發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地故障分析及防范措施

摘 要：在發(fā)電機的各個環(huán)節(jié)中，轉(zhuǎn)子絕緣的轉(zhuǎn)速高、運行溫度高，轉(zhuǎn)子繞組在離心作用下常因摩擦導(dǎo)致絕緣損傷，此外，冷卻空氣會將水氣、炭灰、油污以及粉塵等帶入轉(zhuǎn)子并存積，從而使得絕緣電阻值下降，因此，轉(zhuǎn)子絕緣屬于較為薄弱的環(huán)節(jié)，需要加以保護。文章對發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地故障進行了簡要介紹，從實例出發(fā)，對某水電廠的發(fā)電機存在的接地故障原因進行了具體分析，并在此基礎(chǔ)上提出了防范措施。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機轉(zhuǎn)子；接地故障；防范措施

1 緒論

對于同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組來說，一點接地故障并不會使得轉(zhuǎn)子立刻產(chǎn)生損壞，發(fā)電機可繼續(xù)正常運行，需要注意的是，如若有第二點接地故障的發(fā)生，就會使得勵磁回路的兩個接地線圈之間產(chǎn)生一個閉合的電氣回路，就會使得轉(zhuǎn)子周圍的磁場嚴重不平衡并產(chǎn)生足以損毀發(fā)電機的機械力，其原因是：勵磁繞組兩點接地，如果一部分繞組發(fā)生短接，那么剩余部分的繞組中的電流也會變大，使得磁勵繞組或者轉(zhuǎn)子被燒壞，還有可能引發(fā)火災(zāi)，而且，如果勵磁繞組各部分電流的不相等會使得氣隙磁場的對稱性被破壞，從而使得轉(zhuǎn)子磁場產(chǎn)生畸變，繼而導(dǎo)致發(fā)電機機體因受力不均而劇烈振動，此外，勵磁繞組的局部電流變大會使得轉(zhuǎn)子產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象，從而導(dǎo)致其緩慢變形、偏心，使得機組振動更加劇烈。因此，勵磁回路的兩點接地故障會極大地危害到發(fā)電機的正常使用。

2 實例分析

2.1 情況介紹

小東江水電站位于湖南省資興市境內(nèi)湘江支流耒水中上游，為大東江水電站的反調(diào)節(jié)電站。電站裝有4臺軸流式機組。水力樞紐主體建筑由中南水電勘測設(shè)計院設(shè)計，第八工程局施工。3號機組由武漢汽輪機廠設(shè)計制造，單機容量20.5MW，軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機組，半傘式發(fā)電機機構(gòu)，第八工程局現(xiàn)場安裝，于1991年12月投產(chǎn)發(fā)電。該電站建成開工后，設(shè)備持續(xù)正常運轉(zhuǎn)，但3號發(fā)電機在2012年11月20日產(chǎn)生動態(tài)接地故障，經(jīng)重新鑲嵌發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈后恢復(fù)正常運行，一年后，于2013年11月19日再次發(fā)生接地故障，文章將對此次故障原因進行分析。

2.2 對轉(zhuǎn)子接地故障的產(chǎn)生原因進行分析

轉(zhuǎn)子發(fā)生接地故障的原因眾多，文章列出了以下三點可能原因：（1）發(fā)電機轉(zhuǎn)子槽底存在黃粉。該發(fā)電機基本上每日啟動、停止各一次，在啟動時，發(fā)電機在從零轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速時，線圈會在離心力的作用下產(chǎn)生彈性變形并與槽兩側(cè)的槽襯進行磨擦，槽襯磨損會產(chǎn)生黃粉；在停機時，發(fā)電機從額定轉(zhuǎn)速降低至零轉(zhuǎn)速，線圈在彈力作用下回到初始狀態(tài)的過程中也會和槽襯進行摩擦產(chǎn)生黃粉；此外，由于發(fā)電機在啟停過程中會有溫度變化，轉(zhuǎn)子線圈熱脹冷縮，會與楔下墊塊發(fā)生摩擦，楔下墊塊會產(chǎn)生黃粉。但是，該發(fā)電機的槽襯與楔下墊塊是由環(huán)氧酚醛層壓玻璃布板制成的，所產(chǎn)生的黃粉的主要成分時環(huán)氧樹脂，所含銅末、鐵末的量極少，基本屬于絕緣材料，并不會造成轉(zhuǎn)子對地短路。（2）金屬刮蹭物可能進入轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子槽楔是鋁制的，其與鐵質(zhì)的毛刺發(fā)生刮蹭時，會產(chǎn)生鋁制碎渣，這些碎渣并不會掉入轉(zhuǎn)子中，而是會吸附在鐵制金屬表面，如果刮蹭產(chǎn)生了微量的鋁制粉屑，也并不會影響轉(zhuǎn)子線圈的對地通路；而且，轉(zhuǎn)子的槽楔在轉(zhuǎn)子槽的最外部，當轉(zhuǎn)子處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，碎渣會在離心作用下離開轉(zhuǎn)子并進入定子外腔，很難再回到轉(zhuǎn)子內(nèi)部。此外，如果有少量碎渣進到轉(zhuǎn)子中，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子穩(wěn)定接地或者不穩(wěn)定接地，而不會產(chǎn)生不穩(wěn)定動態(tài)接地。（3）受絕緣膠漆熔化、流出影響。當進行拔/套轉(zhuǎn)子護環(huán)的操作時，因護環(huán)有余熱，絕緣瓦內(nèi)的膠漆可能會融化成液體，如果膠漆上附著有金屬顆粒或者灰塵并流到了轉(zhuǎn)子線圈楔下2個墊條的接口縫隙之間并在溫度降低后產(chǎn)生凝固后，就會使得2條楔下墊條縫隙間產(chǎn)生絕緣并影響轉(zhuǎn)子線圈的對地絕緣，影響大小在于附著有金屬顆粒或者灰塵的膠漆在接口處的聚積量，當聚積量夠大時，技術(shù)人員在進行轉(zhuǎn)子的耐壓測試或者絕緣電阻測試時就能發(fā)現(xiàn)；當聚積量不夠大時，就不容易檢測出來。在發(fā)電機的運行過程中，由于機組的啟停，線圈會因溫度不斷升降二在槽內(nèi)不斷伸縮并和墊條進行磨擦，從而使得墊條逐漸變薄，因此，接口處線圈的對地絕緣距離會逐漸減小直至被擊穿。此外，使得楔下墊條接口縫隙處的對地絕緣距離不斷減小的因素還有：高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，楔下墊條一方面會在離心力作用與槽楔的限制兩方面作用下受擠壓變薄，一方面會在離心力作用與線圈的兩方面作用下受到擠壓變薄。等到墊條因擠壓、摩擦變薄到某個程度時，轉(zhuǎn)子線圈就會對地產(chǎn)生短路；而發(fā)電機停止運作后，楔下墊條不再受離心力的擠壓作用，因墊條具有彈力，會使得墊條接口處縫隙的對地絕緣距離又會變長，從而使得線圈的對地絕緣又恢復(fù)到能正常工作的水平。這一過程和此次發(fā)電機的轉(zhuǎn)子對地故障非常符合。

