發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障分析與處理

代小兵

(內(nèi)蒙古蘭太熱電廠，內(nèi)蒙古 阿拉善 750336)

發(fā)電機(jī)在長期運(yùn)行過程中，由于轉(zhuǎn)子受潮、絕緣老化以及機(jī)械振動等諸多方面的原因，容易造成轉(zhuǎn)子對地絕緣水平的降低進(jìn)而引發(fā)轉(zhuǎn)子接地故障。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，因?yàn)橐稽c(diǎn)接地不形成電流回路，故障點(diǎn)無電流通過，勵磁機(jī)繼續(xù)保持正常狀態(tài)，對發(fā)電機(jī)不會造成直接的危害，故不影響機(jī)組的正常運(yùn)行。接地故障對地電壓降低，非故障對地電壓升高；當(dāng)發(fā)生金屬性接地時(shí)，接地極的電壓為零，非故障極電壓升高為轉(zhuǎn)子電壓。

1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的危害

(1)破壞發(fā)電機(jī)氣隙磁場的對稱性， 使氣隙磁場發(fā)生畸變，氣隙磁通失去平衡，引起發(fā)電機(jī)劇烈振動，使電機(jī)損壞、無功出力降低。汽輪發(fā)電機(jī)勵磁回路兩點(diǎn)接地還可引起軸系和汽機(jī)磁化，后果嚴(yán)重。

若裝有橫差保護(hù)，還會引起其誤動，因此，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動作后要將橫差保護(hù)加上一個(gè)短的延時(shí)，防止誤動。

(2)兩點(diǎn)接地造成非短路的繞組電流增大，如果流過轉(zhuǎn)子本體的短路電流大 ( 通常以1 500 A為界限 )，熱效應(yīng)燒損轉(zhuǎn)子的同時(shí)還會使轉(zhuǎn)子發(fā)生緩慢變形，造成偏心增大，加劇振動。另外，還可能損壞其他勵磁裝置，導(dǎo)致失磁故障，危及發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)的安全。為確保發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，應(yīng)發(fā)出信號，運(yùn)行人員立刻進(jìn)行處理;若發(fā)生兩點(diǎn)接地應(yīng)立即停止發(fā)電機(jī)的運(yùn)行。因此， 發(fā)電機(jī)裝設(shè)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地和兩點(diǎn)接地保護(hù)是非常必要的。

2 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的現(xiàn)象

發(fā)電機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地時(shí)，總控單元后臺發(fā)信報(bào)警，“發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地”警鈴響起，表計(jì)指示無異常。轉(zhuǎn)子回路一點(diǎn)接地時(shí)未形成電流回路，發(fā)生的故障接地點(diǎn)沒有電流過，勵磁機(jī)和發(fā)電機(jī)均正常運(yùn)行。此時(shí)，運(yùn)行人員遵循操作規(guī)則執(zhí)行檢查 “轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地”保護(hù)信號是否能夠復(fù)歸。 若能復(fù)歸，則為瞬時(shí)接地 ;若不能復(fù)歸， 應(yīng)檢查轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)是否正常，經(jīng)運(yùn)行人員對發(fā)電機(jī)保護(hù)屏總復(fù)歸按鈕進(jìn)行復(fù)歸后信號消失未再報(bào)警。通過萬用表測量轉(zhuǎn)子正、負(fù)極對地電壓均為51 V， 查看保護(hù)裝置內(nèi)測量轉(zhuǎn)子電壓正負(fù)極電壓為102 V,a=50%,接地位置未發(fā)生變化、轉(zhuǎn)子電壓正負(fù)級測量均顯示正常。初步可判斷為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為瞬時(shí)接地。鑒定是否發(fā)生了接地，某極對地電壓降到零，另一極對地電壓升至全電壓(正、負(fù)極之間的電壓值)，說明確實(shí)發(fā)生一點(diǎn)接地。

3 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障分析

(1)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高，機(jī)械應(yīng)力大，承受的電負(fù)荷又重，因此勵磁機(jī)的繞組絕緣易受破壞。另外，由于轉(zhuǎn)子的滑環(huán)和電刷的高速運(yùn)動，使電刷磨損較大，磨下來的碳粉聚集在滑環(huán)和刷架上加之有其他的粉塵，使該處絕緣電阻降低，造成了轉(zhuǎn)子絕緣下降發(fā)生直接接地故障。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地后不會產(chǎn)生短路電流，但接地后，作用在勵磁機(jī)繞組對地絕緣電壓有所增加，容易引起絕緣薄弱點(diǎn)的擊穿造成兩點(diǎn)接地。

(2)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)采用切換原理，工作電路圖如圖1。

圖1 工作電路圖Fig.1 Working circuit diagram

切換圖中的S1、S2電子開關(guān)，得到相應(yīng)的回路方程，通過求解，可得到轉(zhuǎn)子的接地電阻Rg,接地位置a。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地設(shè)有兩段動作值，靈敏段動作于報(bào)警，普通段可動作于信號也可動作于跳閘。

