一起发电机转子一点接地故障的原因分析及处理

一起发电机转子一点接地故障的原因分析及处理

刘金亮

江西大唐国际抚州发电有限责任公司，江西省 抚州市，344128

摘要:运行中发电机发生一点接地故障不会对发电机造成危害，但必须及时处理。结合某电厂1号机组发电机转子一点接地实际案例，从故障表象并结合电气试验、仿真分析，分析转子一点接地报警原因，给出现场检查处理的方法，提出预控措施。

关键词：发电机、转子一点接地

前言

发电机转子接地分为一点接地和两点接地。转子接地有瞬时接地、断续接地、永久接地之分，也有内部接地和外部接地，金属性接地和电阻性接地之分。发电机转子发生一点接地对发电机不会造成危害，若发展为两点接地后，会使一部分绕组短路，由于电阻减小，所以另一部分绕组电流增加，破坏了发电机气隙磁场的对称性，引起发电机剧烈震动，同时无功出力降低；如果电流较大，可能烧坏转子和汽轮机轴系、叶片等部件被磁化；由于转子本体局部通过电流，引起局部发热，使转子缓慢变形而偏心，进一步加剧振动。下面结合某发电公司1号机组转子接地报警故障为例，对转子接地保护装置的原理、发生报警的原因及故障查找处理方法、预控措施进行分析介绍。

1机组运行概况

1号汽轮发电机为WX18Z-054LLT型三相交流同步汽轮发电机，冷却方式为水氢氢，即定子绕组水内冷，定子铁芯及端部结构件氢气表面冷却，转子绕组气隙取气氢内冷冷却方式。励磁调节器型号为WBF8-5G。发电机转子接地保护装置为7UM6X型双端注入式发电机转子接地保护装置。

2事件概况

某发电公司60MW无刷励磁机组，其励磁机电枢绕组通过二极管整流桥全波整流为发电机提供励磁电流。励磁机励磁回路处于静止状态，其励磁电源由励磁调节器输出，励磁系统可控硅的交流电源由厂用电提供。

励磁机输出旋转二极管整流桥为三相全波整流，每组5个整流二极管，二极管正负并联阻容吸收回路。

3 事件经过

某发电公司1号汽机发电机在带负荷运行后，发电机转子一点接地保护动作于报警，经现场检查，保护装置运行正常，复位后，报警依然存在。保护装置显示的转子绕组对地泄漏电流为68mA~73mA，远大于机组报警设定值10mA。

机组在20MW负荷时，转子绕组正极对地电压50V，负极对地电压35V。

机组在30MW负荷时，转子绕组正极对地电压53V，负极对地电压42V。

机组在60MW负荷时，转子绕组正极对地电压83V，负极对地电压77V。

机组在升负荷过程中，转子一点接地保护报警短暂消失，持续时间为10分钟，此时保护装置泄漏电流值为6mA。发电机转子两点接地保护为ZD-9装置，一点接地后投入，但无法找到平衡，导致两点接地保护无法投入。

机组正常解列停机，利用250V摇表对转子正负极绕组连同励磁机进行对地绝缘测试，在3000rpm~1500rpm期间，转子连同励磁机对地绝缘均无法建立，绝缘电阻为0MΩ；在1200~0rpm期间，转子连同励磁机对地绝缘为7.3MΩ。后用500V摇表进行测试，转子连同励磁机对地绝缘为4.0MΩ。

转子一点接地报警后用录波器对转子绕组正负极对地电压波形进行检查，转子绕组正极对地直流电压78.5V，负极对地直流电压81.0V，正负对地电压波形呈现交替过零脉动变化现象，转子正负对地电压频率分别为199.8Hz，200.0Hz。

4 原因分析

转子一点接地报警一般分为两种情况，一种是转子绕组侧一点接地，另一种是整流器交流侧一点接地。

4.1机理分析

在正常运行情况下，发电机转子绕组回路与地电位绝缘（切除注入式转子接地保护），回路未设计地电位测试端子，如果用万用表测量，显示的不是一个固定的值，且每次测量的结果不同。因此，如果用万用表分别测量转子正、负对地电压，且其为稳定的电压值时，即表明该发电机存在转子接地异常；如果是整流桥交流侧接地，接地点与发电机转子之间也会形成回路，用万用表测量时也会有稳定的电压存在，两种接地情况分析过程如下：

4.1.1 转子绕组侧接地

图1是转子绕组接地等效电路图。其中R1、R2分别是接地点至转子正、负极之间的电阻值，Rg是转子接地电阻值，设转子电压为U，正对地电压为U+，负对地电压为U-，由于转子是一点接地，励磁回路与地之间未形成电流回路，Rg上无电位差，则U+为转子电流在R1上形成的电压降，U-的绝对值为转子电流在R2上形成的电压降，U-为负值，即|U+|/|U-|=R1/R2。

图1转子内部接地等效电路图

4.1.2整流桥交流侧接地

当整流桥交流侧接地时，随着二极管的换相，当接地点附近阳极二极管导通时，转子的正极电压被强制拉到0，负极对地电压为负的转子电压；当接地点附近阴极二极管导通时，转子的负极电压被强制拉到0，正极对地电压为正的转子电压；当接地点附近的两个二极管均不导通时，正极或负极的对地电压为导通相对非导通相的线电压。

4.2故障点位置分析

对比实测波形与理论仿真波形结果，以下几点较为吻合：

（1）实测波形中转子绕组正、负对地及整流桥输出直流电压波形与仿真结果基本相同，皆为交替过零的脉动波。

（2）实测波形中转子绕组正极对地直流电压78.5V，负极对地直流电压81.0V，考虑误差干扰的影响，符合仿真分析两极对地电压幅值相等的结果。

（3）实测波形中整流桥输出电压交流分量频率只有200Hz，与仿真结果高度吻合。

（4）实测和仿真波形符合当整流桥交流侧接地时，随着二极管的开断，直流侧电压瞬时值不断变化，致使转子两点接地保护装置无法平衡的特征。

综上分析判断，旋转整流器交流侧存在一点接地。为查找故障点，打开励磁机外罩，用内窥镜检查发现旋转整流器阻容吸收回路的电缆有破损痕迹，电缆保护套已破坏严重，线芯散乱，电缆的线芯已碰到大轴。

5结论及建议

综上分析可知，1号汽机发电机励磁回路旋转整流器的阻容吸收回路电缆安装时未做好固定悬空放置，长期高速旋转运行情况下，与大轴、固定螺钉、相邻接线等发生摩擦致使线芯绝缘保护套破损通过大轴与地接通，随着整流二极管的交替导通，转子绕组正负交替接地引起转子一点接地报警。

为防止类似故障发生，建议对旋转整流器的阻容吸收回路电缆加装护套并固定绑扎牢固。避免高速旋转部件悬空或松动，损伤电缆绝缘层。

参考文献

[1]王君亮，同步发电机励磁系统原理与运行维护［M］．北 京: 水利水电出版社，2010.

[2]张玉诸．发电厂级变电所的二次线［M］．北京:中国电力出版社，1990.

[3]陈俊，任欣元，王光，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(1):87-90.

作者简介：刘金亮（1988—），男，本科，工程师，主要从事发电厂电气设备管理工作，18579086737。

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