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水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)接地故障原因分析及處理
沈在躍
（ 青海省西部水電有限公司康揚(yáng)水電廠 青海 811900 ）
摘要：介紹了水輪機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)接地故障的特點(diǎn)、原因分析及處理方法。
關(guān)鍵詞：水輪機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 動(dòng)態(tài)接地 分析 處理
尼那水電站樞紐位于青海省貴德縣境內(nèi)黃河干流上，距上游拉西瓦水電站4 km、龍羊峽水電站41km。壩址距西寧市公路里程124km（直線距離80km），至下游貴德縣公路里程約20km，設(shè)計(jì)正常蓄水位2235.5m，壩頂高程2238.2m，最大壩高50.9 m，總庫(kù)容0.262億m3，該電站為當(dāng)時(shí)全國(guó)在建電站單機(jī)最大的4×40MW燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī),水輪發(fā)電機(jī)是由天津阿爾斯通生產(chǎn)制造，機(jī)組自2003年5月首臺(tái)機(jī)發(fā)電以來(lái)，運(yùn)行情況良好。
水輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
水輪機(jī)型號(hào)：GZ4BN32—WP—600 ；
轉(zhuǎn)輪直徑 6m ；
最大水頭：18.1m ；
額定水頭：14.0m ；
最小水頭：12.1m ；
額定流量：316.7 m3／s；
最大出力：44000 kW ；
額定轉(zhuǎn)速：107.1 r／min ；
飛逸轉(zhuǎn)速：336.8 r／min ；
水推力（正／反）：4380 kN／5500 kN；
發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
型式：燈泡式三相交流同步發(fā)電機(jī)；
布置方式：水平方式；
旋轉(zhuǎn)方向：順?biāo)鞣较蛞暈轫槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)；
型號(hào)：SFWG40—56／6630 ；
額定容量：42.1MVA ；
額定功率：40MW ；
效率：98.05% ；
額定功率因數(shù)：0.95（滯后）；
額定電壓：10.5kV ；
額定電流：2315A ；
額定頻率：50Hz ；
絕緣等級(jí)：F級(jí) ；
1. 發(fā)電機(jī)保護(hù)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)概述
1＃水輪發(fā)電機(jī)組保采用南瑞自動(dòng)化廠生產(chǎn)的DGT801微機(jī)型保護(hù)裝置,轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)采用“注入直流”并“切換采樣”式原理，實(shí)時(shí)計(jì)算出轉(zhuǎn)子接地電阻，并可顯示。這種原理在轉(zhuǎn)子整個(gè)大軸上的靈敏度均等，當(dāng)轉(zhuǎn)子未加勵(lì)磁電壓時(shí)也能監(jiān)視轉(zhuǎn)子絕緣。該保護(hù)動(dòng)作靈敏、無(wú)死區(qū)。保護(hù)的輸入端與轉(zhuǎn)子負(fù)極及大軸連接。
動(dòng)作定值
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名稱及代號(hào) |
動(dòng)作電阻
Rg1 |
動(dòng)作電阻
Rg2 |
動(dòng)作時(shí)間
t1 |
動(dòng)作時(shí)間
t2 |
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整定范圍 |
0.1～50 |
0.1～50 |
0.1～100 |
0.1～100 |
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單位 |
KΩ |
KΩ |
S |
S |
2. 異常情況
1#機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，上位機(jī)報(bào)“1＃機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障”復(fù)歸后正常，半小時(shí)后再報(bào)同樣故障，不可復(fù)歸，檢查當(dāng)時(shí)負(fù)荷為30MW，電壓電流均正常，勵(lì)磁回路外觀檢查未發(fā)現(xiàn)異常，一小時(shí)后向調(diào)度申請(qǐng)停機(jī)處理。當(dāng)1＃機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)信號(hào)也不能復(fù)歸，停機(jī)后信號(hào)可復(fù)歸，搖測(cè)轉(zhuǎn)子絕緣大于5MΩ,維護(hù)人員對(duì)碳刷進(jìn)行處理，對(duì)集電環(huán)進(jìn)行清掃后，轉(zhuǎn)子絕緣為50MΩ,其它外觀檢查未發(fā)現(xiàn)異常，隨后1＃機(jī)開(kāi)機(jī)空轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到80％時(shí)，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地信號(hào)又報(bào)警，仍不能復(fù)歸。
3. 原因分析
根據(jù)上述異常現(xiàn)象，結(jié)合我們以往處理轉(zhuǎn)子接地故障的經(jīng)驗(yàn)，初步分析認(rèn)為，原因可能有下列三種1、轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置異常引起;2、轉(zhuǎn)子磁極外圍設(shè)備（含功率柜、FMK開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)子滑環(huán)碳刷、轉(zhuǎn)子引線等）故障引起;3、轉(zhuǎn)子磁極內(nèi)部存在接地現(xiàn)象。結(jié)合前面檢查分析，認(rèn)為轉(zhuǎn)子磁極內(nèi)部接地可能性較大，機(jī)組當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到80%時(shí)報(bào)接地信號(hào)，也有可能機(jī)組內(nèi)部受轉(zhuǎn)動(dòng)離心力的作用，而造成接地現(xiàn)象。
