摘要：文章介绍水轮发电机转子一点接地故障所造成的危害，分析水轮发电机转子一点接地保护原理，并在此基础上分析目前针对水轮发电机转子一点接地故障所采取的故障查找方法，以实例介绍其故障处理过程，以供参考。
关键词：水轮发电机；转子一点接地；故障分析；处理
1引言
在目前我国在进行能源结构调整和电网结构优化的过程中，水电站在电网中的地位不断提高，且建设数量和装机容量在不断增加，为满足我国社会不断增长的用电负荷要求以及维护供电稳定发挥着重要作用。但是在水电站水轮发电机组的运行中，其比较容易出现的故障类型之一就是发电机转子一点接地故障，如果不及时查找并进行处理就会导致故障扩大对转子造成烧毁或者发展为两点接地而将绕组和铁芯烧毁并引发机组振动加剧等问题，所以需要在出现上述故障时进行及时排查和处理来确保机组运行的稳定和电能质量。
2水轮发电机转子接地危害
水轮发电机组正常运行中出现转子一点接地故障时，通常不会对发电机造成直接危害，但是此时会产生故障隐患，并且在一点接地故障之后励磁回路对地电压也会升高并容易导致两点接地故障的发生。如果此时出现了两点接地就相当于转子绕组一部分被短路，另一部分电流增加，就会对发电机转子磁场的对称性进行破坏，这就会导致发电机产生剧烈振动并导致无功功率的降低。转子电流通过转子本体时如果其数值较大还会对转子造成烧毁的危险或者导致大轴磁化问题的发生。如果上述问题没有得到及时解决，就会使得转子绕组绝缘和励磁回路中的其他设备因严重过流而烧坏并导致出现失磁故障而危及发电机安全并造成严重的经济损失。
3水轮发电机转子一点接地保护原理
对于水轮发电机转子一点接地保护来说，比较常用的就是单端注入式转子接地保护，其示意图如图3.1所示，其原理就是在转子绕组的负端以及大轴之间注入电源，并且此电源可以根据转子绕组对地电容的大小来对其切换周期进行调整，这样就可以实现对转子一点接地电阻的实时求解，从而可以起到对大轴绝缘电阻下降的控制来实现对发电机转子的保护。此种保护的主要存在以下特点：一是在对转子接地电阻进行计算时无需对接地位置进行确定，而且此保护方式可以对转子一点接地进行全方位的保护；二是在对转子接地电阻进行计算时具有较高的计算精度，并且不会受到转子绕组对地电容的影响而可以随时根据其大小的变化进行注入电源频率的调整；三是在对接地电阻进行计算时，可以不需要对励磁电压的大小进行确定和计算，即便是没有外加励磁电压的情况下也可以进行转子绝缘情况的监测。
图3.1 单端注入式转子接地保护示意图
其中，
测量回路电阻；
为注入大功率电阻；
为注入电源模块；
为转子绕组对大轴的绝缘电阻。
4水轮发电机转子一点接地查找及处理方法
4.1故障查找
4.1.1直流压降法
此方法具体的操作就是对转子绕组施加一个10A的直流电流，然后采用万用表对两个滑环之间的电压以及这两个滑环的对地电压进行测量。此方法主要适用于对金属性接地故障点进行查找，而且容易受到测量用导线长度的影响，所以需要在测量过程中尽量缩短所使用的导线长度，而且要在最终的计算过程中将线阻对测量结果所造成的影响。在具体的使用过程中，为了证明此方法的有效性，可以对转子磁极进行人为的金属性接地，然后通过上述方法在转子磁极进行直流电流的施加，并采用万用表进行测量，在经过公式计算之后得出了接地磁极序号，而且此计算所得的数值与实际值近偏差一个磁极，所以证明此方法的实用性。
4.1.2直流电阻法
此方法的原理与上述直流压降法的原理相同，但是此方法不会受到接地点对地电阻的影响而导致误差的出现，但是仍然需要在测量中对引线带来的误差进行计算和考虑。此外，在采用此方法进行测量的过程中采用的三次加压操作中，会有两次出现测量电流流经接地点的现象，这就会导致出现接地点不稳定的现象而可能将接地点烧蚀，所以会影响接地电阻的数值大小，所以在采用此方法进行测量时，首先需要采用万用表对接地电阻值进行测量，在保证其稳定之后再进行直流电阻大小的测量，且尽量减小通入电流的大小。
4.1.3极间连线电流法
此方法的原理就是在滑环的一端和地之间进行交流电的施加，并且此交流电的大小通常在0.5~1.0A的范围内，这样就可以通过接地点入地形成电流回路，而另一端与接地点之间的磁极间连线上则没有电流存在。这样就可以对磁极间的连线电流进行测量，来查找接地点的位置，如果此时有电流经过则说明接地点位于测量点和未加压滑环侧之间，所以可以将测量点逐渐向此方法进行移动来确定具体位置。如果没有电流经过，则说明接地点位于测量点和加压滑环侧之间，所以需要向此方法进行移动查找来确定最终位置。此外，此种方法还可以对各个磁极对地电压进行直接测量，如果数值从有到无则说明磁极连接点附近的磁极就是接地磁极。此种方法不适用于具有较大接地电阻的情况，以及测量部分存在挡风板的机组中。
4.1.4交流压降法
此方法与直流压降法的原理和线路连接回路相同，但是施加的电压为交流电压，并且可以采用同样的公式进行接地点磁极号的计算和确定。但是此法可以有效降低测量引线的长度以及测量回路中接触电阻对测量结果的影响，但是容易受到周围电场和磁场的影响，所以不适用于接地点为不稳定的高阻抗接地的情况。
4.2故障处理方法
以某发电机组在启动调试期间进行试验时发现的转子一点接地故障为例，其具有较大的机组容量和较多的磁极数，所以不适用于采用传统的查找方法，所以在对此故障进行处理时，首先对故障点的大概位置进行初步判断，主要是在碳刷拔出之后，采用绝缘兆欧表对转子和励磁系统进行遥测绝缘，并且发现转子绝缘不稳定且具有较小的数值，所以判断接地点位于转子绕组。然后对转子进行2kV交流耐压将其转化为稳定接地之后再进行精确接地点的查找。经过现场勘查，此环境中不适用于采用直流压降法和交流压降法，因此采用极间连线电流法进行试验，且在对转子绕组施加24V交流电压之后，经过对每个磁极电压的测量发现其中53和54号磁极的对地电压为零，所以判断接地点位置二者之间，并进行故障处理。在拆开之后将54号磁极缝隙中的电缆好牌和铜丝取出并恢复引线和上下挡风板之后，故障排除。
5结语
水轮发电机的运行过程中出现转子一点接地故障的情况比较常见，而且此故障由于不会对发电机运行中的磁场等造成干扰和破坏，所以不会对其正常运行造成影响，也不容易被发现。需要根据实际情况选择适当的查找方法确定具体的接地点并进行处理，提高故障查找效率，确保发电机运行安全。
参考文献：
[1] 冯海妹. 水轮发电机转子一点接地故障原因分析及处理[J]. 水能经济, 2016(1):66-66.
[2] 刘侠, 刘贞超, 黄焱. 水轮发电机转子一点接地故障分析及处理[J]. 大电机技术, 2017(6):40-43.
论文作者:张立卿
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
标签：转子论文; 磁极论文; 水轮发电机论文; 测量论文; 故障论文; 绕组论文; 方法论文; 《电力设备》2018年第19期论文;