灯泡贯流式水轮发电机定子接地故障分析与处理

李园

摘 要 水轮发电机是水电厂发电系统中的重要组成部分，针对目前水电站中比较常用的灯泡贯流式水轮发电机运行中容易出现的定子接地故障，分析其产生原因和特点，并针对这些原因提出了相应的处理方法以及其运行中的保护方法，以供参考。

关键词 灯泡贯流式；水轮发电机；定子接地故障；分析与处理

前言

在目前低水头大流量的水电站建设中，通常选用的是贯流式水轮发电机组，并且将发电机组安装在密封的、外形类似灯泡的壳体中，并且将水轮机安装在灯泡的插口处的发电机组称之为灯泡贯流式机组。此种水轮发电机组具有较为广泛的水头使用范围，以及较大的发电效率。但是在目前水轮发电机组的装机容量不断增加且机组参数也不断增大的形势下，水力发电的压力也不断增加，使得定子绕组的电容量随之增加而单相接地的保护措施的灵敏度且不断下降。这就会导致在单相接地电流走量不断增加的同时，降低定子铁芯的安全功能，从而导致故障的发生而造成危害。就需要针对其特点对其原因进行分析，然后采取相应的措施进行处理。

1 水轮发电机的故障分析和处理

由于灯泡贯流式水轮发电机的体积较大、结构也较为复杂，因而影响其正常运行的因素也较多，不仅会受到其自身结构中的机械、电气以及燃料部分的影响，而且会受到运行环境中天气等自然因素的影响。这就需要在掌握水轮发电机工作原理和性能的基础上，针对其运行中不同故障原因和影响因素进行分析，尤其针对其运行中比较常见的定子接地故障的不同原因，采取相应的方法进行处理。

1.1 水轮发电机工作超负荷问题的分析和处理

水轮发电机运行中工作超负荷的现象比较常见，其主要是指其电机中的工作电流为额定电流的1.1倍及以上并且发电机发出相应的警报的现象，此时就证明发电机已经处于超负荷运行的状态。此时就需要针对警报情况和位置对故障原因进行查找，如果经过检查检查之后没有发现设备运行中的异常现象，为了对故障原因进行深入分析，就需要对电流的磁力流量进行减少，在发电机不做功的情况下对其电流是否达标的情况进行检查，此时如果工作电流仍然超出额定电流，就需要通过降低电机的负荷来对此问题进行处理。此外，还需要在发电机运行中对其电压、电流速度的变化情况进行监测，如果电压或者电流速度的变化不断加快，就需要对功率的额定值进行减少，如果此时仍然不能将故障进行排除，就需要进行备用设备的启动，然后对此设备进行拆解分析。

1.2 转子接地故障的分析和处理

发电机的转子接地故障也是水轮发电机运行中比较常见的故障，其主要分为一点接地和两点接地，以及分为瞬间、永久以及断续等不同的接地故障类型。在发生此种故障类型时主要表现在无法形成回路且故障点的电流无法流通且系统只能短时间作用的问题。而且可能会导致发电机转子的电压变化而引起两点接地故障的发生，从而引发更为严重的磁力不平衡以及设备振动和发热等问题。此时不仅计算机会发出相应的报警以及在显示屏上显示转子解接地故障的报警信息，而且装置的电流流通也会随之扩大并导致电压和功率逐渐降低。还通常会伴随着设备振动以及噪音增加，甚至会导致磁场不平衡的问题。此时可以尝试对转子接地的信号进行更改，如果无效就需要将它变为永久基地，然后对转子电压值进行测量，以及对磁流回路和接地部分的性质和部位进行检查，而且由于检查时间通常较长在2h左右，所以还要做好停机的准备，如果在此时间内没有将故障排除就需要进行停机处理。

1.3 发电机温度过高和定子接地故障的分析与处理

在水轮发电机组运行中发生定子接地故障时主要表现为瞬间接地、永久接地和断续接地三种情况，此时不仅会发出相应的警报，而且表现为机组温度也会随之上升并发出相应的信号，以及其他的线圈、定子铁芯温度以及定子接地短路等计算机信号。如果此时对定子电压的平衡数值进行测量会显示为零。此时如果经过检查发现发电机运行中只是定子电流超出正常范围，则只需要对其进行调整。而如果还伴随有温度装置故障，比如是冷却装置出现故障，就需要通过自检来检查阀门调节是否正常，以及阀门是否出现堵塞或阀芯脱落等问题，并通过对水阀的水进行加压来对冷却水进行启动。如果定子中心的温度超过120℃就需要停止进行检修，并且还要在定子短路故障时对备用电机进行启动并对其故障进行快速排除，然后再进行重新启动[1]。

2 水轮发电机定子单相接地的保护方法

2.1 零序电流定子接地保护

母线发电机内部直接连接着定子单相接地的线圈，所以此种故障通常也发生在电机内部，并且表现在外界元件的电源组变大时就会导致其接地电流变大并超过额定电流的数值，此时就会起到相应的零序电流定子接地保护系统，通过对电机中间点位置具有较小的接地电流的特点，实现对定子接地故障的保护。

2.2 外加电源的定子接地保护

定子接地故障发生时会在计算机中产生一定的信号，而正常工作时回路与大地之间的外加信号源中是没有电流的，故障电流则会维持其正常工作，所以通常需要外加一定频率的电源，而且对此电源也提出了较高的要求。此种保护方式具有较高的灵敏度，还能实现对电力老化问题的监督，对发电机的性能起到改善和保护作用，提高其运行的可靠性。

2.3 新原理技术对定子的保护

根据水轮发电机出现定子接地故障时的信息和特点，可以实现对上述信息和特点的识别与处理，所以基于此原理就发明出一种新型的保护系统，通过对定子绕组单相接地故障的研究来对其进行保护。不仅实现对品类中信号的区分，将低频和高频率的数据信息进行分类整理，并将传统保护中的干扰数据进行过滤，提高保护动作的准确性和反应速度[2]。

3 结束语

灯泡贯流式水轮发电机运行中的定子繞组接地故障一直是困扰相关技术和工作人员的难题之一，针对其引发原因和特点，在采取相应的处理促使并制定相应的预防方案的同时，也在不断对其定子绕组的保护方法进行研究，并且在相关理论和技术水平不断提高的同时也提高了对电子绕组的保护和故障分析能力，希望能够给同行提供一定的借鉴作用。

参考文献

[1] 金敏霞，王建伟.机组定子绕组单相接地故障的诊断与处理[J].水电站机电技术，2017，（11）：21-22.

[2] 张鑫.灯泡贯流式水轮发电机转子动态一点接地故障的分析与处理[J].低碳世界，2016，（32）：118-119.