張 鑫（甘肅電投炳靈水電開發(fā)有限責(zé)任公司，甘肅省臨夏州永靖縣731600）

燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)一點(diǎn)接地故障的分析與處理

張 鑫（甘肅電投炳靈水電開發(fā)有限責(zé)任公司，甘肅省臨夏州永靖縣731600）

炳靈水電廠安裝有五臺(tái)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)是水電廠的重要設(shè)備，當(dāng)發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地時(shí)，應(yīng)盡快排查處理，避免事故擴(kuò)大，不但造成企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文針對(duì)該廠一臺(tái)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)發(fā)生在轉(zhuǎn)子磁極上轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)一點(diǎn)接地故障的現(xiàn)象，敘述其排查處理過程，對(duì)此類故障的檢查處理起到借鑒作用。

發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子；動(dòng)態(tài)一點(diǎn)接地；乒乓式

引言

炳靈水電廠位于甘肅省永靖縣與積石山縣交界處黃河干流寺溝峽峽谷進(jìn)口以下 12.5km處，上距大河家水電廠29.5km，下距劉家峽水電廠44.5km。炳靈水電廠總裝機(jī)容量為240MW，安裝有5臺(tái)設(shè)計(jì)單機(jī)容量為48MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)，由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)，型號(hào)為SFG48-56/6700，發(fā)電機(jī)額定電壓13.8KV。勵(lì)磁系統(tǒng)采用廣州電氣科學(xué)研究院研發(fā)的FJL-4GAI-PADE2B型微機(jī)靜止可控硅勵(lì)磁，具有響應(yīng)速度快、電壓波形平穩(wěn)的特點(diǎn)，額定電流2113.9A，額定勵(lì)磁電壓294V，額定勵(lì)磁電流1259A，空載勵(lì)磁電壓124.4V，空載勵(lì)磁電流756.1A。機(jī)組保護(hù)裝置采用深圳南瑞科技有限公司研發(fā)的PRS-785A3微機(jī)發(fā)變組保護(hù)裝置，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)采用乒乓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)原理。

1 故障情況

出現(xiàn)故障的機(jī)組為炳靈水電廠1號(hào)機(jī)組。2015年10月22日1號(hào)發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中保護(hù)裝置報(bào)警機(jī)組轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地，隨后便復(fù)歸，當(dāng)值值長下令停機(jī)，檢修人員隨后檢查保護(hù)裝置板件、勵(lì)磁回路并測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣，打開風(fēng)動(dòng)檢查轉(zhuǎn)子引線均正常，重新開機(jī)，保護(hù)裝置無告警及異常。1號(hào)發(fā)電機(jī)運(yùn)行至2016年9月8日，保護(hù)裝置頻繁報(bào)警機(jī)組轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地。機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下，從滅磁開關(guān)FMK下端使用共立3125數(shù)字式絕緣表500V檔測量1號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子正極對(duì)地絕緣電阻65.2MΩ，負(fù)極對(duì)地絕緣電阻57.9MΩ。大于1MΩ即可開機(jī)，至空轉(zhuǎn)態(tài)，測量轉(zhuǎn)子正極對(duì)地絕緣電阻0MΩ，負(fù)極對(duì)地絕緣電阻0MΩ。

2 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的危害

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓有幾百伏特，勵(lì)磁電纜正負(fù)極對(duì)地電壓約為勵(lì)磁電壓的一半，轉(zhuǎn)子繞組及勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)地是絕緣的。但發(fā)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，極易發(fā)生一點(diǎn)接地故障。發(fā)生一點(diǎn)接地后，無電流流過故障點(diǎn)，不形成電流通路，勵(lì)磁電流仍保持正常，對(duì)發(fā)電機(jī)并無直接危害，但轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地已產(chǎn)生電壓。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)電壓出現(xiàn)較大值，可能將勵(lì)磁回路中其他絕緣薄弱的地方擊穿，極易造成另外一點(diǎn)接地，形成轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地短路，一部分勵(lì)磁繞組被短接。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)不同位置的兩點(diǎn)接地或匝間短路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，可能會(huì)燒傷勵(lì)磁繞組以及轉(zhuǎn)子本體。同時(shí)由于部分轉(zhuǎn)子繞組被短路，使氣隙磁場不均勻或發(fā)生畸變，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所受的電磁轉(zhuǎn)矩不均勻造成發(fā)電機(jī)振動(dòng)，損壞發(fā)電機(jī)，兩點(diǎn)接地導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷停機(jī)，影響電網(wǎng)穩(wěn)定和電能質(zhì)量，造成經(jīng)濟(jì)損失。

