摘要：水轮发电机转子一点接地是水轮发电机运行中的一种常见故障，当发生转子一点接地时，应当及时处理，否则将可能造成励磁回路过热甚至损坏、发电机转子与定子碰撞损坏发电机事故。
关键词：发电机；转子绕组；故障分析；注入式转子一点接地保护；乒乓式转子一点接地保护
0 引言
发电机的励磁绕组高速旋转极易发生一点接地故障，发生一点接地后，无电流流过故障点，不形成电流通路，励磁电流仍保持正常，对发电机并无直接危害，但转子绕组对地已产生电压，当系统发生各种扰动时，电压可能出现较大值，极易造成另外一点接地，从而形成两点接地短路，一部分励磁绕组被短接，其后果[1]）转子磁场发生畸变，力矩不平衡，引起机组强烈振动，无功出力降低；2）故障点流过很大的短路电流，接地电弧将烧坏励磁绕组、转子本体、铁芯和护环。接地电流可能使转子轴磁化和发生断路器跳闸等事故，从而引发严重的电力系统事故，如发电机烧坏，系统振荡、解列等恶性事故；3）转子本体局部通过转子电流，引起局部发热，使转子发生缓慢变形，而形成偏心加剧，机组振动进一步加大。因此，发生机组转子接地故障时一定要及时予以处理，总结经验，并针对故障原因及时采取有效的预防措施。
1 机组及接地保护装置概况
某大型水电站600MW机组发电机为哈尔滨电机厂产品，额定容量649MVA，机端额定电压为20kV，采用双路径向无风扇密闭自循环全空冷冷却方式。发电机励磁系统采用ABB公司生产的自并励数字式静止可控硅励磁系统，由机端励磁变压器降压，经静止可控硅整流励磁。发电机与主变压器采用单元接线方式，发电机出口经离相封闭母线直接与发电机出口电压互感器（PT）、励磁变压器、发电机出口开关（GCB）、主变低压侧电压互感器（PT）、厂用变压器、主变压器、主变低压侧避雷器相连，升压后经500kV母线向系统供电，发电机中性点经接地变压器进行接地。某大型水电站600MW水轮发电机采用南瑞继保的RCS-985RE 注入式发电机转子接地保护和RCS-985RS乒乓式转子保护构成双重化转子接地保护。RCS-985RS乒乓式转子保护采用切换采样（乒乓式）原理，实时计算转子绕组电压、转子接地电阻和接地位置，而RCS-985RE 注入式发电机转子接地保护，采用自适应有源切换技术，实时求解转子对地绝缘电阻值，反映发电机转子对大轴绝缘电阻的下降，在未加励磁电压的情况下也能监视转子绝缘。WL2C-S型发电机转子绝缘监测装置在机组发生接地故障时报警，并显示发机转子具体接地磁极部位。
转子接地保护装置可以监视从励磁变压器低压侧到转子整个回路的绝缘状况，不论发电机处于静止状态、盘车状态、启停机过程、还是发电运行状态，都能发挥保护作用。保护装置既能很好地消除转子对地电容的影响，又能消除直流干扰电压的影响，因此，具有很高的可靠性、准确性及抗干扰能力[2]。
2 故障经过
2015年03月31日17：54：36-17：58：18，某大型水电站监控系统频繁报“一号机组发电机注入式转子接地保护装置报警”、“一号机组发电机注入式转子接地动作”及复归信号，17：58：37运行人员将转子接地保护由注入式切换至乒乓式，17：58：37-18：08：19 监控系统频繁报“一号机组发电机乒乓式转子接地动作”、“一号机组发电机乒乓式转子接地保护装置报警”及复归信号，18：08：40 CSS上报“一号机组发电机乒乓式转子接地动作”、“一号机组发电机乒乓式转子接地保护装置报警”、“一号机组发电机乒乓式转子接地保护跳闸”、“一号机组发电机保护B屏发电机保护停机动作”、 “一号机组调速器急停阀动作”、“一号机电气事故停机启动”、“一号机组灭磁开关分闸”、“一号机组发电机出口开关201分闸”、“一号机组转速>115%Ne”，一号机组跳闸停机。
3 故障分析
2015年03月31日现场检查#1机组故障录波波形图。在17：54：36至17：58：18时间段，注入式转子接地保护不停动作复归，说明在此时间段，#1发电机转子对地绝缘电阻下降，且转子对地绝缘电阻在10kΩ左右变化（某大型水电站注入式转子接地保护，一点接地灵敏段电阻定值为10kΩ，一点接地报警延时为10s），没有达到跳闸电阻定值5kΩ；再结合#1机组故障录波波形图1，#1机组发电机机端电流、励磁电流、励磁电压，在注入式转子接地保护动作报警期间与正常运行时没有明显变化，说明#1发电机转子是经过渡电阻一点接地故障。
表1 转子接地保护相关定值
图1 #1机注入式转子接地保护报警故障录波波形图（17：54：37）
为检测注入式转子接地保护装置动作的正确性，在17：58：37运行人员手动将转子接地保护由注入式切换至乒乓式，在17：58：37至18：08：19时间段，一号机组发电机乒乓式转子接地保护不停动作复归，说明在此时间段，#1发电机转子对地绝缘电阻仍然维持在10kΩ左右变化，所以才会导致乒乓式转子接地保护报警并很快复归（某大型水电站乒乓式转子接地保护，一点接地灵敏段电阻定值为10kΩ，一点接地报警延时为10s），再结合#1机组故障录波波形图2，#1机组发电机机端电流、励磁电流、励磁电压较17：54：36至17：58：18时间段，没有发生明显变化，说明此阶段转子仍然为经过渡电阻一点接地故障。
