潘家口2號機轉子非金屬接地分析

鞠景寶，畢 旭

（國網新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北 唐山064309）

0 引言

潘家口蓄能電廠發電機是意大利TIBB公司生產的，型號為MV840/240/42-48，額定容量90MW，出廠日期為1989年。投產日期為1992年12月22日。定子出口電壓13.8kV，勵磁電壓353V，轉子為42～48 磁極，轉速 125～142.8r/min，2 個轉速，轉子 5個滑環，而常規機組是2個滑環，由于運行環境濕度較大，濕度93%，溫度38°，造成轉子絕緣降低，引起轉子接地保護動作，改變運行環境后溫度為34°左右，濕度為16%左右。處理后，機組運行良好。

1 技術參數

表1 2號機組MV840/240/42-48技術參數

2 事件經過

2017年08月04 日10：22時，2號機組發電啟動，帶80MW負荷發電運行。機組啟動15min后ONCALL人員對發電機設備進行巡視檢查，巡視中發現2號機組風洞內濕度較大，空氣冷卻器及周圍設備結露嚴重。立即組織對2號機組冷卻器流量進行了調整，第1階段將閥門開度從12%調低至6.5%，10min后效果不明顯，再次將冷卻水閥門開度調低至2%，通過大幅降低流量改善風洞內運行環境。但在第2次調整后約2min，監控系統報“2號機組定子或轉子接地保護動作”。

3 問題排查

（1） 2號機組轉子接地保護的實時測量接地電阻值為16kΩ。

（2）機組轉子檢查情況：使用500V絕緣搖表對轉子進行絕緣測量，絕緣值為0MΩ，確認2號機組轉子存在絕緣薄弱點，檢查發現2號機組風洞內溫濕度計顯示：溫度為：38°，濕度為：93%；對2號機轉子進行全面的檢查，未發現較明顯的故障點。判定為運行環境濕度較大，造成轉子絕緣降低，引起轉子接地保護動作。

4 第1階段檢查及處理

通過打開風洞排風孔，關閉冷卻水出口閥，機組空轉運行的方式進行了風洞內環境干燥處理。干燥處理后濕度為56%，環境溫度為41°。干燥處理后對轉子絕緣檢測為0.8MΩ，滿足試驗規范要求。但在后續機組空轉驅潮啟動及停機過程中轉子接地保護均動作，且均在機組轉速為9～15r/min時出現故障信號，額定轉速及停機后接地信號消失。再次將機組空轉至額定轉速測量轉子回路絕緣為0.8MΩ以上，通過手動零起升壓的方式機組空載運行1h，再次檢測轉子回路絕緣為2.3MΩ，但在機組停機過程中轉速降至9～15r/min時，仍然出現了接地保護動作信號。初步懷疑，存在個別部件有不穩定接地情況，屬非金屬接地，且受轉子運動離心力影響。空載驅潮停機后，再次對轉子各部位進行了檢查，仍未發現轉子部件松動或不穩定接地情況。

5 第2階段檢查及處理

機組在低轉速運行時出現短時轉子接地故障，因此對轉子磁極阻抗進行進一步測試檢查分析，通過與以前的試驗數據對比發現，滑環之間的磁極阻抗值變化不大，排除了磁極匝間短路的可能性；采用手動開機，使機組保持在10～20r/min運行，轉動滑環測量轉子絕緣電阻，確定接地點在轉子1～2滑環之間（即轉子磁極 2～8、14～24、34～40 之間），并采取了1/2分區域排除法進行排查，最終確定接地故障點位置。

我廠機組設計為雙轉速，轉子磁極設計較為復雜（機組磁極與轉速對應選擇關系見圖1），將影響轉子絕緣的部件劃分為3個部分進行排查，1滑環和2 滑環為第 1 部分（即轉子磁極 2～8、14～24、34～40），3、4、5 滑環為第 2 部分（即轉子磁極 10～16、26～32、42～48 及 1、9、17、25、33、41 號磁極）以及勵磁引線為第3部分。以下測量絕緣電阻均在機組低轉速運行時測量。

