水轮发电机转子动态接地故障原因分析及处理 
　　沈在跃
　　（ 青海省西部水电有限公司康扬水电厂    青海  811900 ）

　　摘要：介绍了水轮机发电机转子动态接地故障的特点、原因分析及处理方法。

　　关键词：水轮机发电机转子 动态接地 分析 处理

　　尼那水电站枢纽位于青海省贵德县境内黄河干流上，距上游拉西瓦水电站4 km、龙羊峡水电站41km。坝址距西宁市公路里程124km（直线距离80km），至下游贵德县公路里程约20km，设计正常蓄水位2235.5m，坝顶高程2238.2m，最大坝高50.9 m，总库容0.262亿m3，该电站为当时全国在建电站单机最大的4×40MW灯泡贯流式水轮发电机,水轮发电机是由天津阿尔斯通生产制造，机组自2003年5月首台机发电以来，运行情况良好。

　　水轮机主要技术参数

　　水轮机型号：GZ4BN32—WP—600 ；

　　转轮直径 6m ；

　　最大水头：18.1m ；

　　额定水头：14.0m ；

　　最小水头：12.1m ；

　　额定流量：316.7 m3／s；

　　最大出力：44000 kW ；

　　额定转速：107.1 r／min ；

　　飞逸转速：336.8 r／min ；

　　水推力（正／反）：4380 kN／5500 kN；

　　发电机主要技术参数

　　型式：灯泡式三相交流同步发电机；

　　布置方式：水平方式；

　　旋转方向：顺水流方向视为顺时针旋转；

　　型号：SFWG40—56／6630 ；

　　额定容量：42.1MVA ；

　　额定功率：40MW ；

　　效率：98.05% ；

　　额定功率因数：0.95（滞后）；

　　额定电压：10.5kV ；

　　额定电流：2315A ；

　　额定频率：50Hz ；

　　绝缘等级：F级 ；

　　1.     发电机保护转子接地保护概述

　　1＃水轮发电机组保采用南瑞自动化厂生产的DGT801微机型保护装置,转子一点接地保护采用“注入直流”并“切换采样”式原理，实时计算出转子接地电阻，并可显示。这种原理在转子整个大轴上的灵敏度均等，当转子未加励磁电压时也能监视转子绝缘。该保护动作灵敏、无死区。保护的输入端与转子负极及大轴连接。

　　动作定值

　

名称及代号	动作电阻 Rg1	动作电阻 Rg2	动作时间 t1	动作时间 t2
整定范围	0.1～50	0.1～50	0.1～100	0.1～100
单位	KΩ	KΩ	S	S

　　2.     异常情况

　　1#机并网运行，上位机报“1＃机转子一点接地故障”复归后正常，半小时后再报同样故障，不可复归，检查当时负荷为30MW，电压电流均正常，励磁回路外观检查未发现异常，一小时后向调度申请停机处理。当1＃机空转时信号也不能复归，停机后信号可复归，摇测转子绝缘大于5MΩ,维护人员对碳刷进行处理，对集电环进行清扫后，转子绝缘为50MΩ,其它外观检查未发现异常，随后1＃机开机空转，当转速达到80％时，转子一点接地信号又报警，仍不能复归。

　　3.     原因分析

　　根据上述异常现象，结合我们以往处理转子接地故障的经验，初步分析认为，原因可能有下列三种1、转子接地保护装置异常引起;2、转子磁极外围设备（含功率柜、FMK开关、转子滑环碳刷、转子引线等）故障引起;3、转子磁极内部存在接地现象。结合前面检查分析，认为转子磁极内部接地可能性较大，机组当转速达到80%时报接地信号，也有可能机组内部受转动离心力的作用，而造成接地现象。

　　4.     现场检查、试验及处理

　　首先检查保护装置接地（大轴）碳刷，固定可靠，接触良好，并进行清洁，排除了因接地碳刷固定不稳定或沾上油污引起接触不良而造成的“假接地”。随后对空转机组摇测绝缘进发现转子绝缘为零，确实存在接地现象，排除了保护装置异常而引起的误信号,那只有机组内部故障而造成的。

　　机组停机对其内部进行外观检查，尤其是对励磁引线重点检查，由于是灯泡贯流式机组，结构紧凑，相对检查困难。接着对转子磁极外围设备（含功率柜、FMK开关、转子滑环碳刷、转子引线等）进行认真检查，转子回路整体外观无发现明显接地现象及局部放电痕迹，磁极连板紧固，与挡风板没有划伤痕迹，也无松动情况，气隙内无明显划伤痕迹，也未发现内有异物。对转子滑环、碳刷、刷架进行吸扫，并对励磁引线进行详细检查，均未发现异常，发电机内部引流板固定可靠，接头牢固，再摇测转子绝缘大于100 MΩ,再进行开机试验，同样当机组转速达到80%时报接地信号，不能复归。我们一致判定是磁极接地，而且是非金属性接地，故障原因有两个1、磁极内部绝缘有问题，可能是其制造安装工艺质量造成2、磁极松动，当机组转动后受离心力的作用而造成。

　　     当时也向机组生产厂家作了情况反映，听取了他们的分析和判断也与我们基本相同，机组共有56个磁极，采取排除法进行逐个磁极检查，首先对半排除在42号和14号磁极联板处断开，对机组开机试验，在引线处摇测转子绝缘大于100 MΩ，即故障点说明在14号至42号磁极内，再停机后将42号和14号磁极联板进行联接，再对23号联板和37号联板处断开,开机后发现正极对地绝缘为零，负极正常，即接地点在14号至23号磁极之间，经过反复开停机试验，最终确定接地磁极为17号，将此磁极断开后，开机绝缘正常。

　　从上下游对17号磁极进行检查，均未发现异常，摇测其绝缘也正常（停机），表面有一些油污（由于机组发导轴承漏油造成，其它磁极均有油污），用高压风进行了吹扫，表面有酒精进行油污清理，再将磁极联板联接后开机，转子绝缘均为零。确定其内部故障，于是决定更换磁极。

　　对17号磁极吊装至安装间，用2500V摇表测其绝缘也均正常。请专业人员严格按照规范对其重新进行绝缘处理，并进行试验耐压及直流电阻测试，各项测量试验数据正常，回装后解除安全措施，开机试验，转子接地现象消除，机组并网发电运行正常，再也没有出现一点接地现象。

　　5.     结束语

　　从这次水轮机发电机转子动态接地故障的处理过程来看，由于转子磁极制造、检修安装工艺质量不高，加上机组内部漏油，易在转子磁极上形成油污，转子磁极在旋转过程中受离心力及电磁力、机械力引起振动的共同作用下，造成磁极松动，绝缘损坏后产生接地故障。这种动态接地故障与磁极旋转有关，静止状态下接地消失，这就给故障点的查找和处理增加了难度，这种转子故障案例也比较罕见，在此将此次处理的过程和结果与大家共勉，共同学习。

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