图2 #1机乒乓式转子接地保护报警故障录波波形图（17：59：39）
通过#1机乒乓式转子接地保护动作报文可知在18：08：40接地电阻Rg为3.16kΩ时刻乒乓式转子接地保护正确动作跳闸停机，结合#1机组故障录波波形图3，在跳闸时刻，#1机组发电机机端电流、励磁电流、励磁电压仍然没有发生明显变化，说明此阶段转子仍然为经过渡电阻一点接地故障。
图3 #1机乒乓式转子接地保护动作跳闸故障录波波形图（18：09：40）
4 故障原因排查及处理措施
4.1 故障原因
经检查发现某大型水电站#1发电机#14空冷器上部水箱进水侧上端排气阀在发电机并网运行中断裂，冷却水从空冷器上排气阀安装螺孔处喷至中性点CT后流入发电机内部，导致#1发电机转子绝缘降低，发电机转子一点接地保护（乒乓式）正确动作，造成机组跳闸停机。本次事件中，某大型水电站转子接地保护及时正确动作，避免了发电机严重相间短路故障，很好的保护了发电机电气一次设备。
图4 #1机组#14空冷器自动排气阀受损断裂剖口图
4.2 处理措施
1）对#1机组定转子上残留水进行擦拭，然后#1机组经过近12小时空转烘干，静态时测量#1机转子绝缘值为2.08兆欧，定子绝缘值R60为198兆欧，R15为85.4兆欧，吸收比为2.31，测量结果满足规程允许范围；
2）将损坏的排气阀更换为新的合格排气阀，同时将#1-#6机组发电机空冷器排气阀前端球阀关闭，避免因排气阀损坏导致类似事件再次发生；
3）要求发电机制造厂家应对排气阀重新选型，保证其排气方式满足现场安全要求。发电机制造厂家提出永久处理技术方案，对排气阀安装位置和布置方式进行优化。
5 转子一点接地查找及处理方法
转子回路一点接地时，因线圈与地面尚未形成电流回路，故障点无电流通过，励磁系统仍保持正常状态，不影响机组正常运行，对发电机无直接危害。但一点接地后，励磁回路对地电压升高，容易引发转子两点接地，危害很大。
5.1转子一点接地判断
检查转子一点接地信号能否复归，若能复归，则为瞬时接地或装置误报警；若不能复归，应检查转子一点接地保护是否正常，若正常，则可查看或测量正、负极对地电压，鉴定是否发生了接地；若发现某极对地电压降低到零，另一极对地电压升至全电压（正、负极之间的电压值），则可确定发生了一点接地[3]。
5.2 处理方法
1）检查励磁回路各部位有无明显损伤或因污垢接地，若因脏污接地，应及时进行吹扫；
2）对有关回路进行详细外观检查，必要时轮流停用功率柜，以判断是否由于功率柜直流回路接地引起；
3）检查区分接地是在励磁回路还是在测量保护回路；
4）若转子接地为一点稳定金属性接地，且无法查明故障点，除加强监视机组运行外，尽快停机检查。
6 结语
自并励静止可控硅励磁方式发电机转子一点接地保护的范围包含了励磁变低压侧绕组、功率柜、转子绕组等所有励磁回路的电气连接设备。不同原理的转子一点接地保护在发电机停机、开机等不同状态下保护范围不一样，所以在电力生产中掌握转子一点接地的查找及判断方法非常必要。
参考文献：
[1]林通达.一例转子一点接地故障的查找与分析 [J].小水电，2009，4，83-84.
[2]王忠明、郭卫军、章震国.390H型发电机一次转子接地故障的分析和处理 [J].华电技术，2012，12（34），46-48.
[3]夏保国.水轮发电机转子接地处理方法 [J].防爆电机，2015，4（50），41-43.
作者简介：
肖启露（1989-），男，助理工程师，本科，四川西昌人，毕业于四川大学电气工程及其自动化专业，在雅砻江公司锦屏水力发电厂从事水电站运行工作；
瞿大林（1991-），男，本科，四川彭山人，毕业于西安交通大学电气工程及其自动化专业，在雅砻江公司锦屏水力发电厂从事水电站运行工作；
李侯小（1994-），男，本科，陕西榆林人，毕业于西安理工大学电气工程及其自动化专业，在雅砻江公司锦屏水力发电厂从事水电站运行工作；
刘鹏（1994-），男，四川成都人，毕业于成都理工大学电气工程及其自动化专业，在雅砻江公司锦屏水力发电厂从事水电站运行工作；
覃春阳（1993-），男，湖北宜昌人，毕业于华北水利水电大学电气工程及其自动化专业，在雅砻江公司锦屏水力发电厂从事水电站运行工作。
论文作者:肖启露,瞿大林,李侯小,刘鹏,覃春阳
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/30
标签：转子论文; 发电机论文; 机组论文; 故障论文; 励磁论文; 乒乓论文; 水电站论文; 《电力设备》2018年第10期论文;