摘要：目前发电机转子励磁回路一点接地故障是常见的故障形式之一。转子励磁回路一点接地故障对发电机并未造成危害，但相继发生第二点接地，即转子两点接地时，由于故障点流过相当大的故障电流而烧伤转子本体，并使励磁绕组电流增加。可能因过热而烧伤。由于部分转子绕组被短接，使气隙磁通失去平衡从而引起振动甚至还使轴系和汽机磁化。两点接地故障的后果是严重的，故必须装设转子接地保护装置。
关键词：发电机；绝缘老化；转子接地；防范措施；
在发电机运行的各环节中，转子绝缘的转速高、运行温度高，转子绕组在离心作用下常因摩擦导致绝缘损伤，此外，冷却空气会将水气、炭灰、油污以及粉尘等带入转子并存积，从而使得绝缘电阻值下降，因此，转子绝缘属于较为薄弱的环节，需要加以保护。本文以某电厂390H型燃气轮发电机转子接地故障为例进行分析并给出防范措施。
一、发电机转子接地的危害
1.发电机发生转子一点接地的危害。发电机发生转子一点接地的时候，因为对地尚未形成回路，所以其接地点并无接地电流通过，励磁回路仍可维持在正常状态，发电机可继续运行。但若未能及时处理，一旦再发生另一点接地即形成发电机转子两点接地故障，这便足十分危险的短路故障。
2.发电机发生转子两点接地的危害。（1）破坏发电机气隙磁场的对称性，使气隙磁场发生畸变，气隙失去平衡，引起发电机剧烈振动，使发电机损坏、无功出力降低、励磁电压及发电机机端电压降低，而定子电流却可能增大。汽轮发电机转子两点接地还可能引起轴系和汽机磁化，后果严重。若装有横差保护，还会引起其误动。困此转子一点接地保护后要将横差保护加上一个短的延时，防止其误动。（2）两点接地造成非短路电流增大，如果流过转子本体的短路电流过大（通常以1500A为界限），由于过热烧损转子的同时还会使转子发生缓慢变形，形成偏心，加剧振动。另外，还可能破坏励磁装置，导致失磁故障，影响发电机和系统的安全。
二、影响转子对地绝缘因素的分析
1.发电机腔内异物。390H型燃气轮发电机转子通风冷却采用的是直接氢冷转子槽底副槽通风道冷却系统。发电机定子膛内冷却气流的主要流向是：转子风扇加压→转子端部线圈与转轴之间的空隙→转子槽底副槽通风道→转子线圈通风孔→定子铁心通风孔（定子线圈）→定子铁心与外壳之间的空腔→氢冷器进风口→氢冷器出风口→发电机端部空腔→转子风扇加压。发电机腔内冷却风需通过氢冷器进行冷却，但氢冷器的散热片相当密集，风在整个氢冷器内的通路曲折，任何异物要通过氢冷器散热片都是非常困难的，因此检查时会发现氢冷器进风口底部有少量异物，但其出风口十分干净。根据冷却风在发电机内部的流向可知，由于氢冷器散热片的过滤作用，在转子线圈通风孔以后，即定子铁心通风孔（定子线圈）、定子铁心与外壳之间的空腔、氢冷器进风口前通道内的异物都无法进入转子线圈内，所以这些部位内的异物不会引起转子线圈对地短路。
2.发电机转子槽底黄粉。某电厂2台机组几乎每日启停1次。启动时，发电机从零转速上升到额定转速（3000r/min）。由于离心力的作用，线圈将向外产生弹性变形，线圈将与槽两侧的槽衬相互磨擦，造成槽衬磨损而产生黄粉。停机时，发电机从额定转速3000r/min降至零转速，由于弹力的作用而使线圈恢复到初始状态的过程中也与槽两侧的槽衬相互磨擦，造成槽衬磨损而产生黄粉。另外，发电机在启停过程中，由于温度的变化，转子线圈在槽内由于热胀冷缩造成线圈与楔下垫块相互磨擦，楔下垫块被磨损而产生黄粉。由于槽衬和楔下垫块材料是环氧酚醛层压玻璃布板，其磨出粉末的主要成分是环氧树脂，并有极少量的铜末，主要是绝缘材料，一般情况下不会对转子的对地绝缘产生影响，即不会引起转子对地短路。
