灯泡贯流式水轮发电机转子动态一点接地故障的分析与处理

张 鑫（甘肃电投炳灵水电开发有限责任公司，甘肃省临夏州永靖县731600）

灯泡贯流式水轮发电机转子动态一点接地故障的分析与处理

张 鑫（甘肃电投炳灵水电开发有限责任公司，甘肃省临夏州永靖县731600）

炳灵水电厂安装有五台灯泡贯流式水轮发电机。发电机是水电厂的重要设备，当发生发电机转子一点接地时，应尽快排查处理，避免事故扩大，不但造成企业的经济损失，同时也影响到电网的稳定运行。本文针对该厂一台灯泡贯流式水轮发电机发生在转子磁极上转子动态一点接地故障的现象，叙述其排查处理过程，对此类故障的检查处理起到借鉴作用。

发电机；转子；动态一点接地；乒乓式

引言

炳灵水电厂位于甘肃省永靖县与积石山县交界处黄河干流寺沟峡峡谷进口以下 12.5km处，上距大河家水电厂29.5km，下距刘家峡水电厂44.5km。炳灵水电厂总装机容量为240MW，安装有5台设计单机容量为48MW的灯泡贯流式水轮发电机，由哈尔滨电机厂有限责任公司生产，型号为SFG48-56/6700，发电机额定电压13.8KV。励磁系统采用广州电气科学研究院研发的FJL-4GAI-PADE2B型微机静止可控硅励磁，具有响应速度快、电压波形平稳的特点，额定电流2113.9A，额定励磁电压294V，额定励磁电流1259A，空载励磁电压124.4V，空载励磁电流756.1A。机组保护装置采用深圳南瑞科技有限公司研发的PRS-785A3微机发变组保护装置，转子一点接地保护采用乒乓式转子一点接地保护原理。

1 故障情况

出现故障的机组为炳灵水电厂1号机组。2015年10月22日1号发电机运行过程中保护装置报警机组转子一点接地，随后便复归，当值值长下令停机，检修人员随后检查保护装置板件、励磁回路并测量发电机转子绝缘，打开风动检查转子引线均正常，重新开机，保护装置无告警及异常。1号发电机运行至2016年9月8日，保护装置频繁报警机组转子一点接地。机组停机状态下，从灭磁开关FMK下端使用共立3125数字式绝缘表500V档测量1号发电机转子正极对地绝缘电阻65.2MΩ，负极对地绝缘电阻57.9MΩ。大于1MΩ即可开机，至空转态，测量转子正极对地绝缘电阻0MΩ，负极对地绝缘电阻0MΩ。

2 转子一点接地的危害

发电机正常运行时，发电机转子电压有几百伏特，励磁电缆正负极对地电压约为励磁电压的一半，转子绕组及励磁系统对地是绝缘的。但发电机高速旋转，极易发生一点接地故障。发生一点接地后，无电流流过故障点，不形成电流通路，励磁电流仍保持正常，对发电机并无直接危害，但转子绕组对地已产生电压。

当系统发生扰动电压出现较大值，可能将励磁回路中其他绝缘薄弱的地方击穿，极易造成另外一点接地，形成转子两点接地短路，一部分励磁绕组被短接。当发电机转子绕组出现不同位置的两点接地或匝间短路时，会产生很大的短路电流，可能会烧伤励磁绕组以及转子本体。同时由于部分转子绕组被短路，使气隙磁场不均匀或发生畸变，使发电机转动时所受的电磁转矩不均匀造成发电机振动，损坏发电机，两点接地导致机组甩负荷停机，影响电网稳定和电能质量，造成经济损失。

3 故障分析及处理

3.1 转子一点接地乒乓原理

传统的电桥式保护在励磁绕组的中部接地时有死去，所以本厂发电机保护装置采用“乒乓式”原理做到无死区的励磁绕组接地保护。

采用乒乓式开关切换原理，通过求解两个不同的接地回路方程，实时计算转子接地电阻和接地位置。原理图见图1。其中，S1、S2为由微机控制的静态联动电子开关，Rf为励磁绕组接地电阻，α为接地点位置，E为转子励磁直流电动势（考虑到E的变化，新的励磁电动势用E′表示）。

图1 转子一点接地保护切换采样原理接线图

当S1闭合、S2断开时（状态1），测得E和R1上的电势U1；当S1断开、S2闭合时（状态2），测得E′和R1上的电势U2；由这两种状态列出回路方程可求出接地电阻Rf的接地位置α的值。转子一点接地判据为：Rf