4. 現(xiàn)場(chǎng)檢查、試驗(yàn)及處理
首先檢查保護(hù)裝置接地（大軸）碳刷，固定可靠，接觸良好，并進(jìn)行清潔，排除了因接地碳刷固定不穩(wěn)定或沾上油污引起接觸不良而造成的“假接地”。隨后對(duì)空轉(zhuǎn)機(jī)組搖測(cè)絕緣進(jìn)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子絕緣為零，確實(shí)存在接地現(xiàn)象，排除了保護(hù)裝置異常而引起的誤信號(hào),那只有機(jī)組內(nèi)部故障而造成的。
機(jī)組停機(jī)對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行外觀檢查，尤其是對(duì)勵(lì)磁引線重點(diǎn)檢查，由于是燈泡貫流式機(jī)組，結(jié)構(gòu)緊湊，相對(duì)檢查困難。接著對(duì)轉(zhuǎn)子磁極外圍設(shè)備（含功率柜、FMK開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)子滑環(huán)碳刷、轉(zhuǎn)子引線等）進(jìn)行認(rèn)真檢查，轉(zhuǎn)子回路整體外觀無(wú)發(fā)現(xiàn)明顯接地現(xiàn)象及局部放電痕跡，磁極連板緊固，與擋風(fēng)板沒(méi)有劃傷痕跡，也無(wú)松動(dòng)情況，氣隙內(nèi)無(wú)明顯劃傷痕跡，也未發(fā)現(xiàn)內(nèi)有異物。對(duì)轉(zhuǎn)子滑環(huán)、碳刷、刷架進(jìn)行吸掃，并對(duì)勵(lì)磁引線進(jìn)行詳細(xì)檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常，發(fā)電機(jī)內(nèi)部引流板固定可靠，接頭牢固，再搖測(cè)轉(zhuǎn)子絕緣大于100 MΩ,再進(jìn)行開(kāi)機(jī)試驗(yàn)，同樣當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到80%時(shí)報(bào)接地信號(hào)，不能復(fù)歸。我們一致判定是磁極接地，而且是非金屬性接地，故障原因有兩個(gè)1、磁極內(nèi)部絕緣有問(wèn)題，可能是其制造安裝工藝質(zhì)量造成2、磁極松動(dòng)，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)后受離心力的作用而造成。
當(dāng)時(shí)也向機(jī)組生產(chǎn)廠家作了情況反映，聽(tīng)取了他們的分析和判斷也與我們基本相同，機(jī)組共有56個(gè)磁極，采取排除法進(jìn)行逐個(gè)磁極檢查，首先對(duì)半排除在42號(hào)和14號(hào)磁極聯(lián)板處斷開(kāi)，對(duì)機(jī)組開(kāi)機(jī)試驗(yàn)，在引線處搖測(cè)轉(zhuǎn)子絕緣大于100 MΩ，即故障點(diǎn)說(shuō)明在14號(hào)至42號(hào)磁極內(nèi)，再停機(jī)后將42號(hào)和14號(hào)磁極聯(lián)板進(jìn)行聯(lián)接，再對(duì)23號(hào)聯(lián)板和37號(hào)聯(lián)板處斷開(kāi),開(kāi)機(jī)后發(fā)現(xiàn)正極對(duì)地絕緣為零，負(fù)極正常，即接地點(diǎn)在14號(hào)至23號(hào)磁極之間，經(jīng)過(guò)反復(fù)開(kāi)停機(jī)試驗(yàn)，最終確定接地磁極為17號(hào)，將此磁極斷開(kāi)后，開(kāi)機(jī)絕緣正常。
從上下游對(duì)17號(hào)磁極進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常，搖測(cè)其絕緣也正常（停機(jī)），表面有一些油污（由于機(jī)組發(fā)導(dǎo)軸承漏油造成，其它磁極均有油污），用高壓風(fēng)進(jìn)行了吹掃，表面有酒精進(jìn)行油污清理，再將磁極聯(lián)板聯(lián)接后開(kāi)機(jī)，轉(zhuǎn)子絕緣均為零。確定其內(nèi)部故障，于是決定更換磁極。
對(duì)17號(hào)磁極吊裝至安裝間，用2500V搖表測(cè)其絕緣也均正常。請(qǐng)專業(yè)人員嚴(yán)格按照規(guī)范對(duì)其重新進(jìn)行絕緣處理，并進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)蛪杭爸绷麟娮铚y(cè)試，各項(xiàng)測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常，回裝后解除安全措施，開(kāi)機(jī)試驗(yàn)，轉(zhuǎn)子接地現(xiàn)象消除，機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行正常，再也沒(méi)有出現(xiàn)一點(diǎn)接地現(xiàn)象。
5. 結(jié)束語(yǔ)
從這次水輪機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)接地故障的處理過(guò)程來(lái)看，由于轉(zhuǎn)子磁極制造、檢修安裝工藝質(zhì)量不高，加上機(jī)組內(nèi)部漏油，易在轉(zhuǎn)子磁極上形成油污，轉(zhuǎn)子磁極在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中受離心力及電磁力、機(jī)械力引起振動(dòng)的共同作用下，造成磁極松動(dòng)，絕緣損壞后產(chǎn)生接地故障。這種動(dòng)態(tài)接地故障與磁極旋轉(zhuǎn)有關(guān)，靜止?fàn)顟B(tài)下接地消失，這就給故障點(diǎn)的查找和處理增加了難度，這種轉(zhuǎn)子故障案例也比較罕見(jiàn)，在此將此次處理的過(guò)程和結(jié)果與大家共勉，共同學(xué)習(xí)。
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