抽水蓄能機組轉子接地故障原因查找及分析處理

趙守運，劉思遠

（南方電網調峰調頻發電公司檢修試驗中心，廣東廣州511400）

抽水蓄能機組轉子接地故障原因查找及分析處理

趙守運，劉思遠

（南方電網調峰調頻發電公司檢修試驗中心，廣東廣州511400）

介紹了某抽水蓄能電站轉子接地故障情況、故障點查找、故障原因分析及故障處理過程，并針對該種類型的

轉子接地；原因分析；故障處理；直流加壓法

0 引言

當機組轉子繞組僅有一點接地時，因為沒有電流通過故障點，對機組不會造成危害，若又發生另一點接地而形成二點接地時，則故障電流可能會嚴重燒壞轉子鐵芯或護環；由于一部分轉子繞組被短接而破壞了轉子磁場的對稱性，可能使得機組發生劇烈的振動和轉子鐵芯被磁化，嚴重時會損壞機組固定座和轉子本體；還會引起機端出口電壓下降，造成定子電流急劇上升，損壞定子繞組。因此，發生機組轉子接地故障時一定要及時予以處理，總結經驗，并針對故障原因及時采取有效的預防措施[5]。

本文對近期發生在某抽水蓄能電站1號機組轉子接地故障事件的查找及處理過程做了介紹，并提出了針對該種類型的故障需要采取的預防措施。詳細介紹了采用“直流加壓法”[1]精確定位到故障點的方法及過程。

1 事件概況及初步判斷

1.1 事件概況

某抽水蓄能電站安裝4臺額定容量356 MVA的立軸半傘式、單級混流可逆式三相凸極同步發電電動機，轉子磁極數14個，額定轉速428.6 r/min，泵工況下[2]：額定功率331MW，定子額定電壓15 750 V，定子額定電流13 050 A，額定功率因素0.975，額定勵磁電壓246 V，額定勵磁電流1 555 A。

2016年1月11日，1號機組泵工況穩態運行56 min后，1號機組轉子接地保護裝置檢測到1號機組轉子接地并達到動作值，1號機組轉子接地保護動作跳機，甩負荷-320 MW。保護裝置正確動作，1號機組存在轉子接地故障。

1.2 初步判斷

該電站機組采用的為西門子公司7UM622型號的轉子一點接地保護裝置，通過向轉子注入1～3Hz低頻方波電壓（TD1）后，測量轉子上的電流（電流經標準電阻轉成電壓TD2）和轉子上的方波電壓（TD3）計算出轉子接地電阻。

事后查看保護動作報告和故障錄波圖，經過詳細分析，由故障信息“REF prot.（1-3Hz）Re＜＜picked upON0ms”、“REF prot.（1-3Hz）Re＜＜trip ON 1996ms”，初步判斷為轉子接地故障導致機組跳機，轉子存在接地故障，接下來的工作就是盡快查找并確認轉子接地故障位置，采取有效措施消除故障。

2 故障查找及原因分析

2.1 轉子接地故障位置查找

轉子接地故障查找的總體思路是：按照由簡單及復雜的故障查找思路，根據發電-電動機的結構（如圖1），分析可能存在故障的部位，采取逐段查找的方法，分別查找勵磁母線、I段磁極引線、II段引線、磁極本體是否存在接地點，逐步縮小故障范圍，最終確定故障位置。

2.1.1 勵磁母線

將機組碳刷架上的碳刷和接地碳刷均拔出，在集電環處測試勵磁母線、勵磁引線及磁極繞組的對地絕緣電阻（如圖1所示），測試結果如表1，由測試結果可以判斷勵磁母線無接地點。采用萬用表測量集電環對地電阻為7.2 Ω，分析判斷接地點在勵磁引線或磁極本體上。

圖1 發電—電動機總裝配圖

表1 勵磁電纜、引線對地絕緣電阻（測試電壓為500 V）

2.1.2 I段磁極引線

保持碳刷拔出與集電環斷開狀態，在上風洞內轉子支架上拆卸出A1、A2點處連接螺栓并分離勵磁引線如圖2，測量絕緣情況如表2，由測試結果可以判斷I段無接地。

2.1.3 II段磁極引線

拆卸1號、14號磁極處上擋風板，在上風洞內轉子支架上拆卸出B1、B2點處連接螺栓并分離勵磁引線（如圖2），測量絕緣情況如表3，用萬用表測量磁極對地電阻為7.1 Ω，由測試結果可以判斷II段無接地點，故障點位于磁極本體上，且是比較穩定的金屬性接地故障。

表3 磁極繞組對地絕緣電阻（測試電壓為500V）

2.1.4 磁極本體

進入發電機上、下風洞，檢查每個磁極本體及其連接部位絕緣情況，沒有發現磁極線圈移位、絕緣部分與非絕緣部分接觸、發熱燒蝕等明顯異?，F象，決定采用“直流加壓法”來確認14個磁極中的故障點，直流加壓法工作原理圖如圖3所示。

直流加壓法判斷故障點的工作原理如下：

圖2 勵磁引線A1點、A2點、1號磁極引出線B1點、14號磁極引出線B2點

圖3 直流加壓法測量磁極分壓的試驗接線圖

若已知U、U1、U2的電壓值，則可以測得故障點距離1號、14號磁極引線的距離，從而可以確定故障點位于哪一個磁極處。

假設每個磁極的電阻r均相同，則由式（1）、（2）可計算得到故障點所在的磁極編號為：

式中，U表示1號～14號磁極間總電壓，U1表示1號磁極引線對地測量電壓，U2表示14號磁極引線對地測量電壓，N1表示故障點到1號磁極引出線處的磁極個數，N2表示故障點到14號磁極引出線處的磁極個數。