3 故障分析及處理

3.1 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地乒乓原理

傳統(tǒng)的電橋式保護(hù)在勵(lì)磁繞組的中部接地時(shí)有死去，所以本廠發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置采用“乒乓式”原理做到無死區(qū)的勵(lì)磁繞組接地保護(hù)。

采用乒乓式開關(guān)切換原理，通過求解兩個(gè)不同的接地回路方程，實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)子接地電阻和接地位置。原理圖見圖1。其中，S1、S2為由微機(jī)控制的靜態(tài)聯(lián)動(dòng)電子開關(guān)，Rf為勵(lì)磁繞組接地電阻，α為接地點(diǎn)位置，E為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁直流電動(dòng)勢(shì)（考慮到E的變化，新的勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)用E′表示）。

圖1 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)切換采樣原理接線圖

當(dāng)S1閉合、S2斷開時(shí)（狀態(tài)1），測得E和R1上的電勢(shì)U1；當(dāng)S1斷開、S2閉合時(shí)（狀態(tài)2），測得E′和R1上的電勢(shì)U2；由這兩種狀態(tài)列出回路方程可求出接地電阻Rf的接地位置α的值。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地判據(jù)為：Rf

3.2 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障分析

炳靈水電廠出現(xiàn)過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障報(bào)警，根據(jù)機(jī)組特點(diǎn)，形成轉(zhuǎn)子接地故障報(bào)警的可能性有：

（1）轉(zhuǎn)子磁極松動(dòng)，在轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)離心力的作用下，轉(zhuǎn)子磁極接觸到擋風(fēng)板引起接地。

（2）轉(zhuǎn)子滑環(huán)、端部、引線等部位絕緣損壞引起接地。

（3）長期運(yùn)行絕緣老化，因雜物或振動(dòng)使轉(zhuǎn)子部分匝間絕緣墊片產(chǎn)生位移，使轉(zhuǎn)子繞組絕緣局部過熱老化引起接地。

（4）集電環(huán)和碳刷之間，由于碳粉積累造成集電環(huán)對(duì)地絕緣部分爬電引起接地。

（5）磁極連接線外包絕緣破損，形成與磁軛壓緊螺桿間的金屬性接地故障。

（6）勵(lì)磁引線外包絕緣破損，其對(duì)地絕緣降低或勵(lì)磁引線與滑環(huán)連接處因碳粉污垢造成絕緣降低。

3.3 轉(zhuǎn)子接地故障處理

根據(jù)炳靈水電廠發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地故障點(diǎn)的分析，在1號(hào)機(jī)組停機(jī)后根據(jù)保護(hù)裝置顯示情況，重點(diǎn)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)碳刷、磁極電纜及接頭、勵(lì)磁引線、磁極進(jìn)行重點(diǎn)檢查，均未能發(fā)現(xiàn)有絕緣破損及爬電現(xiàn)象，吹掃勵(lì)磁滑環(huán)、碳刷及大軸接地碳刷衛(wèi)生。而后1號(hào)機(jī)開機(jī)仍報(bào)“發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地”故障，測量轉(zhuǎn)子正極對(duì)地絕緣電阻0MΩ，負(fù)極對(duì)地絕緣電阻0MΩ。