2.3 最終原因分析

在此次故障中，轉(zhuǎn)子接地表現(xiàn)出了非常典型的動態(tài)接地特點，其故障排查、確定難度較大，經(jīng)過對各種因素的排查，做出推測：故障部位極可能位于轉(zhuǎn)子2根楔下墊條的接縫處。

3 防范措施

根據(jù)文中分析，為了降低發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地故障的產(chǎn)生幾率，應(yīng)當考慮更換轉(zhuǎn)子護環(huán)的絕緣瓦材料，選用熔點比套裝護環(huán)溫度更高的膠漆浸漬絕緣瓦；并改善轉(zhuǎn)子線圈的裝配環(huán)境、加強對裝配工藝的嚴格控制，具體操作要求闡述如下：

（1）將物品搬入封閉區(qū)域之前對其進行徹底清潔；（2）保持裝配環(huán)境的嚴格封閉及清潔，保證周圍堆放的物件清潔、不留有粉塵；（3）在封閉區(qū)域設(shè)置預(yù)進間，工作人員可以在預(yù)進間中換上潔凈且不會掉毛的連體服，并穿戴好專用的工作帽、工作手套以及工作鞋；（4）完成線圈的拆除后，應(yīng)當對轉(zhuǎn)子的各個部位進行徹底清潔，并且在下線前再次清潔周圍環(huán)境；（5）進行絕緣件以及轉(zhuǎn)子線圈的裝復(fù)工作前要進行仔細清潔，保證清潔l件、裝復(fù)1件；（6）在檢修發(fā)電機轉(zhuǎn)子抬線圈的工作中，應(yīng)當增加修正轉(zhuǎn)子槽楔的工序。因為轉(zhuǎn)子槽楔的質(zhì)地柔軟，在長期受離心力的影響下極可能發(fā)生變形，因此，不應(yīng)當在轉(zhuǎn)子下線后、打槽楔受到阻力時再退出進行修整，而是應(yīng)該在轉(zhuǎn)子下線之前對轉(zhuǎn)子槽楔進行修正，這樣就可以減小轉(zhuǎn)子鋁質(zhì)槽楔發(fā)生刮蹭的可能性，從而減少因刮蹭產(chǎn)生的鋁屑所導(dǎo)致的發(fā)電機絕緣。

4 結(jié)語

發(fā)電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生接地故障可能會造成故障點電流過大而使得轉(zhuǎn)子燒傷受損，也坑能會使得磁勵繞組因電流增大過熱而受損，甚至可能因部分繞組短接造成氣隙磁通失衡產(chǎn)生劇烈振動，其后果非常嚴重，因此，在日常對發(fā)電機的檢修工作中必須嚴格執(zhí)行工藝要求及以上所提出的控制措施，盡可能地減少絕緣薄弱環(huán)節(jié)的產(chǎn)生，從而防止同類接地故障產(chǎn)生。

參考文獻：

[1]李自淳，夏維珞，彭輝，等.同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓及其保護[J].大電機技術(shù)，2003（2）：54-60.

[2]王佼.無刷勵磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地保護的研究[D].華北電力大學，2012.

作者簡介：譚仕強（1990-），男，本科，助理工程師，主要從事電氣一次工作。