浅谈某水电站制作发电机转子一点接地试验工具的意义和方法

覃川

摘  要：发电机转子一点接地试验作为发电厂定期工作，通过试验验证转子一点接地保护装置是否正常工作，避免转子一点接地时，运行人员不知道，不能正确按运行规程进行监视处理，以致发生转子两点或多点接地，危及发电机安全。该文针对常规一点接地试验存在的隐患，提出自制试验工具的意义和方法，以期运维人员更好地掌握转子接地保护的原理，了解转子一点接地试验的安全隐患和方法。

关键词：转子一点接地保护;试验工具;励磁系统

中图分类号：TM855              文献标志码：A

1 转子接地保护原理

1.1 转子接地保护反映的内容

当发电机转子发生一点接地故障时，并不构成电流通路，无电流流过故障点，励磁电压仍保持不变，可以继续运行，对发电机并无直接危害。但却是一种不正常的运行方式，应安排停机检查。

如果励磁绕组再发生一点接地，则将造成两点接地短路，则一部分励磁绕组被短接，导致转子励磁发生畸变，力矩不平衡，将引起机体强烈振动，严重危害发电机安全，并且由于故障点流过很大的故障电流，将产生电弧烧坏励磁线圈和转子本体，甚至引起火灾。

转子一点接地保护反映的是转子一点接地故障，转子本与大轴是绝缘的，当发生故障时，转子与大轴间电阻减小，以此电阻值为依据，判断此保护是否动作，计算接地位置并记忆，为判断转子两点接地保护做准备，将测得的a值记忆，再发生转子的另一点接地故障时，测得Δa的变化值，当Δa超过整定值时，保护装置就确认为发生转子两点接地故障，发电机应立即跳闸。转子一点接地为告警，转子两点接地为跳闸。

1.2 以乒乓式轉子接地保护为例介绍转子接地保护

通过图1可知，S1、S2是由微机控制的2个电子开关，E为转子电压，4个R为降压电阻，R1为测量电阻。当S1闭合，S2断开时，在R1端电压为U1，当S2闭合，S1断开时，在R1端电压为U2;ΔU=U1+U2=U1- EU1′/ E′（E′为变化后的电动势），通过求解以下2个不同的接地回路方程，可以计算转子接地电阻和接地位置：

接地电阻Rg=ER1/3ΔU- R1-2R/3

接地位置a=1/3+V1/3ΔU

乒乓式转子接地保护原理接线图，如图1所示。

乒乓式转子接地保护必须在机组空载后才能测得接地电阻，而直流电源注入式接地保护，因为随时有直流电源注入保护装置，因此在机组停机时依然能测得转子接地电阻。但是，当机组正常运行时，象保护装置故障或回路断线而没有报警，运行人员就不知道转子是否接地，就需要通过转子一点接地试验，验证保护装置是否正常工作。

2 常规转子一点接地试验的方法和安全隐患

发电机大轴未接地是有害的，大轴对地的电位差，可能造成大轴通过轴瓦油隙对地放电，造成轴瓦烧伤，特别是发电机定子线圈发生匝间短路时，轴电流会更大，因此，发电机大轴是经过大轴接地碳刷接地的，释放静电能量，测量发电机转子绝缘，就是将正对大轴（地）或负对大轴（地）短接，验证发电机保护装置是否正确测得接地电阻和接地位置，转子接地保护是否正确报警，测得接地电阻和接地位置是否正确，接地电阻是否为0（如装置内部无试验电阻），接地位置是否靠近转子励磁引线边缘，如不正确，证明保护装置工作不正常。

发电机转子一点接地保护接线图，如图2所示。

2.1 在保护装置端子上进行转子一点接地试验

在保护装置端子上进行转子一点接地试验，是采用短接线来短接保护装置上的“+”对“大轴”或“-”对“大轴”对应的接线端子，短接时间约大于转子一点接地保护报警时间，短接后，查看保护装置是否正常报警，测得接地电阻和接地位置是否正确，证明保护装置工作不正常。

2.2 在励磁系统屏柜端子或元件上进行转子一点接地试验

在灭磁开关引出正、负母排上可以进行转子一点接地试验，试验方法是采用短接线来短接灭磁开关上的“正母排”对“地”或“负母排”对“地”，并且，也可以在灭磁开关或励磁功率柜的连接转子正负极端子或元件上进行一点接地试验，判断方法与2.1相同。

