一例发电机转子动态接地故障的查找及处理

柯 林

（天生桥二级水力发电有限公司，贵州 兴义562400）

1 序言

发电机转子回路一点接地时，因一点接地不形成电流回路，接地点无电流通过，励磁系统仍保持正常状态，故不影响机组的正常运行[1]。但是此时存在很大的安全隐患，特别是对于水轮发电机，因为一般水轮发电机的转子直径较大，定、转子之间的气隙较小，此时，若发生两点接地，产生的单边磁拉力可能使发电机振动值急剧增大，不仅超过允许数值，甚至会造成转子擦伤定子铁心的故障[2]，因此水轮发电机出现转子一点接地故障后应及时检查处理。

2 故障现象

2017年6月18 日，某电站水轮发电机在开机空转过程中，保护装置发“转子一点接地故障信号”，且信号不能复归，随后机组停机转检修，对转子一点接地故障进行排查，发电机型号为SF40-12/4250，额定容量40MW，额定电压10.5kV，额定转速500r/min，磁极对数6对，发电机保护采用南瑞RCS-985RS/SS型微机保护装置，转子一点接地保护整定值为20kΩ，开机空转前测量转子回路绝缘电阻为27MΩ。做好安措后，首先是拆除灭磁开关侧励磁电缆，测量转子绕组带励磁电缆的绝缘电阻值为24MΩ，同时对保护装置进行了检查，均未发现异常，恢复灭磁开关侧励磁电缆，再次开机空转，在机组转速到达92%额定转速时，保护装置再次发“转子一点接地故障信号”，且信号不能复归，保护装置显示转子转速到达58%额定转速时，转子绝缘电阻值随转速上升而下降，在转速上升到92%额定转速时保护装置发转子一点接地信号。

3 接地点查找方法

根据保护装置显示转子绝缘电阻值在发电机达到一定转速后，转子绝缘电阻值随转速上升而下降这种情况判断，转子可能存在与转速有关的动态接地故障，因此按照与转速有关的动态接地进行查找。

3.1 接地点定位

首先，将机组开机空转，在机组转速到达93%额定转速时，保护装置发“转子一点接地故障信号”，继续空转到额定转速后，进行发电机手动零起升压，当电压升到发电机额定电压时，测量转子正极对负极电压V为47.7V，正极对转子大轴电压V1为7.8V，负极对转子大轴电压V2为39.4V，定义正极引线连接的磁极为1号磁极，负极引线连接的磁极为12号磁极，测量完成后，机组停机转检修。

图1 转子电压测量图

当接地点的电阻R远小于电压表的内阻时，可用公式n=2pV1/（V1+V2）计算接地磁极号，式中n为转子接地磁极号，p为转子磁极对数[3]，计算n=2×6×7.8÷（7.8+39.4）=1.98，初步判断接地点位于第2个磁极。

3.2 接地点查找

拆除发电机转子励磁引线及碳刷，拆除2号磁极与3号磁极之间的磁极引线连接板，测量正极绝缘电阻为25MΩ，负极绝缘电阻为457MΩ，判断接地点位于正极引线及第1号、第2号磁极。

拆除1号磁极与2号磁极之间的磁极引线连接板，在拆除磁极引线连接板的过程中，发现连接螺杆绝缘筒套有破损的情况，在拆除破损连接螺杆的情况下，测量正极引线及第1号磁极绝缘电阻为487MΩ，2号磁极绝缘电阻为695MΩ，确定接地故障点位于1号磁极与2号磁极引线连接位置，现场检查4颗穿心螺杆绝缘套均有不同程度的损坏，其中一颗绝缘套损坏比较严重，接地原因是由于连接螺杆绝缘套损坏引起。

图2 磁极引线连接螺杆绝缘套损坏

图3 磁极引线连接装配图

4 处理情况

由于没有磁极连接螺杆绝缘套的备件，采用现场加工，用绝缘棒加工一个与原绝缘套高度一样，内外径相同的新绝缘套，把磁极连接螺杆上的绝缘附着物清理干净，将新加工的绝缘套套在螺杆上，然后用环氧树脂填充绝缘套与螺杆之间的气隙，处理完成后，测量转子绝缘电阻为377MΩ，开机空转至额定转速，转子一点接地保护未动作，转子运行正常。

图4 处理前的连接螺杆及绝缘套

图5 处理后的连接 螺杆及绝缘套

5 原因分析

机组进行过速试验时，转子产生的离心力导致磁极引线连接螺杆的绝缘夹件偏移致绝缘套破裂，但引线未与连接螺杆直接接触，故转子静态时绝缘正常，在开机转子转动时，产生的离心力持续使引线对螺杆的绝缘套进行挤压，挤压力度随着转速的增加而增大，最终导致引线与螺杆接触，出现转子动态一点接地故障[4]。

6 结语

在水轮发电机转子动态一点接地故障查找中，如果转子绕组的接地仅与转速变化有关时，采用直流压降法查找接地故障点是比较实用的，将转子旋转至接地转速，在转子两端加直流电流，分别测量转子两端电压、转子正极对大轴电压和转子负极对大轴电压，根据所测电压值计算接地位置[5]，直流电流的获取可以利用发电机本身的励磁电流，采用发电机零起升压的方式给转子提供直流电流，采取这种方式可以有效减少故障排查时间及工作量，非常适合现场使用。