发电机转子绕组一点接地故障的快速检查及处理

王建军

（四川玉田能源发展有限公司，四川甘洛616850）

发电机转子绕组一点接地故障的快速检查及处理

王建军

（四川玉田能源发展有限公司，四川甘洛616850）

水轮发电机转子一点接地是水轮发电机运行中的一种常见故障，当发生转子一点接地时，应当及时处理，否则将可能造成励磁回路过热甚至损坏、发电机转子与定子碰撞损坏发电机事故。目前消除接地的难点在于接地点的查找，以前的方法进行查找接地故障，工作量较大，时间较长。现本文介绍一种较为简便快速查找接地点的方法，此方法通过实例验证，查找较正确，耗时较少，工作量较小。

发电机；转子；接地故障

1 概述

转子是发电机的核心部件，起着电能转换的重要作用。为了提高磁电转换效率，定子线圈与转子线圈之间的空气气隙很小，只有几毫米，因此要求定子及转子在转动时应保持较高的稳定性，即要求发电机系统转动时振动值应保持在一定范围内。当超出这个值时，会造成转子在转动中与固定的定子之间产生碰撞，损坏发电的定子及转子铁心和线圈。

为了避免转子一点接地的发生，除了在制造及安装时要保证符合规范外，在运行时应加强运行管理，合理操作。要加强发电机保护整定与维护，当发生故障时能及时快速地排除故障，以减少故障电流对发电机造成冲击而产生振动；在正常运行时，应避开发电机的负荷振动区，以减少发电机的振动。当发生发电机转子两点接地故障时，转子受到偏心力矩的作用，使转子的受力不均而产生强烈的振动，很容易造成发电机转子和定子的碰撞现象，而要防止发电机转子两点接地，首先就要预防发电机转子一点接地发生。

如图1所示，转子绕组等阻值为R1、R2、……Rn，当发生转子两点接地时，经转子线圈的电流I在接地点1及接地点2分为两部分电流I1和I2，其中I1流经R2及转子线圈，电流I2经接地点1、2流经R2以外的其他转子线圈，因此流经转子线圈R2的电流减小，而流经R1、R2的电流仍为发电机转子的励磁电流I，转子绕组R1、及Rn受定子的引力就大于转子绕组R2受到的定子引力，由于转子是转动的，因此在不平衡的受力下，转子将产生振动，当金属接地时I2≥I1，转子R2绕组上流经的电流很小，大部分被接地点1及接地点2所短接，因此转子绕组R2基本上不受到定子的引力，而转子绕组磁极R1及转子绕组R2却受到较大定子的引力，此时转子所受的不平衡力最大，转子及发电机的振动也最大。严重时会造成发电机的定子和转子相互碰撞导致发电机损坏。

图1 两点接地时转子电流流向示意图

当发生转子一点接地时，应停机处理。如使用传统的方法处理，工作量较大，所需时间较长；而通过在线测试及计算的方法来判断接地点，这种方法查找准确，消除故障所用时间较短，工作量也较少。

2 转子一点接地查找及传统处理方法

当发生转子一点接地时，发电机转子一点接地保护装置会报警，此时利用发电机转子绝缘检测表和发电机转子一点接地保护的在线检测装置来判断是否出现转子一点接地现象。如果存在一点接地，还需要进一步确定是励磁装置接地还是转子绕组接地，是非金属性接地还是金属性接地，是断续接地还是直接接地，是瞬时接地还是永久接地。当确定转子发生接地时，则应停机处理。

传统的处理方法是将励磁装置与转子绕组断开，分别对励磁装置和转子绕组绝缘检测，用绝缘兆欧表对转子绕组绝检查，并对转子绕组进行观察，在转子接地点处由于接地电阻较小，在绝缘兆欧表产生的直流电压下，会使转子绕组对接地点放电，产生火花，根据发现火花的位置可以找到转子接地点。如果是金属性接地，则此方法无法产生作用，则采用分段法将转子的磁极从中间断开，或将每一个磁极与引线断开，用绝缘兆欧表对每段磁极或每一个磁极逐一进行摇测，从而找出接地点。如是在磁极之间的引线处，根据现场施工条件就地做好安全措施处理，如果条件不允许或接地点在磁极上，则应将转子吊出，将磁极的磁极键拔下，取下磁极，对损坏的绝缘进行重新处理或更换新的磁极。由于磁极绝缘处理遇到磁极引线线径较粗，焊接时较为费工费时，焊接后还需要进行绝缘处理，绝缘处理后还需进行一些实验，因此传统的处理方法工作量较大，时间较长。

