发电机转子绕组一点接地事故的分析及查找方法

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２９卷第８期　２００７年８月　水利电力机械　ＷＡＴＥＲ　Ｃ０ＮＳＥＲＶＡＮＣＹ＆ＥＩ　ＣＴＲＩＣ　Ｐ０ＷＥＲ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　Ｖ０Ｉ．２９　Ｎｏ．８　Ａｕｇ．２００７　・电气与控制・　发电机转子绕组一点接地事故的分析及查找方法　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｒｏｔｏｒ　ｏｎｅ　ｐｏｉｎｔ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｆａｉｌｕｒｅ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｃｈｅｃｋｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　孟源源，刘炜　ＭＥＮＧ　Ｙｕａｎ—ｙｕａｎ，ＬＩＵ　Ｗｅｉ　（广东电网公司电力试验研究所，广东广州５１０６００）　（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｔｅｓｔ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６００，Ｃｈｉｎａ）　摘要：同步发电机转子绕组接地是一种常见的电气故障，它将危及电机和系统的安全，因此分析转子接地　故障的机理具有重要的现实意义。介绍了发电机转子一点接地的原因、类型以及目前常用的查找方法，并对　方法的改进提出了自己的建议和看法。　关键词：发电机；转子绕组；接地；查找　中图分类号：ＴＫ２６３．６　ｌ　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—６４４６（２００７）０８—００６０—０３　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｒｏｔｏｒ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｉｓ　ａｎ　ｃｏｍｍｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｆａｉｌｕｒｅ，ｉｔ　ｍａｙ　ｄａｍａｇｅ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒ—　ａｔｏｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ．Ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎ　ｏｆ　ｒｏｔｏｒ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅａｎｓ　ｔｏ　ｓｅｅｋ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｈｅ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｂｉｔ　ｈａｓ　ｒｅａｌ　ｍｅａｎｉｎｇ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎ　ａｎｄ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆａｉｌｕｒｅ，ａｎｄ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｍｅａｎｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｒｏｔｏｒ；ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ；ｌｏｃａｔｉｏｎ　０　引言　即接地与转速、温度等因素有关，转子有时出现接地　故障，有时故障又自动消失。不稳定接地又可分成　（１）高转速时接地。当发电机转子静止或低速　发电机转子回路一点接地故障是发电机转子回　以下几种：　路的一种绝缘破坏故障。虽然一点接地不能形成接　地电流通路，励磁电压仍然正常，对发电机并无直接　旋转时，转子绕组的绝缘电阻值正常。但随着转速　危害，但由于各部分对地泄漏电阻不均匀，绕组各部　升高，其绝缘电阻值降低。当达到一定转速时，绝缘　分的对地电压有所改变，有相继引发第２点接地故　电阻值下降至零（或接近于零）。这种情况大多数是　障的危险。