潘家口2號機(jī)轉(zhuǎn)子非金屬接地分析

鞠景寶，畢 旭

（國網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北 唐山064309）

0 引言

潘家口蓄能電廠發(fā)電機(jī)是意大利TIBB公司生產(chǎn)的，型號為MV840/240/42-48，額定容量90MW，出廠日期為1989年。投產(chǎn)日期為1992年12月22日。定子出口電壓13.8kV，勵磁電壓353V，轉(zhuǎn)子為42～48 磁極，轉(zhuǎn)速 125～142.8r/min，2 個轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子 5個滑環(huán)，而常規(guī)機(jī)組是2個滑環(huán)，由于運(yùn)行環(huán)境濕度較大，濕度93%，溫度38°，造成轉(zhuǎn)子絕緣降低，引起轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動作，改變運(yùn)行環(huán)境后溫度為34°左右，濕度為16%左右。處理后，機(jī)組運(yùn)行良好。

1 技術(shù)參數(shù)

表1 2號機(jī)組MV840/240/42-48技術(shù)參數(shù)

2 事件經(jīng)過

2017年08月04 日10：22時，2號機(jī)組發(fā)電啟動，帶80MW負(fù)荷發(fā)電運(yùn)行。機(jī)組啟動15min后ONCALL人員對發(fā)電機(jī)設(shè)備進(jìn)行巡視檢查，巡視中發(fā)現(xiàn)2號機(jī)組風(fēng)洞內(nèi)濕度較大，空氣冷卻器及周圍設(shè)備結(jié)露嚴(yán)重。立即組織對2號機(jī)組冷卻器流量進(jìn)行了調(diào)整，第1階段將閥門開度從12%調(diào)低至6.5%，10min后效果不明顯，再次將冷卻水閥門開度調(diào)低至2%，通過大幅降低流量改善風(fēng)洞內(nèi)運(yùn)行環(huán)境。但在第2次調(diào)整后約2min，監(jiān)控系統(tǒng)報“2號機(jī)組定子或轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動作”。

3 問題排查

（1） 2號機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的實時測量接地電阻值為16kΩ。

（2）機(jī)組轉(zhuǎn)子檢查情況：使用500V絕緣搖表對轉(zhuǎn)子進(jìn)行絕緣測量，絕緣值為0MΩ，確認(rèn)2號機(jī)組轉(zhuǎn)子存在絕緣薄弱點(diǎn)，檢查發(fā)現(xiàn)2號機(jī)組風(fēng)洞內(nèi)溫濕度計顯示：溫度為：38°，濕度為：93%；對2號機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行全面的檢查，未發(fā)現(xiàn)較明顯的故障點(diǎn)。判定為運(yùn)行環(huán)境濕度較大，造成轉(zhuǎn)子絕緣降低，引起轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動作。

4 第1階段檢查及處理

通過打開風(fēng)洞排風(fēng)孔，關(guān)閉冷卻水出口閥，機(jī)組空轉(zhuǎn)運(yùn)行的方式進(jìn)行了風(fēng)洞內(nèi)環(huán)境干燥處理。干燥處理后濕度為56%，環(huán)境溫度為41°。干燥處理后對轉(zhuǎn)子絕緣檢測為0.8MΩ，滿足試驗規(guī)范要求。但在后續(xù)機(jī)組空轉(zhuǎn)驅(qū)潮啟動及停機(jī)過程中轉(zhuǎn)子接地保護(hù)均動作，且均在機(jī)組轉(zhuǎn)速為9～15r/min時出現(xiàn)故障信號，額定轉(zhuǎn)速及停機(jī)后接地信號消失。再次將機(jī)組空轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)子回路絕緣為0.8MΩ以上，通過手動零起升壓的方式機(jī)組空載運(yùn)行1h，再次檢測轉(zhuǎn)子回路絕緣為2.3MΩ，但在機(jī)組停機(jī)過程中轉(zhuǎn)速降至9～15r/min時，仍然出現(xiàn)了接地保護(hù)動作信號。初步懷疑，存在個別部件有不穩(wěn)定接地情況，屬非金屬接地，且受轉(zhuǎn)子運(yùn)動離心力影響?？蛰d驅(qū)潮停機(jī)后，再次對轉(zhuǎn)子各部位進(jìn)行了檢查，仍未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子部件松動或不穩(wěn)定接地情況。

5 第2階段檢查及處理

機(jī)組在低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時出現(xiàn)短時轉(zhuǎn)子接地故障，因此對轉(zhuǎn)子磁極阻抗進(jìn)行進(jìn)一步測試檢查分析，通過與以前的試驗數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，滑環(huán)之間的磁極阻抗值變化不大，排除了磁極匝間短路的可能性；采用手動開機(jī)，使機(jī)組保持在10～20r/min運(yùn)行，轉(zhuǎn)動滑環(huán)測量轉(zhuǎn)子絕緣電阻，確定接地點(diǎn)在轉(zhuǎn)子1～2滑環(huán)之間（即轉(zhuǎn)子磁極 2～8、14～24、34～40 之間），并采取了1/2分區(qū)域排除法進(jìn)行排查，最終確定接地故障點(diǎn)位置。