3 转子一点接地的快速检查及处理

水轮发电机转子绕组是由若干个磁极串联在一起，且每个磁极的阻值是相等的，经过每个磁极的电流也是相等的，即每个磁极的平均电压就等于转子绕组电压除以磁极个数。通过测量转子绕组的正对地或转子绕组负对地的电压，以及知道每个磁极的平均电压，就能计算出接地点的具体位置，这个检测方法称为电压法。现通过一案例来说明。

沙坪水电站1号机组，装机容量54 MW，转子额定电压283 V，转子磁极个数14。在2012年2月某日，1号机组在大修后开机并网后，运行人员和检修人员发现电站监控计算机发“1号发电机转子一点接地”报警信号，检修人员到设备现地进行检查，转子接地保护装置检测到接地电阻值在0～500 kΩ之间变化。装置一点接地周期性间断发出报警。检修人员用万用表对励磁正负极电压进行测量，发现励磁电压的正极对地电压为+29 V，负极对地电压为-126 V。停机进行检查，首先将发电机的碳刷全部拔出，使励磁装置与转子绕组断开，以确定是励磁装置发生的接地还是转子绕组发生的接地，分别对励磁装置和转子绕组进行绝缘摇测。摇测结果励磁装置与转子绝缘都正常，以绝缘检测无法判断是励磁装置还是转子的问题。由于发电机转子是由14个磁极组成，且每个磁极的阻值是相等的，根据电路串联特点，串联电路电流处处相等。

图2 一点接地时转子电压分布示意图

根据在停机前测量数据，励磁电压为156 V，励磁正对地电压+29 V，励磁负对地电压-126 V，根据电路串联特点与转子每个磁极的阻值相等，可以计算转子每一个磁极的平均电压156/14=11.142 V。在根据以上知道正、负对地电压和每一个磁极的平均电压，就能计算出接地点29/11.142=2.6或126/11.142=11.3。可以看出接地点应处于转子绕组正极的第2极与第3极之间，这样就大大缩小查找磁极接地的范围。

检修人员对转子从正极绕组开始的第2块磁极与第3块磁极之间的引线检查，发现磁极引线在压板下是活动的，打开引线压板，发现引线的外部绝缘破损，铜线裸露，由于磁极引线压板没有将引线压实，存在一定的间隙。当机组启动时，随着转速的升高，引线在加速度及离心力矩的作用下，破损后的铜引线与磁极引线压板碰撞。机组在停机情况下磁极引线与压板分开，绝缘处于正常，在机组运行时，绝缘破损处的磁极引线与磁极引线压块发生周期性碰撞，造成转子周期性断续接地。对引线绝缘的地方用环氧树脂和玻璃丝带包扎重新处理，使磁极引线绝缘恢复正常，处理后将所有带进的工器具全部带出，现场清理干净，摇测转子绝缘正常后将发电机重新启动至空载，转子一点接地恢复，发电机转子保护上，转子一点接地电阻∞大，说明转子绝缘恢复正常，转子一点接地故障消除，发电运行正常。

4 结论

通过实例可以看出，利用电压检测法与计算结合的方法，能快速准确地查找转子一点接地故障。克服传统方法费工费时的缺点，大大提高发电机的利用小时数，在发电的高峰期，能缩短发电检修的停机时间，提高发电单位的经济和社会效益，此方法简单实用，操作简便，准确性较高。

[1]张建国.水轮发电机转子一点接地故障的快速检测及排除方法[J].新疆水利,2007（3）

[2]张国稳，钱仕英，祁光胜.发电机转子绕组一点接地故障的快速检查及处理[J].电网与清洁能源,2012（8）：51-53.

TM312

B

1672-5387（2015）12-0030-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.12.010

2015-07-24

王建军（1986-），男，从事水电站运营维护管理工作。