转子一点接地故障分析与处理
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［摘 要］ 贵港航运枢纽水电厂安装有4台30MW灯泡贯流式水轮发电机。发电机是水电厂的主要设备，当发电机发生一点接地故障后，要及时排查处理，以免扩大发生转子两点接地故障，造成发电机损坏，给企业造成经济损失，同时也影响到电网的稳定和电能质量。文章分析其原因，提出处理办法。
［作者简介］ 禤德钊，贵港航运枢纽分公司助理工程师，广西 贵港，537100
［中图分类号］ TM64 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1007-7723（2012）04-0052-0002一、工程概述
贵港航运枢纽是国家实施西江梯级开发、打通大西南水上出海通道的西江航运建设二期工程的主体，以渠化航道、发展航运为主，兼顾发电、防洪、灌溉、桥梁及公路交通等综合功能。水电厂为河床式低水头电站，安装4台单机容量为30MW的灯泡贯流式机组，总装机容量为120MW。机组的主要设备由国外进口：水轮机和调速器系统由芬兰科瓦纳公司提供；发电机、保护系统、励磁系统、计算机监控系统由瑞士ABB公司提供。机组设计水头为8.5m，年利用小时为5089～5786小时，保证出力36～52MW，设计年发电量为6.12亿千瓦时。1999年2月l日第一台机组并网发电，1999年9月1日四台机组全部并网发电。
二、转子接地危害
发电机正常运行时，发电机转子电压（直流电压）有几百伏左右，励磁回路对地电压约为励磁电压的一半，贵港航运枢纽水电厂机组正常运行时转子对地电压为Ue/2=206V/2=103V，转子绕组及励磁系统对地是绝缘的。因此，当转子绕组或励磁回路发生一点接地时，不会构成对发电机的危害。但转子发生一点接地后更容易发生两点接地。因为发电机转子一点接地后励磁回路对地电压将有所升高。如当励磁回路的一端发生金属性接地故障时，另一端对地电压将升高为全部励磁电压值，即比正常电压值高出一倍。
在这种情况下运行，当切断励磁回路中的开关或一次回路的主断路器时，将在励磁回路中产生暂态过电压，在此电压作用下，可能将励磁回路中其他绝缘薄弱的地方击穿，从而导致第二点接地。 当发电机转子绕组出现不同位置的两点接地或匝间短路时，会产生很大的短路电流，可能会烧伤转子本体；另外，由于部分转子被短路，是气隙磁场不均匀或发生畸变，从而使发电机转动时所受的电磁转矩不均匀并造成发电机振动，损坏发电机。发生两点接地导致机组甩负荷停机，影响电网的稳定和电能的质量，造成经济损失。特别是在5～10月丰水期，库容小，属于日调节电站，发生转子一点接地故障，停机检查造成弃水，造成更大的经济损失。
三、转子一点接地原理
利用惠斯通电桥原理
惠斯通电桥（又称单臂电桥）是一种可以精确测量电阻的仪器。上图1所示是一个通用的惠斯通电桥。电阻R1，R2，R，Rx叫做电桥的四个臂，G为检流计，用以检查它所在的支路有无电流。当G无电流通过时，称电桥达到平衡。平衡时，四个臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻。测量时，选择适当的电阻作为R1和R2，用一个可变电阻作为R，令被测电阻充当Rx，调节R使电桥平衡，此时而且可利用高灵敏度的检流计来测零。平衡时，检流计所在支路电流为零，当调节电桥使检流计G上的电流为零时，电桥达到平衡。这时满足以下式： R■■=■R
该保护采用惠斯通电桥原理，其中转子绕组与大轴接地之间的分布电容CR加上隔离电容CK1和CK2构成电桥桥臂中的一条，另一桥臂为匹配电容CX支路，再加上两路高值电阻R支路，正常情况下测量桥由一个外部的辅助交流电源供电，当电桥平衡时，则电桥输出电势非常小，保护不会动作。
而当发电机转子绕组发生接地故障时，受接地的影响，这一桥臂的阻抗发生变化，电桥平衡被打破，其输出电势上升，当输出电压U达到或超过整定值时，发出报警信号。测量桥需要的交流电源可由发电机出口PT供电，该供电方式中，当发电机不运行时保护不投入，当发电机投入励磁时，出口PT有电压输入测量桥，保护投入运行。贵港航运枢纽水电厂采用了这种供电方式，这就是为什么机组空转没有投励磁或者机组停下时保护信号就会消失的原因。
四、发电机运行中发转子一点接地故障处理
当发电机在运行中发生转子一点接地故障时，按规程，如故障不能消除，运行两小时应停机检查处理。发生转子一点接地故障后，当班的运行人员应申请停下机组检查：（1）对机组转子回路的绝缘检查；（2）校验转子一点接地保护装置；（3）检查转子外部和内部设备；（4）检查保护的控制回路接线和端子。
转子一点接地故障常见原因是：（1）转子外部接地：转子励磁电缆接地、碳刷架烧损、转子励磁电缆因铁线夹得太紧造成绝缘降低、碳刷粉尘过厚；（2）转子内部接地：磁极上游侧螺杆受潮接地、磁极线圈与铁芯间有丝状物插入造成接地、磁极上游侧线圈与铁芯的缝隙有油泥引起接地；（3）保护装置回路引起接地：大轴一点接地回路端子松动导致不平衡发转子接地信号、保护装置回路设备老化造成误发转子接地信号。
五、结 语
通过上述分析得知，引起发电机转子一点接地故障发生的原因有许多，但是掌握了转子一点接地保护的原理，定期对发电机励磁系统进行检查、清洁，就能很好地预防发电机转子接地故障的发生，确保发电机的安全稳定运行。
［参考文献］
［1］马玉新.小龙水电站发电机转子一点接地问题探讨［J］.水电厂自动化,2008,（1）.
［2］陈文添.水轮发电机组转子一点接地的分析与查找［J］.广西电力,2005,（3）.