3.2 转子一点接地故障分析

炳灵水电厂出现过发电机转子一点接地故障报警，根据机组特点，形成转子接地故障报警的可能性有：

（1）转子磁极松动，在转子高速运转离心力的作用下，转子磁极接触到挡风板引起接地。

（2）转子滑环、端部、引线等部位绝缘损坏引起接地。

（3）长期运行绝缘老化，因杂物或振动使转子部分匝间绝缘垫片产生位移，使转子绕组绝缘局部过热老化引起接地。

（4）集电环和碳刷之间，由于碳粉积累造成集电环对地绝缘部分爬电引起接地。

（5）磁极连接线外包绝缘破损，形成与磁轭压紧螺杆间的金属性接地故障。

（6）励磁引线外包绝缘破损，其对地绝缘降低或励磁引线与滑环连接处因碳粉污垢造成绝缘降低。

3.3 转子接地故障处理

根据炳灵水电厂发电机转子接地故障点的分析，在1号机组停机后根据保护装置显示情况，重点对发电机转子滑环碳刷、磁极电缆及接头、励磁引线、磁极进行重点检查，均未能发现有绝缘破损及爬电现象，吹扫励磁滑环、碳刷及大轴接地碳刷卫生。而后1号机开机仍报“发电机转子一点接地”故障，测量转子正极对地绝缘电阻0MΩ，负极对地绝缘电阻0MΩ。

机组空转状态下，从灭磁开关FMK下端使用指针式万用表，测量转子正负极直流电阻约为1Ω，正极对地直流电阻约为2.3Ω，负极对地直流电阻约为2.3Ω。

发电机励磁调节柜零起升压，至发电机额定电压的40%时，从灭磁开关FMK下端使用胜利VC890C+数字万用表测量转子直流电压，正负极电压约为38.08V，正极对地电压约为27.3V，负极对地电压约为10.3V。使用指针式万用表测量正负极电压约为39V，正极对地电压约为28V，负极对地电压约为13V。集电环处使用数字万用表测量转子直流电压，正负极电压约为36.9V，正极对地电压约为26V，负极对地电压约为8.6V。使用指针式万用表测量正负极电压约为39V，正极对地电压约为28V，负极对地电压约为12V。

停机后，从灭磁开关FMK下端测量发电机转子正负极直流电阻约为0.25Ω，正极对地电阻13.98KΩ，负极对地电阻13.98KΩ。使用指针式万用表，正负极直流电阻约为1Ω，正极对地直流电阻约为900Ω，负极对地直流电阻约为900Ω。

根据测量数据，取U±平均=38.69V，U+平均=27.77V，U-平均= 11.77V，使用公式，即X+=40.19，X-= 17.03，正极数第40块磁极，负极数第17块磁极，分别浮动误差两块。

检查未发现异常。人员在正极数第40块磁极处观察，使用共立3125数字式绝缘表500V档测量发电机转子正极对地绝缘电阻 56.7MΩ，1000V档测量 55.5MΩ，2500V档测量0MΩ，但能听到正极数第40～43块磁极间有“噼啪”放电声音。

多次反复点击试验，最终确定发电机转子支架下端正极数第42～43块磁极中间嵌入长12cm，宽4cm薄铜片，将其取出。数字式绝缘表2500V档对发电机转子正极母排点击，瞬间值达28～35MΩ。500V档测量发电机转子正极对地绝缘电阻56.8MΩ。开机至空转态，数字式绝缘表500V档测量1#发电机 1F转子正极对地绝缘电阻 56.8MΩ，1000V档测量55.8MΩ，转子动态一点接地已消除。

4 结语

转子动态一点接地故障不是永久性故障，并未对发电机造成大的伤害，若任由其发展出现两点接地，将严重威胁发电机的安全。查找起来较麻烦，必须先确认励磁电缆、滑环、碳刷等是否存在问题。如果是转子磁极上的问题，利用电压法计算出大致位置后详细检查。在发现缺陷后，还应再仔细检查是否存在其他问题。还可以使用单相调压器、电流表加1～3A电流，用数字万用表测量单个磁极对地电压，当测量值为零时，该磁极即为接地处。总之，查找方法是多样的，应根据不同机型特点、接地故障现象不同，使用方法妥当，设备正确，不难排除故障。

TV734

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2095-2066（2016）32-0118-02

2016-11-3