发电机转子一点接地故障分析与处理

代小兵

(内蒙古兰太热电厂，内蒙古 阿拉善 750336)

发电机在长期运行过程中，由于转子受潮、绝缘老化以及机械振动等诸多方面的原因，容易造成转子对地绝缘水平的降低进而引发转子接地故障。发电机转子发生一点接地故障时，因为一点接地不形成电流回路，故障点无电流通过，励磁机继续保持正常状态，对发电机不会造成直接的危害，故不影响机组的正常运行。接地故障对地电压降低，非故障对地电压升高；当发生金属性接地时，接地极的电压为零，非故障极电压升高为转子电压。

1 发电机转子一点接地的危害

(1)破坏发电机气隙磁场的对称性， 使气隙磁场发生畸变，气隙磁通失去平衡，引起发电机剧烈振动，使电机损坏、无功出力降低。汽轮发电机励磁回路两点接地还可引起轴系和汽机磁化，后果严重。

若装有横差保护，还会引起其误动，因此，转子一点接地保护动作后要将横差保护加上一个短的延时，防止误动。

(2)两点接地造成非短路的绕组电流增大，如果流过转子本体的短路电流大 ( 通常以1 500 A为界限 )，热效应烧损转子的同时还会使转子发生缓慢变形，造成偏心增大，加剧振动。另外，还可能损坏其他励磁装置，导致失磁故障，危及发电机和系统的安全。为确保发电机的安全运行，当发电机转子绕组发生一点接地时，应发出信号，运行人员立刻进行处理;若发生两点接地应立即停止发电机的运行。因此， 发电机装设转子一点接地和两点接地保护是非常必要的。

2 转子一点接地的现象

发电机发生转子一点接地时，总控单元后台发信报警，“发电机转子一点接地”警铃响起，表计指示无异常。转子回路一点接地时未形成电流回路，发生的故障接地点没有电流过，励磁机和发电机均正常运行。此时，运行人员遵循操作规则执行检查 “转子一点接地”保护信号是否能够复归。 若能复归，则为瞬时接地 ;若不能复归， 应检查转子一点接地保护是否正常，经运行人员对发电机保护屏总复归按钮进行复归后信号消失未再报警。通过万用表测量转子正、负极对地电压均为51 V， 查看保护装置内测量转子电压正负极电压为102 V,a=50%,接地位置未发生变化、转子电压正负级测量均显示正常。初步可判断为发电机转子为瞬时接地。鉴定是否发生了接地，某极对地电压降到零，另一极对地电压升至全电压(正、负极之间的电压值)，说明确实发生一点接地。

3 转子一点接地故障分析

(1)发电机正常运行时，由于转子转速高，机械应力大，承受的电负荷又重，因此励磁机的绕组绝缘易受破坏。另外，由于转子的滑环和电刷的高速运动，使电刷磨损较大，磨下来的碳粉聚集在滑环和刷架上加之有其他的粉尘，使该处绝缘电阻降低，造成了转子绝缘下降发生直接接地故障。转子一点接地后不会产生短路电流，但接地后，作用在励磁机绕组对地绝缘电压有所增加，容易引起绝缘薄弱点的击穿造成两点接地。

(2)转子接地保护采用切换原理，工作电路图如图1。

图1 工作电路图Fig.1 Working circuit diagram

切换图中的S1、S2电子开关，得到相应的回路方程，通过求解，可得到转子的接地电阻Rg,接地位置a。转子一点接地设有两段动作值，灵敏段动作于报警，普通段可动作于信号也可动作于跳闸。

(3)励磁回路对地绝缘情况。利用直流电压方法测量正负极之间的电压U+-，正对地电压U+，负对地电压U-，利用公式：

计算出励磁回路绝缘电阻。根据以上公式可得如下结论：

U++U-=转子电压，R=0，励磁回路有一点金属接地。

U++U->0或<转子电压；R绝缘电阻下降。

U+>U-，接地点越靠近负极；U+

U-=0，绝缘降低点就在负极或负极头几匝线圈上；U+=0，绝缘降低点就在正极或正极的头几匝线圈。

轴电压的测量检查油膜电压及轴承对地绝缘情况。轴电压是指发电机在全速旋转时，在发电机转子两侧形成的电位差，轴电压的幅值过大时，轴承油膜将被破坏。在轴承对地绝缘不良的情况下，轴电压产生的电流会引起轴颈表面和轴瓦的电烧伤，因此对轴电压进行测量，检查轴承对地绝缘是十分有必要的。

测量发电机轴电压时，简易的轴系统见图2(a)。在测量轴电压时，可将轴电压理解成一电势E，将油膜理解成等值可变电阻RL(励侧)和RC(汽侧)，将轴瓦对地绝缘垫理解成绝缘电阻RJ，则测量轴电压的等效电路图如图2(b)。

图2 轴系统及轴电压Fig.2 Shaft system and shaft voltage

测量方法：

①用高内阻电压表测量轴二端电压即bc点电压，得发电机转子轴电压U1。

②将发电机励磁机侧油膜短接(即ab点短接)，将发电机汽机侧油膜短接(即cd点短接)；用电压表测量发电机励磁机侧轴瓦对地电压即ae点电压U2，可检测绝缘垫对地绝缘情况，当U2

③取下励磁机侧短接线，测ae点电压，得U2′，将U1—U2′得励磁机侧油膜压降。

④同理，取下汽机侧短接线，接上励磁机侧短接线，测ae点电压，得U2″，将U1—U2″得汽机侧油膜压降。

4 转子一点接地故障的处理

通过对发电机转子一点接地的原理、励磁机回路对地绝缘情况分析及轴电压的测量、轴承对地的绝缘情况分析比较，运行人员将转子一点接地报警信号复归后，配合电气专业工作人员首先对发电机、励磁机逐项排查处理，励磁机四周未发现异常情况，转子接地碳刷接触良好，转子电压均显示正常，经检查发现励磁滤网护罩内电刷磨损下来的碳粉集聚在金属滤网护罩上，在保证人身和设备安全的前提下及时对励磁机滤网碳粉进行清理，清理过程中防止再次发生瞬间接地故障，碳粉清理采取间断性清理。

通过侧脸励磁机回路正对地、负对地的电压均很小，证明励磁回路绝缘阻值R很大，对地绝缘良好，可排除励磁机回路对地绝缘不良故障。

通过对轴电压的测量数值在合格范围，查看轴瓦内部油的检测报告，油质合格。

5 故障处理经验教训

(1)制定发电机励磁机尾部碳粉积灰清理，按照维护保养计划开展定期检查清扫工作。

(2)发电机正常运行时，应经常测量励磁回路对地绝缘电阻，其阻值不低于0.5 MΩ，定期采用气源管吹扫可能因污染其他的原因而接地部位。

(3)发电机起立升压过程中定期切换励磁机A/B套励磁机装置，保证A/B套励磁机装置在故障时无扰动进行自动切换。

(4)加强对发电机接地碳刷的日常维护检查，定期检查发动机大轴接地碳刷的压力和磨损情况、清理大轴上的油污，保证大轴可靠接地从而消除转子上由叶片产生的静电荷。

(5)启机前对励磁机座所衬垫的绝缘垫与励磁机壳体、螺栓进行绝缘遥测。

(6)加强电气运行人员对发电机故障时的应急处置能力的先关培训学习。