大型水轮发电机转子金属性一点接地真机故障模拟与快速查找试验

郭钰静

(中国长江电力股份有限公司检修厂，湖北 宜昌 443002)

水轮发电机发生转子一点接地故障后，较易诱发转子两点接地[1]，进而威胁机组的安全稳定运行，因此在发电机发生转子一点接地故障后迅速采取措施，找出故障点并及时消除，以免诱发两点接地故障引起机组强烈振动、大轴磁化、转子擦伤定子铁心及烧坏转子绕组、磁极铁芯或集电环等不安全现象，保障发电机组的安全稳定运行[2]。

某大型水轮发电机投运于上世纪80年代，此次试验利用其改造增容的机会进行，该水轮发电机转子绕组有96个磁极，编号1号～96号，其中49号、50号磁极连接励磁回路正负极引线。试验过程中在转子绕组上模拟金属性接地故障，分别采用现有3种转子金属性一点接地故障查找方法进行故障查找定位对比试验，对不同的故障查找方法有效性、快速性及精确性进行横向比较，确定不同故障类型的查找方法，并对故障查找流程进行标准化，实现对故障的快速定位，大幅缩短故障查找时间[3]。

1 金属性一点接地故障模拟设置

故障设置前将转子磁轭接地，除去转子磁极不同部位油漆使其裸露，通过保险丝将磁极端部引线的裸露部分与转子磁轭连接的方式以及利用短接线将转子不同部位的裸露金属直接接地，模拟转子不同部位的接地故障。其中77号磁极引线处故障点现场模拟设置如图1所示，通过保险丝将磁极引线与磁轭螺栓连接接地。

2 交流压降法查找转子金属性一点接地故障

试验过程中，使用1 000 V摇表测量转子绝缘，转子绝缘电阻为0 MΩ，确定转子有接地故障。利用调压器，经隔离变从49号和50号磁极转子正负极引线通入1 A交流电流，回路电流使用电流表进行监测。利用FLUKE数字多用表分别测量49号磁极和50号磁极之间的电压、49号磁极对地电压、50号磁极对地电压。记录各个电压值和实际设置故障点的磁极序列号。试验接线如图2所示。

图2 交流压降法查找转子金属性一点接地故障试验接线图

通过公式利用试验数据计算出磁极接地点计算值并与实设值进行比较。

计算公式：

(1)

该方法共进行5次试验(更换其它设定接地点)。试验数据与计算结果如表1所示。

通过对表1中磁极接地点计算值与实设值进行分析比较，可以发现通过试验测得的接地点与实际设置的故障点位置存在偏差，但偏差极小，不超过左右相邻的两个磁极，交流压降法有效地缩小了故障查找范围。

3 直流压降法查找转子金属性一点接地故障

试验过程中，使用1 000 V摇表测量转子绝缘，转子绝缘电阻为0 MΩ，确定转子有接地故障。利用直流弧焊机，通过49号、50号磁极转子正负极引线对转子绕组通入200 A直流。利用FLUKE数字多用表分别测量量49号磁极和50号磁极之间的电压、49号磁极对地电压、50号磁极对地电压，并记录数据[4]。

表1 交流压降法查找转子金属性一点接地故障试验数据与计算结果

试验接线如图3所示。

本组试验共进行了6次(更换其它设定接地点)，试验数据与计算结果如表2所示。

图3 直流压降法查找转子金属性一点接地故障试验接线图

表2 直流压降法查找转子金属性一点接地故障试验数据与计算结果

通过对表2中磁极接地点计算值与实设值的分析比较，直流压降法可精确定位转子一点接地的故障点位置。分析试验原理和结果可知，在对试验数据进行处理时，磁极在视为单独个体的同时，也可视为多股线圈，在进行接地故障点查找时，结合计算结果的小数位和查找方向(计算时引用的引线磁极侧)，可准确判定接地故障点在磁极上的位置。

4 电位分布法查找转子金属性一点接地故障

用电位分布法进行转子金属性一点接地故障查找试验时，利用调压器在49号磁极与地或50号磁极与地之间通入1A交流电流，然后使用万用表自相应通入电流的转子引线端逐个测量各磁极对地电压。在不同故障点下进行2次试验。试验接线如图4所示。

图4 电位分布法查找转子金属性一点接地故障试验接线图

第1次试验：将77号磁极靠近78号磁极端引线设为故障点。从50号磁极通入1 A交流电流。用万用表自50号磁极测量各磁极对地电压。试验数据如表3所示。

数据折线图可直观看出变化趋势，如图5所示。

通过对表3中的试验数据进行分析比较，可以发现每两个磁极间电压降在1 V左右，77号磁极的对地电压已小于1 V，且77号之后的磁极对地电压都接近0 V并趋向稳定。据此可初步判定，故障点应在77号磁极靠近78号磁极侧或78号磁极靠近77号磁极侧，这与实际故障点所在磁极误差在1个磁极以内。

表3 电位分布法查找转子金属性一点接地故障第1次试验数据 V

图5 电位分布法查找转子金属性一点接地故障试验数据变化趋势图(1)

第2次试验：将16号磁极靠17号磁极端引线设为故障点。在49号磁极通入1 A交流电流。用万用表自49号磁极测量各磁极对地电压。试验数据如表4所示。

表4 电位分布法查找转子金属性一点接地故障第2次试验数据 V

数据折线图可以直观的看出变化趋势，如图6所示。

通过对表4中的试验数据及数据变化趋势进行分析比较，可以发现17号磁极的对地电压已接近0 V，且17号之后的磁极对地电压都接近0 V并趋向稳定。据此可初步判定，故障点应在17号或16号磁极，这与实际故障点所在磁极误差在1个磁极以内。

图6 电位分布法查找转子金属性一点接地故障试验数据变化趋势图(2)

5 结 语

本次真机模拟试验研究，客观、专业地检验与比较了3种转子金属性一点接地故障查找方法的有效性和精确性，在实际生产工作中，可结合各方法的有效性、精确性与可操作性等，科学合理地选择试验方法进行故障查找，以便进行后续的故障处理工作[5]。

1)在实际运行过程中，可通过对转子测量绝缘电阻判断转子发生金属性一点接地故障。

2)试验已验证了直流压降法、交流压降法或电位分布法可有效进行接地故障点的查找。

通过分析3种方法的试验原理、试验过程与试验结果，可以发现其各有优劣，其优缺点比对结果如表5所示，实际生产中可结合现场情况进行选择应用。

表5 交流压降法、直流压降法、电位分布法查找转子金属性接地故障的优缺点比对