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水輪發電機轉子動態接地故障原因分析及處理
沈在躍
（ 青海省西部水電有限公司康揚水電廠 青海 811900 ）
摘要：介紹了水輪機發電機轉子動態接地故障的特點、原因分析及處理方法。
關鍵詞：水輪機發電機轉子 動態接地 分析 處理
尼那水電站樞紐位于青海省貴德縣境內黃河干流上，距上游拉西瓦水電站4 km、龍羊峽水電站41km。壩址距西寧市公路里程124km（直線距離80km），至下游貴德縣公路里程約20km，設計正常蓄水位2235.5m，壩頂高程2238.2m，最大壩高50.9 m，總庫容0.262億m3，該電站為當時全國在建電站單機最大的4×40MW燈泡貫流式水輪發電機,水輪發電機是由天津阿爾斯通生產制造，機組自2003年5月首臺機發電以來，運行情況良好。
水輪機主要技術參數
水輪機型號：GZ4BN32—WP—600 ；
轉輪直徑 6m ；
最大水頭：18.1m ；
額定水頭：14.0m ；
最小水頭：12.1m ；
額定流量：316.7 m3／s；
最大出力：44000 kW ；
額定轉速：107.1 r／min ；
飛逸轉速：336.8 r／min ；
水推力（正／反）：4380 kN／5500 kN；
發電機主要技術參數
型式：燈泡式三相交流同步發電機；
布置方式：水平方式；
旋轉方向：順水流方向視為順時針旋轉；
型號：SFWG40—56／6630 ；
額定容量：42.1MVA ；
額定功率：40MW ；
效率：98.05% ；
額定功率因數：0.95（滯后）；
額定電壓：10.5kV ；
額定電流：2315A ；
額定頻率：50Hz ；
絕緣等級：F級 ；
1. 發電機保護轉子接地保護概述
1＃水輪發電機組保采用南瑞自動化廠生產的DGT801微機型保護裝置,轉子一點接地保護采用“注入直流”并“切換采樣”式原理，實時計算出轉子接地電阻，并可顯示。這種原理在轉子整個大軸上的靈敏度均等，當轉子未加勵磁電壓時也能監視轉子絕緣。該保護動作靈敏、無死區。保護的輸入端與轉子負極及大軸連接。
動作定值
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名稱及代號 |
動作電阻
Rg1 |
動作電阻
Rg2 |
動作時間
t1 |
動作時間
t2 |
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整定范圍 |
0.1～50 |
0.1～50 |
0.1～100 |
0.1～100 |
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單位 |
KΩ |
KΩ |
S |
S |
2. 異常情況
1#機并網運行，上位機報“1＃機轉子一點接地故障”復歸后正常，半小時后再報同樣故障，不可復歸，檢查當時負荷為30MW，電壓電流均正常，勵磁回路外觀檢查未發現異常，一小時后向調度申請停機處理。當1＃機空轉時信號也不能復歸，停機后信號可復歸，搖測轉子絕緣大于5MΩ,維護人員對碳刷進行處理，對集電環進行清掃后，轉子絕緣為50MΩ,其它外觀檢查未發現異常，隨后1＃機開機空轉，當轉速達到80％時，轉子一點接地信號又報警，仍不能復歸。
3. 原因分析
根據上述異常現象，結合我們以往處理轉子接地故障的經驗，初步分析認為，原因可能有下列三種1、轉子接地保護裝置異常引起;2、轉子磁極外圍設備（含功率柜、FMK開關、轉子滑環碳刷、轉子引線等）故障引起;3、轉子磁極內部存在接地現象。結合前面檢查分析，認為轉子磁極內部接地可能性較大，機組當轉速達到80%時報接地信號，也有可能機組內部受轉動離心力的作用，而造成接地現象。
4. 現場檢查、試驗及處理
首先檢查保護裝置接地（大軸）碳刷，固定可靠，接觸良好，并進行清潔，排除了因接地碳刷固定不穩定或沾上油污引起接觸不良而造成的“假接地”。隨后對空轉機組搖測絕緣進發現轉子絕緣為零，確實存在接地現象，排除了保護裝置異常而引起的誤信號,那只有機組內部故障而造成的。
機組停機對其內部進行外觀檢查，尤其是對勵磁引線重點檢查，由于是燈泡貫流式機組，結構緊湊，相對檢查困難。接著對轉子磁極外圍設備（含功率柜、FMK開關、轉子滑環碳刷、轉子引線等）進行認真檢查，轉子回路整體外觀無發現明顯接地現象及局部放電痕跡，磁極連板緊固，與擋風板沒有劃傷痕跡，也無松動情況，氣隙內無明顯劃傷痕跡，也未發現內有異物。對轉子滑環、碳刷、刷架進行吸掃，并對勵磁引線進行詳細檢查，均未發現異常，發電機內部引流板固定可靠，接頭牢固，再搖測轉子絕緣大于100 MΩ,再進行開機試驗，同樣當機組轉速達到80%時報接地信號，不能復歸。我們一致判定是磁極接地，而且是非金屬性接地，故障原因有兩個1、磁極內部絕緣有問題，可能是其制造安裝工藝質量造成2、磁極松動，當機組轉動后受離心力的作用而造成。
當時也向機組生產廠家作了情況反映，聽取了他們的分析和判斷也與我們基本相同，機組共有56個磁極，采取排除法進行逐個磁極檢查，首先對半排除在42號和14號磁極聯板處斷開，對機組開機試驗，在引線處搖測轉子絕緣大于100 MΩ，即故障點說明在14號至42號磁極內，再停機后將42號和14號磁極聯板進行聯接，再對23號聯板和37號聯板處斷開,開機后發現正極對地絕緣為零，負極正常，即接地點在14號至23號磁極之間，經過反復開停機試驗，最終確定接地磁極為17號，將此磁極斷開后，開機絕緣正常。
從上下游對17號磁極進行檢查，均未發現異常，搖測其絕緣也正常（停機），表面有一些油污（由于機組發導軸承漏油造成，其它磁極均有油污），用高壓風進行了吹掃，表面有酒精進行油污清理，再將磁極聯板聯接后開機，轉子絕緣均為零。確定其內部故障，于是決定更換磁極。
對17號磁極吊裝至安裝間，用2500V搖表測其絕緣也均正常。請專業人員嚴格按照規范對其重新進行絕緣處理，并進行試驗耐壓及直流電阻測試，各項測量試驗數據正常，回裝后解除安全措施，開機試驗，轉子接地現象消除，機組并網發電運行正常，再也沒有出現一點接地現象。
5. 結束語
從這次水輪機發電機轉子動態接地故障的處理過程來看，由于轉子磁極制造、檢修安裝工藝質量不高，加上機組內部漏油，易在轉子磁極上形成油污，轉子磁極在旋轉過程中受離心力及電磁力、機械力引起振動的共同作用下，造成磁極松動，絕緣損壞后產生接地故障。這種動態接地故障與磁極旋轉有關，靜止狀態下接地消失，這就給故障點的查找和處理增加了難度，這種轉子故障案例也比較罕見，在此將此次處理的過程和結果與大家共勉，共同學習。
有興趣的朋友們可聯系本人！QQ：499925349 電話：18909736616
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