一例發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動態(tài)接地故障的查找及處理

柯 林

（天生橋二級水力發(fā)電有限公司，貴州 興義562400）

1 序言

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路一點接地時，因一點接地不形成電流回路，接地點無電流通過，勵磁系統(tǒng)仍保持正常狀態(tài)，故不影響機(jī)組的正常運行[1]。但是此時存在很大的安全隱患，特別是對于水輪發(fā)電機(jī)，因為一般水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子直徑較大，定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙較小，此時，若發(fā)生兩點接地，產(chǎn)生的單邊磁拉力可能使發(fā)電機(jī)振動值急劇增大，不僅超過允許數(shù)值，甚至?xí)斐赊D(zhuǎn)子擦傷定子鐵心的故障[2]，因此水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點接地故障后應(yīng)及時檢查處理。

2 故障現(xiàn)象

2017年6月18 日，某電站水輪發(fā)電機(jī)在開機(jī)空轉(zhuǎn)過程中，保護(hù)裝置發(fā)“轉(zhuǎn)子一點接地故障信號”，且信號不能復(fù)歸，隨后機(jī)組停機(jī)轉(zhuǎn)檢修，對轉(zhuǎn)子一點接地故障進(jìn)行排查，發(fā)電機(jī)型號為SF40-12/4250，額定容量40MW，額定電壓10.5kV，額定轉(zhuǎn)速500r/min，磁極對數(shù)6對，發(fā)電機(jī)保護(hù)采用南瑞RCS-985RS/SS型微機(jī)保護(hù)裝置，轉(zhuǎn)子一點接地保護(hù)整定值為20kΩ，開機(jī)空轉(zhuǎn)前測量轉(zhuǎn)子回路絕緣電阻為27MΩ。做好安措后，首先是拆除滅磁開關(guān)側(cè)勵磁電纜，測量轉(zhuǎn)子繞組帶勵磁電纜的絕緣電阻值為24MΩ，同時對保護(hù)裝置進(jìn)行了檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常，恢復(fù)滅磁開關(guān)側(cè)勵磁電纜，再次開機(jī)空轉(zhuǎn)，在機(jī)組轉(zhuǎn)速到達(dá)92%額定轉(zhuǎn)速時，保護(hù)裝置再次發(fā)“轉(zhuǎn)子一點接地故障信號”，且信號不能復(fù)歸，保護(hù)裝置顯示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速到達(dá)58%額定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子絕緣電阻值隨轉(zhuǎn)速上升而下降，在轉(zhuǎn)速上升到92%額定轉(zhuǎn)速時保護(hù)裝置發(fā)轉(zhuǎn)子一點接地信號。

3 接地點查找方法

根據(jù)保護(hù)裝置顯示轉(zhuǎn)子絕緣電阻值在發(fā)電機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子絕緣電阻值隨轉(zhuǎn)速上升而下降這種情況判斷，轉(zhuǎn)子可能存在與轉(zhuǎn)速有關(guān)的動態(tài)接地故障，因此按照與轉(zhuǎn)速有關(guān)的動態(tài)接地進(jìn)行查找。

3.1 接地點定位

首先，將機(jī)組開機(jī)空轉(zhuǎn)，在機(jī)組轉(zhuǎn)速到達(dá)93%額定轉(zhuǎn)速時，保護(hù)裝置發(fā)“轉(zhuǎn)子一點接地故障信號”，繼續(xù)空轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速后，進(jìn)行發(fā)電機(jī)手動零起升壓，當(dāng)電壓升到發(fā)電機(jī)額定電壓時，測量轉(zhuǎn)子正極對負(fù)極電壓V為47.7V，正極對轉(zhuǎn)子大軸電壓V1為7.8V，負(fù)極對轉(zhuǎn)子大軸電壓V2為39.4V，定義正極引線連接的磁極為1號磁極，負(fù)極引線連接的磁極為12號磁極，測量完成后，機(jī)組停機(jī)轉(zhuǎn)檢修。

圖1 轉(zhuǎn)子電壓測量圖

當(dāng)接地點的電阻R遠(yuǎn)小于電壓表的內(nèi)阻時，可用公式n=2pV1/（V1+V2）計算接地磁極號，式中n為轉(zhuǎn)子接地磁極號，p為轉(zhuǎn)子磁極對數(shù)[3]，計算n=2×6×7.8÷（7.8+39.4）=1.98，初步判斷接地點位于第2個磁極。

3.2 接地點查找

拆除發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁引線及碳刷，拆除2號磁極與3號磁極之間的磁極引線連接板，測量正極絕緣電阻為25MΩ，負(fù)極絕緣電阻為457MΩ，判斷接地點位于正極引線及第1號、第2號磁極。

拆除1號磁極與2號磁極之間的磁極引線連接板，在拆除磁極引線連接板的過程中，發(fā)現(xiàn)連接螺桿絕緣筒套有破損的情況，在拆除破損連接螺桿的情況下，測量正極引線及第1號磁極絕緣電阻為487MΩ，2號磁極絕緣電阻為695MΩ，確定接地故障點位于1號磁極與2號磁極引線連接位置，現(xiàn)場檢查4顆穿心螺桿絕緣套均有不同程度的損壞，其中一顆絕緣套損壞比較嚴(yán)重，接地原因是由于連接螺桿絕緣套損壞引起。

圖2 磁極引線連接螺桿絕緣套損壞

圖3 磁極引線連接裝配圖

4 處理情況

由于沒有磁極連接螺桿絕緣套的備件，采用現(xiàn)場加工，用絕緣棒加工一個與原絕緣套高度一樣，內(nèi)外徑相同的新絕緣套，把磁極連接螺桿上的絕緣附著物清理干凈，將新加工的絕緣套套在螺桿上，然后用環(huán)氧樹脂填充絕緣套與螺桿之間的氣隙，處理完成后，測量轉(zhuǎn)子絕緣電阻為377MΩ，開機(jī)空轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子一點接地保護(hù)未動作，轉(zhuǎn)子運行正常。

圖4 處理前的連接螺桿及絕緣套

圖5 處理后的連接 螺桿及絕緣套

5 原因分析

機(jī)組進(jìn)行過速試驗時，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的離心力導(dǎo)致磁極引線連接螺桿的絕緣夾件偏移致絕緣套破裂，但引線未與連接螺桿直接接觸，故轉(zhuǎn)子靜態(tài)時絕緣正常，在開機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的離心力持續(xù)使引線對螺桿的絕緣套進(jìn)行擠壓，擠壓力度隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大，最終導(dǎo)致引線與螺桿接觸，出現(xiàn)轉(zhuǎn)子動態(tài)一點接地故障[4]。

6 結(jié)語

在水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動態(tài)一點接地故障查找中，如果轉(zhuǎn)子繞組的接地僅與轉(zhuǎn)速變化有關(guān)時，采用直流壓降法查找接地故障點是比較實用的，將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至接地轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)子兩端加直流電流，分別測量轉(zhuǎn)子兩端電壓、轉(zhuǎn)子正極對大軸電壓和轉(zhuǎn)子負(fù)極對大軸電壓，根據(jù)所測電壓值計算接地位置[5]，直流電流的獲取可以利用發(fā)電機(jī)本身的勵磁電流，采用發(fā)電機(jī)零起升壓的方式給轉(zhuǎn)子提供直流電流，采取這種方式可以有效減少故障排查時間及工作量，非常適合現(xiàn)場使用。