機(jī)組空轉(zhuǎn)狀態(tài)下，從滅磁開關(guān)FMK下端使用指針式萬用表，測量轉(zhuǎn)子正負(fù)極直流電阻約為1Ω，正極對(duì)地直流電阻約為2.3Ω，負(fù)極對(duì)地直流電阻約為2.3Ω。

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜零起升壓，至發(fā)電機(jī)額定電壓的40%時(shí)，從滅磁開關(guān)FMK下端使用勝利VC890C+數(shù)字萬用表測量轉(zhuǎn)子直流電壓，正負(fù)極電壓約為38.08V，正極對(duì)地電壓約為27.3V，負(fù)極對(duì)地電壓約為10.3V。使用指針式萬用表測量正負(fù)極電壓約為39V，正極對(duì)地電壓約為28V，負(fù)極對(duì)地電壓約為13V。集電環(huán)處使用數(shù)字萬用表測量轉(zhuǎn)子直流電壓，正負(fù)極電壓約為36.9V，正極對(duì)地電壓約為26V，負(fù)極對(duì)地電壓約為8.6V。使用指針式萬用表測量正負(fù)極電壓約為39V，正極對(duì)地電壓約為28V，負(fù)極對(duì)地電壓約為12V。

停機(jī)后，從滅磁開關(guān)FMK下端測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子正負(fù)極直流電阻約為0.25Ω，正極對(duì)地電阻13.98KΩ，負(fù)極對(duì)地電阻13.98KΩ。使用指針式萬用表，正負(fù)極直流電阻約為1Ω，正極對(duì)地直流電阻約為900Ω，負(fù)極對(duì)地直流電阻約為900Ω。

根據(jù)測量數(shù)據(jù)，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，正極數(shù)第40塊磁極，負(fù)極數(shù)第17塊磁極，分別浮動(dòng)誤差兩塊。

檢查未發(fā)現(xiàn)異常。人員在正極數(shù)第40塊磁極處觀察，使用共立3125數(shù)字式絕緣表500V檔測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子正極對(duì)地絕緣電阻 56.7MΩ，1000V檔測量 55.5MΩ，2500V檔測量0MΩ，但能聽到正極數(shù)第40～43塊磁極間有“噼啪”放電聲音。

多次反復(fù)點(diǎn)擊試驗(yàn)，最終確定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架下端正極數(shù)第42～43塊磁極中間嵌入長12cm，寬4cm薄銅片，將其取出。數(shù)字式絕緣表2500V檔對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子正極母排點(diǎn)擊，瞬間值達(dá)28～35MΩ。500V檔測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子正極對(duì)地絕緣電阻56.8MΩ。開機(jī)至空轉(zhuǎn)態(tài)，數(shù)字式絕緣表500V檔測量1#發(fā)電機(jī) 1F轉(zhuǎn)子正極對(duì)地絕緣電阻 56.8MΩ，1000V檔測量55.8MΩ，轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)一點(diǎn)接地已消除。

4 結(jié)語

轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)一點(diǎn)接地故障不是永久性故障，并未對(duì)發(fā)電機(jī)造成大的傷害，若任由其發(fā)展出現(xiàn)兩點(diǎn)接地，將嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的安全。查找起來較麻煩，必須先確認(rèn)勵(lì)磁電纜、滑環(huán)、碳刷等是否存在問題。如果是轉(zhuǎn)子磁極上的問題，利用電壓法計(jì)算出大致位置后詳細(xì)檢查。在發(fā)現(xiàn)缺陷后，還應(yīng)再仔細(xì)檢查是否存在其他問題。還可以使用單相調(diào)壓器、電流表加1～3A電流，用數(shù)字萬用表測量單個(gè)磁極對(duì)地電壓，當(dāng)測量值為零時(shí)，該磁極即為接地處。總之，查找方法是多樣的，應(yīng)根據(jù)不同機(jī)型特點(diǎn)、接地故障現(xiàn)象不同，使用方法妥當(dāng)，設(shè)備正確，不難排除故障。

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2095-2066（2016）32-0118-02

2016-11-3