圖1 機組雙轉速時磁極選擇示意圖

圖2 轉子磁極電路

6 故障點查找

（1）機組保持在10～20r/min運行時，在2號機組勵磁裝置滅磁開關下口處測量轉子絕緣為0MΩ，拆除滑環碳刷后再在滅磁開關處測量勵磁引線絕緣值為98MΩ，確認勵磁引線無故障點。

（2）機組保持在 10～20r/min運行時，對 3、4、5滑環進行絕緣測量，絕緣電阻為5.3MΩ，證明3、4、5滑環所連接的轉子磁極無故障點。

（3）機組保持在10～20r/min運行時，對1滑環和2滑環進行絕緣測量，絕緣電阻為0MΩ，確定故障點位1、2滑環所連接的轉子磁極范圍內。拆除24號磁極與34號磁極間連接，使1滑環與2滑環獨立并分別連接部分磁極。對1滑環與2滑環分別進行絕緣電阻測量，1滑環測得絕緣電阻為0MΩ，2滑環測得絕緣電阻為5.5MΩ，繼續在21號磁極出線處斷頭（見圖3）。

圖3

（4）在21號磁極斷頭處向20號磁極方向測量絕緣電阻為4.7MΩ，向21號磁極方向測量絕緣電阻為0MΩ，說明接地點在磁極21～24磁極區間。繼續在22磁極進線處進行斷頭（見圖4）。

（5）在22號磁極斷頭處進行雙向絕緣測試，21～22磁極的絕緣電阻為0MΩ，23～24的絕緣電阻為4.7MΩ，判斷接地點在21～22磁極處。下一步斷開21～22磁極下方連接鋼母線（見圖5）。

圖4

圖5

（6）在拆除21～22磁極下方連接鋼母線時，發現21號磁極固定螺栓絕緣墊塊處有銹蝕痕跡，判斷此處即為不穩定接地點。分析原因為風洞內濕度過大，磁軛鍵磨損出來的粉塵與空氣中的潮氣在轉子磁極間連接母線絕緣墊塊處聚集，形成了一個不穩定接地點（見圖6），在機組低轉速時形成接地故障。

圖6

7 處理步驟

（1）解開21號磁極連接母線，取出螺栓與絕緣墊塊進行清洗，干燥。對安裝部位進行除銹并擦洗干凈，將絕緣墊塊與螺栓回裝。測量21號磁極絕緣電阻為110MΩ，測量1、2滑環間絕緣電阻為97MΩ，將磁極斷開點全部恢復后，測量轉子整體絕緣為3.6MΩ，轉子絕緣合格。

（2）機組空轉及空載試驗，機組保護裝置監測轉子絕緣電阻＞100kΩ，轉子絕緣正常。

8 故障原因分析

近期天氣潮濕，2號機組風洞濕度增大，磁軛鍵磨損出來的粉塵與空氣中的潮氣在轉子21號磁極連接母線絕緣墊塊處聚集，形成了一個不穩定接地點，造成轉子接地故障。

9 暴露的問題

（1）未充分考慮環境因素對設備運行的影響，及時調整空氣冷卻器的運行方式，合理控制風洞內溫度和濕度。

（2）設備維護不到位，清掃檢查不徹底，對設備隱蔽位置的檢查存在疏漏。

10 結語

發電機轉子是發電機的重要設備，環境因素對發電機轉子運行影響非常大，運行濕度大，溫度高，環境差，會造成轉子絕緣降低，嚴重時會引起轉子接地或短路，只有降低濕度及溫度，保持設備清潔，才能提高設備絕緣，改變運行環境后溫度為34°左右，濕度為16%左右。機組運行良好。為穩定網上運行提供強有力的安全保障。