一例发电机转子动态接地故障的分析与处理

赵勇军



一例发电机转子动态接地故障的分析与处理

赵勇军

（云南电力技术有限责任公司，昆明 650000）

本文以一例水轮发电机转子动态接地故障为例，通过测量转子电压分布情况并结合相关试验数据，准确找到接地故障位置。结果表明：根据故障时转子电压分布，可较快地对故障位置进行定位，可极大地提高故障查找效率。

水轮发电机；转子；动态接地；分析处理

0 前言

发电机转子在运行过程中，有时会发生转子绕组对地短路的故障，俗称转子接地。如果转子在转动时有接地情况，但停机后接地点消失，转子旋转起来后又出现接地现象，这种情况称为转子动态接地。转子动态接地往往较转子静态接地更为隐蔽且不易查找处理。文献[2]通过实际案例，分别介绍了发电机静态和动态接地故障的不同查找方法，其查找转子动态接地故障点的方法是采用动态工况下测量转子交流阻抗的方式进行。文献[3]则是通过在转子回路通入电流，分别测量磁极对地电位对接地点进行查找。在实践中，以电阻分压原理为基础，利用故障时转子电压分布情况并结合相关试验数据进行快速定位是常用的方法，该方式不必测量转子交流阻抗或施加电流量，是较为有效的判断方式。本文结合案例，利用该方法对故障点进行了定位，并详细的阐述了分析的基本流程、理论依据与后续处理，对现场检查、试验诊断等方面也提出了一些建议，旨在为转子接地故障的分析处理提供借鉴。

1 故障情况

某水电厂1号发电机型号为SFZ10-6/2410，额定容量11765kVA，额定电压6.3kV，额定电流1078A，转子电压48V，转子电流773A，于1983投入运行。

2016年5月机组运行期间，1号发电机监控系统多次发生短暂性的转子一点接地报警，6月2日再次发出转子一点接地报警。测得报警时1号机转子电压正对地25V，负对地6.4V，故障信号不能复归，接地电阻在0.5～1.0kΩ之间变化。机组随后申请停机，意图查找出故障点并予以处理。

2 原因分析

发电机转子接地保护装置动作报警一般有以下三个原因：一是转子接地保护装置异常引起；二是转子磁极附属设备（转子滑环、转子引线、碳刷等）绝缘故障引起；三是转子磁极存在接地现象[1]。该机组在2014年、2015年间均发生过接地故障报警，但均短暂出现，2016年5月复现频率增加。

机组在之前的停机检修期间各项试验项目完整，试验数据未见异常，转子及其附属部件绝缘良好，且保护装置也按期进行了校验，考虑到该发电厂运行时间长，初步怀疑为转子引线或相关部件绝缘破损或松动导致的动态接地。

3 现场试验及故障处理

机组停机后，工作人员随即拆除了励磁钟罩、碳刷、励磁引线等附属部件，对转子磁极外围设备（转子滑环电刷、转子引线等）进行了认真检查，转子回路整体外观未发现明显接地现象及局部放电痕迹。进行清扫的同时，开展了绝缘电阻、交流阻抗、交流耐压等试验项目。其测试数据参见表1、表2、表3。

表1 发电机转子及其附属部件绝缘电阻

表2 发电机转子交流阻抗试验

表3 发电机转子交流耐压试验

根据发电机静态各项试验数据可知，1号发电机本体及转子附属部件绝缘良好。现场检查对转子引线的绝缘薄弱部位（如引线拐角处）也进行了重点检查，其绝缘包扎也未见破损或损坏痕迹。基于此，主要的关注点由引线绝缘不良转至转子磁极位置。参考机组停机前出现转子接地报警时的动态绝缘电阻监测数据（参见表4），可看出其故障点有由不稳定的高阻性接地故障向低阻性接地故障发展的趋势。

表4 发电机转子动态绝缘电阻监测数据

最后一次转子接地故障报警时，用万用表测得转子电压正对地25V，负对地6.4V，其正负极之间电压为31.4V。根据电阻分压原理（如图1所示，同时可认为转子每个磁极的电阻相等，已知该发电机转子共6个磁极，即可初步定位出大概的故障位置，其计算式参见式（1）和式（2）。

图1 转子接地故障时电压分布

故障点距正极引线的磁极位置：

故障点距负极引线的磁极位置：

由计算结果可知，其故障点的大致位置在距正极引线第5个磁极（距负极引线第2个磁极）。随后，工作人员对第五个磁极上下端部引线、引线槽口、引线拐角等部位进行细致排查。经检查，在5号磁极上端部引线与转子磁轭处发现明显压痕（如图2所示），压痕呈明显炭黑状。使用工具进行检查，发现该处引线较其余位置明显松动，该处的绝缘压板也有老化现象。认为是由于运行时间久远和机械振动，磁极引线松动，绝缘压板绝缘性能下降，使得在发电机高速旋转过程中，该处磁极引线与转子磁轭之间形成不稳定的接地回路，当机组高速旋转时，就产生了动态接地现象。而当机组静止时，由于磁极引线与转子磁轭分开，接地现象消失。