我廠機(jī)組設(shè)計為雙轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子磁極設(shè)計較為復(fù)雜（機(jī)組磁極與轉(zhuǎn)速對應(yīng)選擇關(guān)系見圖1），將影響轉(zhuǎn)子絕緣的部件劃分為3個部分進(jìn)行排查，1滑環(huán)和2 滑環(huán)為第 1 部分（即轉(zhuǎn)子磁極 2～8、14～24、34～40），3、4、5 滑環(huán)為第 2 部分（即轉(zhuǎn)子磁極 10～16、26～32、42～48 及 1、9、17、25、33、41 號磁極）以及勵磁引線為第3部分。以下測量絕緣電阻均在機(jī)組低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時測量。

圖1 機(jī)組雙轉(zhuǎn)速時磁極選擇示意圖

圖2 轉(zhuǎn)子磁極電路

6 故障點(diǎn)查找

（1）機(jī)組保持在10～20r/min運(yùn)行時，在2號機(jī)組勵磁裝置滅磁開關(guān)下口處測量轉(zhuǎn)子絕緣為0MΩ，拆除滑環(huán)碳刷后再在滅磁開關(guān)處測量勵磁引線絕緣值為98MΩ，確認(rèn)勵磁引線無故障點(diǎn)。

（2）機(jī)組保持在 10～20r/min運(yùn)行時，對 3、4、5滑環(huán)進(jìn)行絕緣測量，絕緣電阻為5.3MΩ，證明3、4、5滑環(huán)所連接的轉(zhuǎn)子磁極無故障點(diǎn)。

（3）機(jī)組保持在10～20r/min運(yùn)行時，對1滑環(huán)和2滑環(huán)進(jìn)行絕緣測量，絕緣電阻為0MΩ，確定故障點(diǎn)位1、2滑環(huán)所連接的轉(zhuǎn)子磁極范圍內(nèi)。拆除24號磁極與34號磁極間連接，使1滑環(huán)與2滑環(huán)獨(dú)立并分別連接部分磁極。對1滑環(huán)與2滑環(huán)分別進(jìn)行絕緣電阻測量，1滑環(huán)測得絕緣電阻為0MΩ，2滑環(huán)測得絕緣電阻為5.5MΩ，繼續(xù)在21號磁極出線處斷頭（見圖3）。

圖3

（4）在21號磁極斷頭處向20號磁極方向測量絕緣電阻為4.7MΩ，向21號磁極方向測量絕緣電阻為0MΩ，說明接地點(diǎn)在磁極21～24磁極區(qū)間。繼續(xù)在22磁極進(jìn)線處進(jìn)行斷頭（見圖4）。

（5）在22號磁極斷頭處進(jìn)行雙向絕緣測試，21～22磁極的絕緣電阻為0MΩ，23～24的絕緣電阻為4.7MΩ，判斷接地點(diǎn)在21～22磁極處。下一步斷開21～22磁極下方連接鋼母線（見圖5）。

圖4

圖5

（6）在拆除21～22磁極下方連接鋼母線時，發(fā)現(xiàn)21號磁極固定螺栓絕緣墊塊處有銹蝕痕跡，判斷此處即為不穩(wěn)定接地點(diǎn)。分析原因為風(fēng)洞內(nèi)濕度過大，磁軛鍵磨損出來的粉塵與空氣中的潮氣在轉(zhuǎn)子磁極間連接母線絕緣墊塊處聚集，形成了一個不穩(wěn)定接地點(diǎn)（見圖6），在機(jī)組低轉(zhuǎn)速時形成接地故障。

圖6

7 處理步驟

（1）解開21號磁極連接母線，取出螺栓與絕緣墊塊進(jìn)行清洗，干燥。對安裝部位進(jìn)行除銹并擦洗干凈，將絕緣墊塊與螺栓回裝。測量21號磁極絕緣電阻為110MΩ，測量1、2滑環(huán)間絕緣電阻為97MΩ，將磁極斷開點(diǎn)全部恢復(fù)后，測量轉(zhuǎn)子整體絕緣為3.6MΩ，轉(zhuǎn)子絕緣合格。

（2）機(jī)組空轉(zhuǎn)及空載試驗，機(jī)組保護(hù)裝置監(jiān)測轉(zhuǎn)子絕緣電阻＞100kΩ，轉(zhuǎn)子絕緣正常。

8 故障原因分析

近期天氣潮濕，2號機(jī)組風(fēng)洞濕度增大，磁軛鍵磨損出來的粉塵與空氣中的潮氣在轉(zhuǎn)子21號磁極連接母線絕緣墊塊處聚集，形成了一個不穩(wěn)定接地點(diǎn)，造成轉(zhuǎn)子接地故障。

9 暴露的問題

（1）未充分考慮環(huán)境因素對設(shè)備運(yùn)行的影響，及時調(diào)整空氣冷卻器的運(yùn)行方式，合理控制風(fēng)洞內(nèi)溫度和濕度。

（2）設(shè)備維護(hù)不到位，清掃檢查不徹底，對設(shè)備隱蔽位置的檢查存在疏漏。

10 結(jié)語

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是發(fā)電機(jī)的重要設(shè)備，環(huán)境因素對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行影響非常大，運(yùn)行濕度大，溫度高，環(huán)境差，會造成轉(zhuǎn)子絕緣降低，嚴(yán)重時會引起轉(zhuǎn)子接地或短路，只有降低濕度及溫度，保持設(shè)備清潔，才能提高設(shè)備絕緣，改變運(yùn)行環(huán)境后溫度為34°左右，濕度為16%左右。機(jī)組運(yùn)行良好。為穩(wěn)定網(wǎng)上運(yùn)行提供強(qiáng)有力的安全保障。