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3.汽励两端部内的杂物。发电机转子内部只有进入了导体异物才可能引起接地故障。根据对发电机内部冷却风的分析可知，存留在发电机膛内汽励两端部空腔内的任何异物，在受到冷却风力和发电机运行振动的长期影响（铁磁物质还受到发电机端部漏磁的影响）下，很可能进入转子内部而造成转子接地短路故障。导体异物还可能进入转子的端部及转子槽部。（1）槽口处的异物影响分析。在槽衬、槽下垫条、槽口块及极心垫块完好的情况下，由于槽口块及极心垫块的存在，槽口部位线圈对地短路是不可能的。但若槽衬及槽下垫条出现问题（如粘结不牢固等），在运行中作轴向移动，就会在极心垫块（或槽口块）与线圈之间出现缝隙，当槽衬及槽下垫条作轴向运动而退至与转子铁心平齐之后，在导体异物进入这个缝隙而抵达槽口后，即会造成转子线圈对地短路。在发电机转子返厂拔出护环后，并未发现槽衬及槽下垫条有位移现象，因此排除由此造成的发电机转子对地故障。（2）护环底部的异物影响分析。发电机转子端部护环底部的线圈若要对转轴形成短路，由于护环与线圈存在固定距离，因此需要有一个长度大于该间距的导体存在于护环底部空腔内才有可能导致接地；但在转子抽出后及线圈抬出后的检查中并未发现转子内部存在此类导体异物。一般异物进入转子端部护环底部之后，由于受风力的作用，必将被风吹入转子槽部，即此种接地为不稳定接地，这与此台发电机接地故障时的现象不符。（3）通风口的异物影响分析。发电机在正常运行中转子槽部通风口存在的异物通常受3种力的作用：第1种是径向离心力，它随着转子转速的降低而减小；第2种是径向向外的冷却风的吹力，它随着转子转速的降低而减小；第3种是对铁磁导体异物的磁力，它使铁磁导体异物附着在转子通风口处，并随励磁电流的减小而减小。发电机在正常运行过程中，转子槽口的非铁磁导体异物受到第1、2种力的作用，如果不被卡住将不可能永久停留在转子槽口处，此时异物造成转子对地短路是瞬时的。若是铁磁导体异物会受到上述3种力的共同作用，当磁力的作用较大时，会使铁磁导体异物附着在转子通风口处造成转子接地；但在发电机跳机解列后，由于磁力消失，铁磁导体异物也将被甩出，转子对地绝缘将恢复，这与此台发电机接地故障时的现象不符。
三、最终原因分析
由于转子接地呈现出典型的动态接地特点，给故障查找、确定故障点带来很大困难。但综合上述对该电厂2号发电机转子接地后的各项检查情况及可能导致转子接地的各种因素的分析结果，认为该燃机电厂2号发电机发生的转子接地故障部位极有可能是转子的2根楔下垫条接缝处。
四、防范措施
为了降低发电机转子接地故障的产生几率，应当考虑更换转子护环的绝缘瓦材料，选用熔点比套装护环温度更高的胶漆浸渍绝缘瓦；并改善转子线圈的装配环境、加强对装配工艺的严格控制，具体操作要求阐述如下：（1）将物品搬入封闭区域之前对其进行彻底清洁；（2）保持装配环境的严格封闭及清洁，保证周围堆放的物件清洁、不留有粉尘；（3）在封闭区域设置预进间，工作人员可以在预进间中换上洁净且不会掉毛的连体服，并穿戴好专用的工作帽、工作手套以及工作鞋；（4）完成线圈的拆除后，应当对转子的各个部位进行彻底清洁，并且在下线前再次清洁周围环境；（5）进行绝缘件以及转子线圈的装配工作前要进行仔细清洁，保证清洁l件、装配1件；（6）在检修发电机转子抬线圈的工作中，应当增加修正转子槽楔的工序。因为转子槽楔的质地柔软，在长期受离心力的影响下极可能发生变形。因此，不应当在转子下线后、打槽楔受到阻力时再退出进行修配，而是应该在转子下线之前对转子槽楔进行修配，这样就可以减小转子铝质槽楔发生刮蹭的可能性，从而减少因刮蹭产生的铝屑所导致的发电机转子接地。
总之，在日常对发电机的检修工作中必须严格执行工艺要求及以上所提出的控制措施，尽可能地减少绝缘薄弱环节的产生，从而防止同类接地故障产生。
参考文献：
［1］李辉，探讨发电机转子接地故障分析及防范措施.2017.
［2］刘佼．浅谈汽轮发电机转子接地故障分析及防范措施.2017.
论文作者:刘海洋
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/13
标签：转子论文; 发电机论文; 异物论文; 线圈论文; 故障论文; 定子论文; 导体论文; 《基层建设》2018年第36期论文;