图2 5号磁极引线（上端部）故障点

随后对故障点进行清扫，彻底清除碳黑，并对故障部位进行修复处理，重新紧固了磁极引线，更换了绝缘压板。同时对其余相关部件进行紧固、清扫等工作。在静态各项绝缘电阻合格后，开机运行，其动态绝缘电阻均能维持在5MΩ以上，转子正负极对地电压平衡，运行良好，其余监测数据参见表5。

4 结论

发电机动态接地故障与磁极旋转有关，静止状态下接地现象消失，故障点往往隐蔽且不稳定，给故障点的查找和处理增加了难度。以本文为例，笔者认为转子动态接地故障可从以下三个方面进行分析处理：

（1）发生转子动态接地故障时，应密切关注其故障时转子电压分布规律，根据电压分布可较快地对故障位置进行定位，可极大地提高故障查找效率；

（2）检修期间，除必要的清扫检查等常规工作外，还应注意关注转子绝缘薄弱部位，如转子引线拐角、磁极引线等位置，这些位置往往会出现绝缘破损、引线松动等潜伏性缺陷；

（3）进行转子接地故障排查时，应做到分段测试、综合分析，并结合处理前后的各项试验数据和监测数据进行综合判断，才能对转子动态接地故障进行准确分析与处理。

表5 发电机转子电压、电流监测数据（处理后）

[1] 李富营. 水轮发电机转子动态接地故障原因分析及处理[J]. 电力设备, 2007, 7(2):49-50.

[2] 刘俊英, 王恒. 一种查找转子动态接地点位置的方法[J]. 大电机技术, 2009(5):27-28.

[3] 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, 28(8):51-53.

[4] 张才波. 查找发电机转子动态一点接地的试验方法[J]. 大电机技术, 2001(6):16-18.

[5] 冷晓梅, 杜鹏刚, 赵旺初. 发电机转子在线检测[J]. 大电机技术, 2002(2):30-33.

[6] 吴延宾. 大型发电机定转子接地保护运行分析[J]. 大电机技术, 2009(3):8-10.

[7] 陈文添. 水轮发电机组转子一点接地的分析与查找[J]. 广西电力, 2005, 28(03):26-29.

[8] 刘世雄, 李东鹏, 陈秀萍,等. 发电机转子一点接地保护误动原因分析[J]. 热力发电, 2003, 32(12):69-70.

[9] 杨文超, 王愿平. 发电机转子接地故障诊断一例[J]. 河北电力技术, 2001, 20(4):22-23.

[10] 李建明. 高压电气设备试验方法[M]. 中国电力出版社, 2001.

[11] 胡林华. 转子绝缘不良的原因分析及处理方法[J]. 小水电, 2006(3):47-49.

[12] 李平, 郭丽颖. 龙滩水轮发电机转子动态接地故障分析及处理[J]. 广西电力, 2009, 32(01):21-22.

[13] 陈成林, 黄志焰. 发电机转子接地的危害及预防[J]. 小水电, 2001(4):43-45.

[14] 朱跃亮. 水轮发电机转子绝缘下降原因分析及处理[J]. 华电技术, 2010, 32(10):37-39.

[15] 陈俊, 王光, 严伟,等. 关于发电机转子接地保护几个问题的探讨[J]. 电力系统自动化, 2008, 32(1):90-92.

[16] 邵红权. 转子一点接地保护误发信号原因分析[J]. 电力系统保护与控制, 2004, 32(6):60-64.

[17] 王维俭. 电气主设备继电保护原理与应用[M]. 中国电力出版社, 1996.

[18] 高石炳, 李春雨. 发电机转子接地故障的危害及预防和处理[J]. 山西水利科技, 2000(01):84-85.

Analysis and Treatment for Dynamic Grounding Fault of Generator Roto

ZHAO Yongjun

(Yunan Electric Power Technology CO., Ltd., Kunming 650000, China)

In this paper, taking a hydroelectric generator rotor dynamic ground fault as an example, by measuring the rotor voltage distribution and combined with the relevant test data, the ground fault location is accurately found. The results show that fault location can be located quickly according to the rotor voltage distribution, which can greatly improve the fault search efficiency.

hydro-generator; rotor; dynamic earth fault; analytical processing

TM307+.1

B

1000-3983(2017)05-0055-03

2016-08-17

赵勇军（1987-），2010年毕业于河南理工大学电气工程及其自动化专业，现从事电气设备高压试验及故障诊断工作，助理工程师。