水轮电机转子动态接地故障问题分析

摘要：在水轮机发电机中其转子接地保护是发电机正常运作保护的重中之重。当水轮电机运作正常时，电机转子的回路对于大地有一定的绝缘电阻、和电容分布，发电机的转子结构和冷却方式等条件决定了电机转子的回路对大地的电阻、电容大小。反之，当水轮电机的转子发生转子回路接地故障绝缘损坏时，最为常见的是一点接地。本文针对某单位水轮电机转子接地故障进行保护分析。

关键词：水轮电机转子；接地；故障分析

发电机在运行工作中，故障出现在所难免。因此，对其做到到位的修理维护是一项重要工作。由于水轮电机的使用老化，和一些其它有效的科学维护缺乏，使发电机本身遗漏故障或质量问题存在，都会发生出现水轮机转子接地故障问题。因此，合理掌握高效水轮电机维护，有力保障发电机快速、高效工作。

一、转子接地原因及可能后果

水轮发电机在正常的运行工作中，其转子不但要承受着电场的电压，而且还要承受电磁力和机械力。发电机的电磁力是把机械能转化为电能的过程必要实现，是由于发电机运行中的定子与转子间电磁感应形成的。转子承受着的电压主要是为了考验转子磁极绝缘耐受能力，离心力、以及有、无规律的振力和热应力属于发电机运行中的机械力。由于发电机转子经常性的维护修理不到位，或者平时的检修不彻底，和随着时间长久机器自身的老化等问题，导致发电机转子接地故障的出现。一般来说，发电机转子接地故障可能会有两种情况，首先是接地绝缘损坏。主要损坏原因是由绝缘受外力作用损坏而导致接地故障或者是由于发电机自身的年久失修老化而使绝缘电阻下降从而产生接地故障。其次，另外一种情况可能是由于外界物体引起的接地故障问题，如发电机转子上含有导体的一些物质或者赃物，也可能是转子上落入含有金属的导体，从而导致转子接地故障的出现。一般情况，我们可以参照接地的状态将接地情况分为两种，一种是不稳定状态的接地，另外一种是稳定状态的接地。又可以根据电阻的测量结果分为非金属性的接地和金属性接地两种。

二、转子接地部位的确认

切换转子回路绝缘监测装置,测量励磁回路对地电压,了解接地的程度、性质,分析可能接地原因等。确认接地存在后,适当转移机组负荷,尽快申请接地发电机停机,再进行后续检查处理。

1.对励磁回路进行检查

(1)询问是否由于转子回路上有人工作而引起,若是,要通知工作人员纠正。

(2)现场检查不是人为引起接地后,要申请停机进行检查。切开FMK灭磁开关,将转子直流回路分为可控硅整流到FMK开关的柜内部分和从FMK开关出口电缆到转子磁极的柜外部分。先检查灭磁开关柜、主整流柜及转子接地保护装置等处有无明显接地象征,必要时可根据电路功能结构再分割成各小块判断接地是否在整流柜内的某处。当排除柜内接地可能后,则进入柜外部分检查。

(3)检查转子碳刷、滑环等。若因滑环或励磁回路积污引起,可用干燥压缩空气进行吹扫,以恢复绝缘,直到绝缘电阻恢复正常为止。

三、找准转子接地点的测量方法

由于拆装转子磁极是一件既费时又费力的事,为了避免盲目地拆装磁极以提高检修效率,必须先用测量的方法找到准确的接地点。下面讨论找准接地点的测量方法。

（此“接地点”只限制于 “金属性接地点”；“接地电阻Rg=0。）如不是金属性接地,可采用合适、有用的方法将其转变成金属性接地。

(1)找出接地磁极。水轮发电机转子磁极可用一个带铁心的电感表示,发电机转子回路的等效电路图如（图1）所示。

（图1）

当确认是转子出现一点接地时,将发电机退出运行状态,在转子滑环上加一电压U,再分别测量正极对地电压U1和负极对地电压U2。假设发电机转子共有N个磁极,则接地点磁极计算方法如下:每个磁极电压ΔU =U/N;从与滑环正极连接的磁极算起,接地磁极号Nx=U1/ΔU;若Nx=5,则接地点可能落在#5、#6磁极间的连接点间及其附近;若Nx=5. 6,则接地点可能落在#6磁极上;其他依此类推。通过计算确认接地点磁极后,将该磁极吊出,进入下一步。

(2)找出磁极接地点。首先是认真检查是否有绝缘损坏,如有则确认该处为接地点,按照推论都能找到绝缘损坏处。如确实用外观检查法找不到,则可采用上面的测量推算法将接点范围缩小到线匝以内。原理和上面找磁极的原理相同,将磁极总个数N换成单个磁极总匝数n就可以了。

(3)修复接地点绝缘。

(4)测量单个磁极绝缘电阻,电阻合格,说明磁极接地检修完成。

(5)回装磁极,测量整个转子绝缘电阻,电阻合格,说明转子接地检修任务完成。在给转子加电压时,所加电压类型不同,实际上所得结果精度是有差别的。有条件时,在选用测量用电压表时最好是选用高精度电压表,同样有利于提高测量准确度。

总结

水轮机转子接地故障是常见的一种故障现象，引起故障的原来除了以上本人介绍的也可能还会出现其他故障发生原因，因此我们对于水轮机转子动态接地故障的分析及维修工作不能单靠以往而经验或一贯的惯性逻辑思维去判断故障发生原因。要因地制宜根据实际故障情况，仔细分析和处理故障发生，与此同时也要注重转子磁极制造、检修安装工艺质量，从源头上把好安全质量关。