yīng)的警報的現(xiàn)象，此時就證明發(fā)電機(jī)已經(jīng)處于超負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)。此時就需要針對警報情況和位置對故障原因進(jìn)行查找，如果經(jīng)過檢查檢查之后沒有發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的異?，F(xiàn)象，為了對故障原因進(jìn)行深入分析，就需要對電流的磁力流量進(jìn)行減少，在發(fā)電機(jī)不做功的情況下對其電流是否達(dá)標(biāo)的情況進(jìn)行檢查，此時如果工作電流仍然超出額定電流，就需要通過降低電機(jī)的負(fù)荷來對此問題進(jìn)行處理。此外，還需要在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中對其電壓、電流速度的變化情況進(jìn)行監(jiān)測，如果電壓或者電流速度的變化不斷加快，就需要對功率的額定值進(jìn)行減少，如果此時仍然不能將故障進(jìn)行排除，就需要進(jìn)行備用設(shè)備的啟動，然后對此設(shè)備進(jìn)行拆解分析。

1.2 轉(zhuǎn)子接地故障的分析和處理

發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子接地故障也是水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中比較常見的故障，其主要分為一點(diǎn)接地和兩點(diǎn)接地，以及分為瞬間、永久以及斷續(xù)等不同的接地故障類型。在發(fā)生此種故障類型時主要表現(xiàn)在無法形成回路且故障點(diǎn)的電流無法流通且系統(tǒng)只能短時間作用的問題。而且可能會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電壓變化而引起兩點(diǎn)接地故障的發(fā)生，從而引發(fā)更為嚴(yán)重的磁力不平衡以及設(shè)備振動和發(fā)熱等問題。此時不僅計(jì)算機(jī)會發(fā)出相應(yīng)的報警以及在顯示屏上顯示轉(zhuǎn)子解接地故障的報警信息，而且裝置的電流流通也會隨之?dāng)U大并導(dǎo)致電壓和功率逐漸降低。還通常會伴隨著設(shè)備振動以及噪音增加，甚至?xí)?dǎo)致磁場不平衡的問題。此時可以嘗試對轉(zhuǎn)子接地的信號進(jìn)行更改，如果無效就需要將它變?yōu)橛谰没兀缓髮D(zhuǎn)子電壓值進(jìn)行測量，以及對磁流回路和接地部分的性質(zhì)和部位進(jìn)行檢查，而且由于檢查時間通常較長在2h左右，所以還要做好停機(jī)的準(zhǔn)備，如果在此時間內(nèi)沒有將故障排除就需要進(jìn)行停機(jī)處理。

1.3 發(fā)電機(jī)溫度過高和定子接地故障的分析與處理

在水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中發(fā)生定子接地故障時主要表現(xiàn)為瞬間接地、永久接地和斷續(xù)接地三種情況，此時不僅會發(fā)出相應(yīng)的警報，而且表現(xiàn)為機(jī)組溫度也會隨之上升并發(fā)出相應(yīng)的信號，以及其他的線圈、定子鐵芯溫度以及定子接地短路等計(jì)算機(jī)信號。如果此時對定子電壓的平衡數(shù)值進(jìn)行測量會顯示為零。此時如果經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)運(yùn)行中只是定子電流超出正常范圍，則只需要對其進(jìn)行調(diào)整。而如果還伴隨有溫度裝置故障，比如是冷卻裝置出現(xiàn)故障，就需要通過自檢來檢查閥門調(diào)節(jié)是否正常，以及閥門是否出現(xiàn)堵塞或閥芯脫落等問題，并通過對水閥的水進(jìn)行加壓來對冷卻水進(jìn)行啟動。如果定子中心的溫度超過120℃就需要停止進(jìn)行檢修，并且還要在定子短路故障時對備用電機(jī)進(jìn)行啟動并對其故障進(jìn)行快速排除，然后再進(jìn)行重新啟動[1]。

2 水輪發(fā)電機(jī)定子單相接地的保護(hù)方法

2.1 零序電流定子接地保護(hù)

母線發(fā)電機(jī)內(nèi)部直接連接著定子單相接地的線圈，所以此種故障通常也發(fā)生在電機(jī)內(nèi)部，并且表現(xiàn)在外界元件的電源組變大時就會導(dǎo)致其接地電流變大并超過額定電流的數(shù)值，此時就會起到相應(yīng)的零序電流定子接地保護(hù)系統(tǒng)，通過對電機(jī)中間點(diǎn)位置具有較小的接地電流的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對定子接地故障的保護(hù)。

2.2 外加電源的定子接地保護(hù)

定子接地故障發(fā)生時會在計(jì)算機(jī)中產(chǎn)生一定的信號，而正常工作時回路與大地之間的外加信號源中是沒有電流的，故障電流則會維持其正常工作，所以通常需要外加一定頻率的電源，而且對此電源也提出了較高的要求。此種保護(hù)方式具有較高的靈敏度，還能實(shí)現(xiàn)對電力老化問題的監(jiān)督，對發(fā)電機(jī)的性能起到改善和保護(hù)作用，提高其運(yùn)行的可靠性。

2.3 新原理技術(shù)對定子的保護(hù)

根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)定子接地故障時的信息和特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對上述信息和特點(diǎn)的識別與處理，所以基于此原理就發(fā)明出一種新型的保護(hù)系統(tǒng)，通過對定子繞組單相接地故障的研究來對其進(jìn)行保護(hù)。不僅實(shí)現(xiàn)對品類中信號的區(qū)分，將低頻和高頻率的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類整理，并將傳統(tǒng)保護(hù)中的干擾數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，提高保護(hù)動作的準(zhǔn)確性和反應(yīng)速度[2]。

3 結(jié)束語

燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的定子繞組接地故障一直是困擾相關(guān)技術(shù)和工作人員的難題之一，針對其引發(fā)原因和特點(diǎn)，在采取相應(yīng)的處理促使并制定相應(yīng)的預(yù)防方案的同時，也在不斷對其定子繞組的保護(hù)方法進(jìn)行研究，并且在相關(guān)理論和技術(shù)水平不斷提高的同時也提高了對電子繞組的保護(hù)和故障分析能力，希望能夠給同行提供一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 金敏霞，王建偉.機(jī)組定子繞組單相接地故障的診斷與處理[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2017，（11）：21-22.

[2] 張鑫.燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動態(tài)一點(diǎn)接地故障的分析與處理[J].低碳世界，2016，（32）：118-119.