歐姆定律在快速查找發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地故障中的應(yīng)用探討

李 剛

（四川久隆水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610094）

1 概述

發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組一點接地故障是水輪發(fā)電機的一種十分常見的故障，在《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》（國能安全[2014]161號）10.11.1條款規(guī)定：當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路發(fā)生接地故障時，應(yīng)該立即查明其故障點與性質(zhì)，如系穩(wěn)定性的金屬接地且無法排除故障時，應(yīng)立即停機并等待處理[1]。再發(fā)生另外一點接地，故障點流過相當(dāng)大的故障電流而燒傷轉(zhuǎn)子本體，并使勵磁繞組因過熱而燒傷，同時由于繞組短接，使氣隙磁通失去平衡從而引起振動急劇增大，不僅超過允許數(shù)值，甚至?xí)斐赊D(zhuǎn)子擦傷定子鐵芯的問題，進而嚴(yán)重危害到了發(fā)電機的安全運行。

2 快速查找轉(zhuǎn)子一點接地及處理

2.1 歐姆定律串聯(lián)分壓原理

機組停機后現(xiàn)場人員用低壓氣對積碳處進行吹掃，再用酒精和白布擦拭干凈，然后通過搖表分段搖測發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組側(cè)對地絕緣幾乎為0，基本排除保護裝置誤報的可能，確定發(fā)電機轉(zhuǎn)子存在金屬接地故障[2]。

沙坪水電站1F機組裝機容量54 MW，轉(zhuǎn)子額定電壓283 V，轉(zhuǎn)子磁極14個。

轉(zhuǎn)子磁極串聯(lián)分壓原理圖如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)子磁極串聯(lián)分壓原理圖

根據(jù)歐姆定律，推導(dǎo)得出：

上述公式中，K+表示從正極開始第K個線圈接地故障點；K-表示從負(fù)極開始第K個線圈接地故障點；N表示被測量磁極的總個數(shù)。

2.2 故障快速查找分析及處理

故障點查找方法具體步驟：首先解除轉(zhuǎn)子正負(fù)極引線與集電環(huán)的電氣連接，準(zhǔn)備試驗設(shè)備包括：單相調(diào)壓器、行燈變壓器、數(shù)字萬用表等。接線方法：單相調(diào)壓器的輸出端接在行燈變壓器低壓側(cè)的36 V和0 V接線柱上，然后將行燈變壓器高壓側(cè)220 V和0 V接線柱連接到轉(zhuǎn)子正負(fù)極引線上，接線示意圖如圖2所示。

圖2 單相調(diào)壓器查找轉(zhuǎn)子一點接地示意圖

操作方法：調(diào)節(jié)調(diào)壓器使行燈變壓器高壓側(cè)輸出為200 V（電壓可自定義），然后萬用表測量轉(zhuǎn)子主引線正極對地（地取用發(fā)電機機罩外殼）、負(fù)極對地電壓（分別記為U+、U-），根據(jù)正負(fù)極對地電壓的測量數(shù)值可算出轉(zhuǎn)子接地故障點的位置。

第一次測量結(jié)果：U+=142 V，U-=57 V；

計算過程如下：

式（3）中，14代表轉(zhuǎn)子磁極總個數(shù)；4.01代表接地故障點在從負(fù)極開始數(shù)第4.01個線圈的位置。同理如計算公式為142/（57+142）×14=9.99表示故障接地點在從正極開始數(shù)第9.99個線圈的位置，其實是同一位置。為了便于描述，統(tǒng)一以負(fù)極為起始點作為參考。

本應(yīng)解開從負(fù)極開始數(shù)第4和第5個磁極間的引線接頭，為驗證原理的正確性，進而解開了第3個和第4個磁極間的連線，但發(fā)現(xiàn)接地故障依然存在，于是按照上述方法再測了一次：在只剩下11個磁極線圈的情況下，負(fù)極起點在4號磁極線圈，然后測量轉(zhuǎn)子主引線正極對地電壓，轉(zhuǎn)子3、4號線圈極間引線打開處（4號線圈引線接頭）對地電壓（分別記為U+、U-）。

第二次測量結(jié)果：U+=185 V，U-=15.6 V；

計算過程如下：

式（4）中，11代表轉(zhuǎn)子磁極總個數(shù)減去解開的磁極個數(shù)；0.86代表接地故障點為第1個線圈，然后打開第4個線圈和第5個線圈的極間引線接頭，用搖表測量負(fù)極主引線至第3線圈、第5線圈至正極主引線的絕緣均合格，再測量引線已解開的第4線圈的絕緣仍然為0。

此時接地故障點已確定找到，對4號線圈的引線絕緣層剔除，發(fā)現(xiàn)磁極引線壓板內(nèi)側(cè)下端部引線有明顯灼傷磨損痕跡，且纏繞絕緣層的壓板也存在裸露問題，絕緣纏繞并不完整，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后在離心力作用下磁極引線裸露處與該壓板裸露處存在接觸導(dǎo)致接地故障，對該處磁極引線及其壓板絕緣層全部剔除并重新纏繞完整絕緣，重新?lián)u絕緣合格，然后將之前打開的極間引線全部接上并重新纏繞絕緣層，對整個轉(zhuǎn)子搖絕緣合格，開機運行時轉(zhuǎn)子一點接地故障已經(jīng)消除。

3 關(guān)于歐姆定律在轉(zhuǎn)子非金屬性一點接地中應(yīng)用的進一步思考

筆者通過電站機組大修轉(zhuǎn)子吊出的機會，模擬轉(zhuǎn)子一點接地故障，以求找出非金屬性接地的阻值（萬用表測量的轉(zhuǎn)子線圈對地阻值）到底為多少時，上述查找方法才具有可行性。具體實施步驟如下：接線方法不變，然后在轉(zhuǎn)子負(fù)極開始數(shù)第1個線圈和第2個線圈的極間連線上人為加裝一個電阻箱（0 kΩ～99.9 kΩ可調(diào)）并接地。

操作方法：調(diào)節(jié)調(diào)壓器使行燈變壓器高壓側(cè)輸出為20 V，最開始按照電阻箱的最大值測試，用萬用表測量負(fù)極對地電壓，計算發(fā)現(xiàn)所得K+值與預(yù)期值（1.0～1.5之間）差別較大，然后不斷調(diào)整電阻箱的接地串入阻值，當(dāng)調(diào)整到5 kΩ時，K+值約為1.5，才比較接近模擬的接地點范圍。改變輸出電壓為50 V，測試結(jié)果相同，然后改變接地點，測試結(jié)果亦然。

通過該方法驗證了轉(zhuǎn)子線圈一點非金屬性接地時，如果萬用表測量線圈對地阻值在5 kΩ及以下，上述定點精確快速查找故障接地點的方法具備可行性。

4 結(jié)語

針對沙坪水電站1F機組發(fā)生的轉(zhuǎn)子一點接地故障，利用歐姆定律串聯(lián)分壓原理快速準(zhǔn)確地查找故障點并及時處理，為后期處理類似故障時提供了借鑒，同時縮短了電站的停機處理時間，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。