如圖2所示，采用“直流電壓法”在1號磁極引出線B1點和14號磁極引出線B2點間注入恒定直流電流，用萬用表直流電壓檔測量1號磁極引出線B1點對地電壓U1，測量14號磁極引出線B2點對地電壓U2，測量1號磁極與14號磁極間電壓U，測量結果如表4。

表4 直流加壓法測量結果

由式（1）、（2）、（3）、（4）可得：

圖4 磁極構造示意圖

計算結果表明，接地點位于5號磁極和6號磁極之間，根據磁極構造（圖4所示），推斷接地點位置可能如下：1）5號磁極近末匝線圈；2）5號、6號磁極間連接片部位；3）6號磁極近首匝線圈。

2.1.5 故障定位

根據所得結果，檢查5、6號磁極線圈和磁極連接片位置，未發現明顯異常點，拆除5、6號磁極上端部極間連接支撐螺桿處的外螺母后，取下絕緣膠塊、絕緣套管，發現有部分細小金屬粉末，在空間上分離連接片導體與拉緊螺桿的接觸部分，用萬用表測得磁極對地電阻為無窮大，然后用絕緣表復測得絕緣值為300 MΩ,絕緣測試結果滿足大于等于0.5 MΩ的要求[4]，因此，可以斷定故障點在5、6號磁極連板支撐螺桿處。

2.2 故障原因分析

（1）在拆卸5、6號磁極間連接拉緊螺桿的外側螺母與絕緣套管、絕緣墊圈后，發現轉子繞組對地絕緣電阻恢復正常，故判斷接地故障點在極間連接導體與拉緊螺桿間。

（2）檢查極間連接導體與拉緊螺桿間接地故障的唯一固體絕緣介質（絕緣套管與絕緣墊圈）外觀無異常，模擬對其進行包裹狀耐壓試驗合格，表明絕緣套管、絕緣墊圈部件絕緣性能完好。

（3）根據廠家圖紙技術說明，檢查此處絕緣套管的安裝方位、偏心度、間隙，拉緊螺母的緊固力矩，以及安裝工藝次序等均正確。

（4）5、6號極間連接導體為多層軟銅片，安裝現場先一片一片交叉疊合后錫焊，然后用鉆機配打（鉆）孔。分析為磁力鉆絞孔過程中銅金屬粉末殘留在極間連接片中，未得到徹底清理。在機組運行過程中，受振動、離心力位移影響，金屬粉末逐漸跌落至絕緣套管表面形成金屬性短接點。

綜合上述原因分析，結合檢查結果可以判斷本次故障的原因為磁極連片與支撐螺桿間存在金屬粉末，導致轉子一點接地故障發生。

3 故障處理及預防措施

根據轉子磁極的結構及本次發現的情況，主要通過以下幾方面對故障部分進行處理并提出了預防措施，以確保不會再發生此類事件。

（1）清潔絕緣套管、絕緣墊塊、磁極間的絕緣拉桿，在極間連接導體拉緊螺桿孔內與絕緣套管間涂抹硅膠，并在絕緣套管與拉緊螺桿間加裝一層NOMEX絕緣紙，以增強絕緣效果，然后將磁極連接部件回裝，回裝后測量轉子繞組對地絕緣電阻，如表5所示測量結果1。

（2）將勵磁引線拆卸的A、B點緊固后，重做錫焊，用適形氈浸泡環氧填充、用環氧玻璃絲帶綁扎完好，然后測量轉子繞組對地絕緣電阻，如表5所示測量結果2。

（3）為了防止類似的情況再次發生，建議在下次機組檢修時，檢查其它磁極連片間支撐螺桿及相關部位是否存在金屬粉末，并在支撐螺桿、絕緣套管間加裝一層NOMEX絕緣紙，加強絕緣。

（4）為防止其它機組可能存在類似情況的發生，建議在磁極組裝過程中重點關注磁極間連接片處支撐螺桿絕緣狀況，必要時，采用（1）所述的方法加強絕緣，以保證類似的情況不再發生在其他機組上。

表5 轉子處理回裝后絕緣電阻測試

4 結束語

本文針對某抽水蓄能電站1號機組轉子一點接地故障，詳細闡述了接地故障的查找、分析和處理過程，應用“直流電壓法”成功的定位了故障點，為整個故障查找節省了時間、人力及物力。本次發電機轉子接地故障的查找、分析過程及處理方法，為以后解決此類故障的情況提供了很好的參考價值。

[1]石建勇，杜志剛.600 MW汽輪發電機轉子接地故障查找及原因分析[J].浙江電力，2008，2(4)：71-72．

[2]東芝水電廠設備（杭州）有限公司.發電電動機運行維護說明書[Z]．

[3]徐華安，程詩明.一種發電機轉子接地檢測方法與保護裝置[J].武漢大學學報（工學版），2011，22(2)：266-268.

[4]中國南方電網有限責任公司.Q/CSG114002-2011電力設備預防性試驗規程[S].

[5]羅真，李書興.發電機勵磁回路兩點接地保護的研究[J].繼電器，2007，5(3):81-84．

[6]李建明，朱康.高壓電氣設備試驗方法[M].北京：中國電力出版社，2001.

TV738

B

1672-5387（2017）04-0043-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.04.012

2016-10-28

趙守運（1982-），男，工程師，從事抽水蓄能電站電氣設備檢修工作。

故障提出了預防措施。詳細介紹了“直流加壓法”的工作原理及采用該方法精確定位到故障點的方法及過程。