2.3 在发电机集电环上进行转子一点接地试验

因发电机滑环属于转动部件，碳刷与滑环相连，刷架与碳刷相连，刷架是固定部件，因此，在发电机正负刷架上进行转子一点接地试验，可避免二次端子线松动断线、二次端子找错误短、中间元件或连接线故障、试验开关柜门等问题，并且可以验证接地碳刷是否与大轴接触不良，是最直观的试验方法，试验方法就是采用短接线来短接 “+刷架”对“地”或“-刷架”对“地”，判断方法与2.1相同。

2.4 常规转子一点接地试验安全隐患

无论采用哪种试验方法，只要按照正确的操作规程进行转子一点接地试验，可避免误短接，从而导致转子正负极短路或其他元件误接地的安全隐患，但是，如果在试验前保护装置就已经工作不正常或连接部件松动，不能判断转子是否已经发生了一点接地故障，此时，再进行接地试验，将会导致发电机转子两点接地，危及发电机安全。因此，进行转子一点接地试验时，应防止两点接地故障的发生。

3 制作转子一点接地试验工具的意义和方法

3.1 意义

进行转子一点接地试验，验证发电机保护装置是否正常工作，如果发电机保护装置的接地保护功能已经不正常或接地碳刷与大轴接触不良及其他连接部分松动，已有一点接地故障的存在时，在试验过程中，可防止两点接地故障的发生。通过1 kΩ～2 kΩ的接地电阻，可防止试验时导致转子两点纯金属性接地，即使一点直接接地短路，另一点经过1kΩ～2 kΩ电阻接地短路，通过2个接地点的电流不会超过1 A，不会影响发电机气隙磁场，也不会发生因过流而烧坏转子绕组的事故。

3.2 材料及作用

材料及作用见表1。

序号 材料名称 数量/单位 规格 作用

1 直流电压表 1/只 ±300 V 测量转子正对地或负对地电压（量程应大于转子额定电压）

2 直流电流表 1/只 ±500 mA 测量转子正对地或负对地电流

3 直流电阻 1/只 1 kΩ～2 kΩ 试验电阻（小于发电机转子一点接地保护报警定值、大于发电机转子两点接地保护跳闸定值、可从废弃的模件上取下并用电烙铁烙接）

4 小改刀 3/把 连接试验线，使试验时能与被试验设备接触牢固（可选用改刀头损坏并废弃的小改刀）

5 绝缘铜线 3/ m 4 mm2带绝缘层

6 小木盒 1/个 可嵌入安装数字式电压表和电流表 安装嵌入存放试验设备（也可用木板制作小木盒）

7 绝缘胶布 1/卷 包裹绝缘铜线与小改刀的不绝缘部份

8 电钻 1/把 对小木盒打孔

9 小刀 1/把 对小木盒打孔修整

3.3 转子一点接地试验工具原理接线图（图3）

3.4 转子一点接地试验工具安装示意图（图4）

4 转子一点接地试验工具的使用方法

4.1 测量转子正负极对地电压测量

当转子回路对地（大轴）绝缘很好时，正对地加上负对地小于转子额定电压，绝缘一般是正对地和负对地各为运行工况下全电压的一半。

测试结论：机组正常运行时，测量转子电压，正对地电压为正值，负对地电压为负值，2个值的绝對值应基本相同，经过在某水电站试验，如果出现2个值的绝对值之差较大或者某个值对地电压接近于0，则可认为励磁回路存在接地故障或隐患。

4.2 转子一点接地试验

当转子回路对地（大轴）绝缘很好时，那么进行接地试验就不会把试验电阻与转子之间构成通路，不会短接励磁绕组，也就不会有直流电流产生。

测试结论：（1）如果直流电流表指针有变化，根据某水电站试验结论，显示电流值的绝对值大于50 mA（测得电流I=某水电站转子正常运行电压U/1kΩ～U/2 kΩ，计算直流电流50 mA～200 mA），则可认为励磁回路存在接地故障或接地隐患;（2）进行一点接地试验时，保护装置应发出转子一点接地信号报警，保护装置测得接地位置应为试验电阻值，如不报警或测试数据不正确，证明保护装置工作不正常或连接部件松动，应及时检查处理。

综上所述，通过自制试验工具，可以避免盲目采用短接线进行转子一点接地试验，导致发生转子两点或多点接地，危及发电机安全。即使按照上述方法制作一个简易的小电阻试验工具，也能避免事故发生，有着保障安全生产的实际意义，完成试验后，作好记录，形成历史趋势数据对比，还可作为发电机运行工况分析和转子故障分析、原因查找的重要依据。

参考文献

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