石门水电站1#机组转子一点接地故障原因分析及处理

【摘要】发电机转子一点接地故障对发电机运行没有直接危害，但长期带故障运行，如发展为二点接地，故障电流会烧伤转子本体和引起发电机剧烈振动，影响机组安全运行。本文通过利用励磁电压在转子各磁极上的电压分配规律和励磁回路分段查找的办法找到了石门水电站1#发电机转子接地故障的接地点，对类似故障提供了查找思路和暂时无法处理时的应急技术措施。

【关键词】发电机；转子；接地

1、故障原因的判断

石门水电站位于汉江最大支流褒河上游，2014年12月完成陕西省农村小水电增效扩容技术改造。其中1#发电机型号为SF14-12/2860，额定值：功率14MW，电压6.3kV，励磁电压150V，励磁电流585A，额定转速500r/min，转子绝缘为F级。2015年8月8日， 1#发电机运行期间转子一点接地保护动作。发电机转子一点接地不会形成故障电流，对运行没有直接危害，但考虑二点接地的可能性和危害的嚴重性，必须查找到和消除接地点。

发电机转子和励磁回路中任何一部分存在接地点都会引起转子一点接地保护动作，故从以下方面查找接地原因。

1）停机后测量转子绝缘，测量结果为25MΩ，大于不低于0.5MΩ的要求。同时，擦拭干净滑环、刷窝、刷架处碳粉。解开转子磁极引线与发电机滑环联接，退出发电机碳刷与滑环的接触，拉开发电机灭磁开关。分别在转子磁极引线、滑环、刷架、灭磁开关上端测量绝缘，均合格。

2）检查保护装置及大轴接地碳刷，保护装置工作正常，大轴接地碳刷稳固，接触良好，接触面清洁无污物，不存在因保护装置误动或大轴接地碳刷不稳固、沾上油污引起接触不良造成假接地现象。

以上静态检查未发现转子存在接地故障。

3）启动发电机至空载状态，转子一点接地动作。测量励磁正对地电压在52-54V间波动，负对地电压在2-4V间波动，正对地电压接近发电机空载励磁全电压，负对地电压接近为0。但如何解释机组在停机状态时转子绝缘测量正常的疑问？将机组手动开启缓慢升速，当转速低于400 r/min，绝缘为25MΩ，当超过400 r/min至额定转速500 r/min，绝缘为0MΩ，换用万用表测量阻值为2.5KΩ。

由此判断1#发电机转子本体存在动态一点接地故障且接地点在转子磁极靠近负极位置。

2、故障处理方案

1#机组在2014年12月刚完成增效扩容技术改造，改造增容由原12.5MW到14MW，投入商业运行只有几个月时间，设备的一些制造和安装隐患才逐渐暴露。同时农村小水电机组容量小，机组的检修空间狭小， 1#发电机转子一点接地点发生在转子本体，故障处理必须将转子吊出机坑后才能进行。但故障发生在8月，正值发电汛期，此时拆机处理将带来巨大的经济损失。能否通过一些技术措施让机组先运行发电，汛期过后再处理？对此采取了以下措施：①调整转子一点接地保护配置。退出一点接地低阻跳闸保护，投入转子二点接地保护，其整定值按保护装置设置最小值整定，以便发生两点接地时及时动作停机。②加强机组运行监视，及时清扫滑环、刷窝、刷架碳粉堆积，减少转子发生第二点接地的可能性。③优化水库调度，将1#机组作汛期备用机组，减少机组运行时间。通过以上措施，1#发电机在存在转子一点接地故障的情况下累计安全运行1500个小时。

2015年11月，1#发电机转子吊出机坑查找处理接地故障。测量转子绝缘合格，但检查发现负极引出铜排与最靠近转子负极位置磁极的磁极键端部靠的很近，用力将铜排压近磁极键后，绝缘下降为0。退出铜排固定螺栓，发现与磁极键端部靠近处铜排绝缘有一处针尖状破损，金属导体已暴露，判断此处就为接地点。接地点找到后，对铜排绝缘破损处露出的导电部分清扫干净，缠绕玻璃丝带和涂上环氧树脂漆，同时在与铜排靠近的磁极键端部套热缩管，给磁极键端部加一层绝缘，防止铜排由于机组运行时振动直接与金属磁极键发生摩擦损坏绝缘。机组运行时发电机发热，套在磁极键端部的热缩管会紧缩在磁极键上，不会因机组转动离心力甩出。接地点绝缘处理完毕后，转子整体用带电清洗剂清洁，再测量转子绝缘，阻值达到100MΩ。

3、转子绝缘降低原因分析

造成转子负极引出铜排绝缘破损是因为铜排的安装位置与磁极键端部棱边间距太近。机组运行时，在离心力作用下，转子引出铜排发生位移与磁极键端部棱边间距不够而导致绝缘摩擦破损。

当机组静止或低速转动时，铜排和磁极键没有接触，转子绝缘正常，接地现象消失。随着机组转速升高，铜排和磁极键逐渐靠近，转子绝缘降低，当机组达到80%额定转速时，绝缘值下降至0。这是由于在离心力的作用下，转子引出铜排绝缘破损处与磁极键端部棱边接触，从而造成转子绝缘不合格。

转子引出铜排安装位置设计不合理和安装单位安装时未注意转子引出铜排应与磁极键保持足够的间距，是导致转子绝缘破损的主要原因。在与铜排靠近的磁极键端部套热缩管加一层绝缘，是解决二者间距不够的一个很好的办法。

4、结语

新运行机组由于设计、产品质量、安装质量等原因出现转子接地故障概率比较大，通过励磁回路分段查找故障和分析励磁电压在转子各磁极上的电压分配可正确、快速查找出接地点。同时，发电机出现转子一点接地故障后在无法及时对故障处理的情况下投入转子二点接地保护，加强运行监视是一个较为可行的措施。

考文文献：

[1]杨艳，江诗宏，三峡电源电站机组发电机转子绝缘降低故障及其处理。水电自动化与大坝监测，2011。

[2]马玉新，一起发电机转子一点接地故障处理。水电厂自动化，2008。

作者简介：刘小龙（1976-），男，工程师，从事水力发电厂生产技术管理工作。