(3)勵磁回路對地絕緣情況。利用直流電壓方法測量正負(fù)極之間的電壓U+-，正對地電壓U+，負(fù)對地電壓U-，利用公式：

計(jì)算出勵磁回路絕緣電阻。根據(jù)以上公式可得如下結(jié)論：

U++U-=轉(zhuǎn)子電壓，R=0，勵磁回路有一點(diǎn)金屬接地。

U++U->0或<轉(zhuǎn)子電壓；R絕緣電阻下降。

U+>U-，接地點(diǎn)越靠近負(fù)極；U+

U-=0，絕緣降低點(diǎn)就在負(fù)極或負(fù)極頭幾匝線圈上；U+=0，絕緣降低點(diǎn)就在正極或正極的頭幾匝線圈。

軸電壓的測量檢查油膜電壓及軸承對地絕緣情況。軸電壓是指發(fā)電機(jī)在全速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩側(cè)形成的電位差，軸電壓的幅值過大時(shí)，軸承油膜將被破壞。在軸承對地絕緣不良的情況下，軸電壓產(chǎn)生的電流會引起軸頸表面和軸瓦的電燒傷，因此對軸電壓進(jìn)行測量，檢查軸承對地絕緣是十分有必要的。

測量發(fā)電機(jī)軸電壓時(shí)，簡易的軸系統(tǒng)見圖2(a)。在測量軸電壓時(shí)，可將軸電壓理解成一電勢E，將油膜理解成等值可變電阻RL(勵側(cè))和RC(汽側(cè))，將軸瓦對地絕緣墊理解成絕緣電阻RJ，則測量軸電壓的等效電路圖如圖2(b)。

圖2 軸系統(tǒng)及軸電壓Fig.2 Shaft system and shaft voltage

測量方法：

①用高內(nèi)阻電壓表測量軸二端電壓即bc點(diǎn)電壓，得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸電壓U1。

②將發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)側(cè)油膜短接(即ab點(diǎn)短接)，將發(fā)電機(jī)汽機(jī)側(cè)油膜短接(即cd點(diǎn)短接)；用電壓表測量發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)側(cè)軸瓦對地電壓即ae點(diǎn)電壓U2，可檢測絕緣墊對地絕緣情況，當(dāng)U2

③取下勵磁機(jī)側(cè)短接線，測ae點(diǎn)電壓，得U2′，將U1—U2′得勵磁機(jī)側(cè)油膜壓降。

④同理，取下汽機(jī)側(cè)短接線，接上勵磁機(jī)側(cè)短接線，測ae點(diǎn)電壓，得U2″，將U1—U2″得汽機(jī)側(cè)油膜壓降。

4 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障的處理

通過對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的原理、勵磁機(jī)回路對地絕緣情況分析及軸電壓的測量、軸承對地的絕緣情況分析比較，運(yùn)行人員將轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地報(bào)警信號復(fù)歸后，配合電氣專業(yè)工作人員首先對發(fā)電機(jī)、勵磁機(jī)逐項(xiàng)排查處理，勵磁機(jī)四周未發(fā)現(xiàn)異常情況，轉(zhuǎn)子接地碳刷接觸良好，轉(zhuǎn)子電壓均顯示正常，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)勵磁濾網(wǎng)護(hù)罩內(nèi)電刷磨損下來的碳粉集聚在金屬濾網(wǎng)護(hù)罩上，在保證人身和設(shè)備安全的前提下及時(shí)對勵磁機(jī)濾網(wǎng)碳粉進(jìn)行清理，清理過程中防止再次發(fā)生瞬間接地故障，碳粉清理采取間斷性清理。

通過側(cè)臉勵磁機(jī)回路正對地、負(fù)對地的電壓均很小，證明勵磁回路絕緣阻值R很大，對地絕緣良好，可排除勵磁機(jī)回路對地絕緣不良故障。

通過對軸電壓的測量數(shù)值在合格范圍，查看軸瓦內(nèi)部油的檢測報(bào)告，油質(zhì)合格。

5 故障處理經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

(1)制定發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)尾部碳粉積灰清理，按照維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃開展定期檢查清掃工作。

(2)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)經(jīng)常測量勵磁回路對地絕緣電阻，其阻值不低于0.5 MΩ，定期采用氣源管吹掃可能因污染其他的原因而接地部位。

(3)發(fā)電機(jī)起立升壓過程中定期切換勵磁機(jī)A/B套勵磁機(jī)裝置，保證A/B套勵磁機(jī)裝置在故障時(shí)無擾動進(jìn)行自動切換。

(4)加強(qiáng)對發(fā)電機(jī)接地碳刷的日常維護(hù)檢查，定期檢查發(fā)動機(jī)大軸接地碳刷的壓力和磨損情況、清理大軸上的油污，保證大軸可靠接地從而消除轉(zhuǎn)子上由葉片產(chǎn)生的靜電荷。

(5)啟機(jī)前對勵磁機(jī)座所襯墊的絕緣墊與勵磁機(jī)殼體、螺栓進(jìn)行絕緣遙測。

(6)加強(qiáng)電氣運(yùn)行人員對發(fā)電機(jī)故障時(shí)的應(yīng)急處置能力的先關(guān)培訓(xùn)學(xué)習(xí)。