当励磁绕组发生２点故障时，部分转子　由于在离心力的作用下，线圈被压向槽楔底面和护　绕组短接，铁芯气隙磁通不均匀，引起振动，产生的　环内侧，导致有绝缘缺陷的线圈接地。这种接地多　流过故障点的短路电流会烧伤转子本体，造成严重　数发生在槽楔和两侧护环下的上层线匝上。　后果。因此，发电机必须安装转子一点接地保护。　（２）低转速时接地。当发电机转子处于低转速　旋转或静止时，转子绕组绝缘电阻为零或接近于零，　随着转速的上升，其绝缘电阻值升高，当达到一定的　转速时，绝缘电阻值上升到正常值。这种情况大多　ｌ　转子绕组一点接地的类型、原因及预防　１．１转子绕组一点接地的类型　Ｉ．Ｉ．Ｉ　按稳定性分为稳定接地和不稳定接地　是由于在离心力的作用下，磁极线圈离开转子磁轭，　稳定接地是指转子绕组的接地与转速、温度等　使接地点与地之间有一定的缝隙，从而使接地故障　因素均无关。这种接地容易测试和消除，所以一般　消失。这类接地多数发生在槽部的下层或槽底的线　都希望把不稳定接地变成稳定接地。　不稳定接地是指接地故障与转子的状态有关，　收稿日期：２００７—０５—３Ｏ　匝上。　（３）高温时接地。当发电机转子绕组温度较低　作者简介：孟源源（１９８０一），男，安徽淮北人，广东电网公司电力试验研究所助理工程师，工学硕士，从事高压试验研究方面的工作　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２９卷第８期　孟源源，等：发电机转子绕组一点接地事故的分析及查找方法　・６１・　时，其绝缘电阻值正常，随着温度升高，其绝缘电阻值　降低。当达到一定温度时，绝缘电阻值下降至零（或　接近于零）。这种情况大多是由于转子绕组随着温度　上升而增长（膨胀），当增长到一定数值时，便发生了　接地。这类接地多数发生在转子２侧的端部。　根据以上原因分析，预防措施也可从以下３方　面进行：　（１）及时清扫转子积尘。　（２）防止转子受潮。　（３）加强连接电缆的绝缘保护。　（４）与转速和温度均有关的接地。当转子绕组　在转速和温度共同作用下才发生接地，即与离心力　和受热变形均有关，这种接地多发生在端部线匝上。　２转子绕组一点接地的查找、保护及建议　２．１直流电桥检测法　１．１．２按接地电阻值分为高阻接地和低阻接地　高阻接地，又称为非金属性接地。发生接地故　利用平衡电桥检测转子一点接地的原理如图１　所示。尺为平衡电桥两臂，励磁绕组对地绝缘电阻　障后测量转子对地绝缘电阻接近正常值（０．５　ＭＱ），　一为分布参数，为简化问题，将此电阻用集中参数尺　表示。正常情况下，励磁绕组对地绝缘良好，电桥平　衡，继电器可靠不动作。当励磁绕组在　点经过渡　电阻尺　接地时，电桥平衡破坏，继电器Ｊ中有电流　般为０．２　ＭＱ以上。产生高阻接地的主要原因是　转子发生故障后，当电压消失时故障处的绝缘自动　恢复一定的绝缘性能或故障处２层靠在一起的绝缘　同一位置同时存在缺陷，当测量绝缘电阻时，２处存　在缺陷的绝缘存在微小的错位，使得转子对地绝缘　电阻较高。　低阻接地，又称为金属性接地。这种接地的接　地电阻值很低，一般低于０．２　ＭＱ，甚至接近零，另　流过，做出保护动作。显然，越靠近转子绕组正端或　负端接地时，电桥不平衡程度越大，继电器Ｊ中流过　的电流也越大，继电器动作越灵敏。但转子绕组中　点即使发生金属性短路故障，由于转子绕组本身的　结构对称，电桥保持平衡，保护将不动作，可见这种　电桥平衡式的保护有动作死区。　转子绕组　转子绕组　外，有些转子绕组绝缘整体受潮，也可使转子对地绝　缘电阻较低。　１．１．３按接地位置分为转子绕组本身接地、　滑环刷架或励磁回路接地　转子绕组本身接地主要有转子大轴引线　接地、磁极间联接线接地、磁极内套绝缘损伤　接地、磁极线圈上层和下层层面接地。　滑环刷架接地主要由于滑环或刷架绝缘　套管积灰、油污、破裂或受潮造成。　励磁回路接地主要包括励磁电缆接地、　灭磁开关处接地等。　１．２转子绕组一点接地原因及预防　从实际情况来看，引起发电机转子绕组一点接　地的原因大致有以下３个方面：　（１）磁极绕组与绝缘垫积尘受潮。由于发电机　ｂ故障状态　图１直流电桥检测转子一点接地原理图　为消除死区，可将平衡电桥中的电阻尺改为电　容，利用电容的充放电与转子电压脉动的特点达到　消除死区的目的。由于在该原理下不同的短路点及　继电器灵敏度不同，对于不同的励磁电压，其灵敏度　也不同。因此，该方法对于大型机组来说是不够完　善的方法。　２．２直流压降法　运行时冷却风不断带人灰尘，且室内空气湿度较大，　灰尘容易受潮，因而使绝缘性能下降，长时间运行就　可能会出现绕组一点接地。　（２）集电环与电刷架粘上电刷粉。发电机运行　时，集电环磨下的电刷粉较多，不及时清扫就会连成　片，把集电环与电刷架连通而导致接地现象。　（３）集电环与磁极绕组的电缆引线破损。电缆　直流压降法是测转子绕组接地的一种非常适用　的方法，这种试验方法易操作，它能直接测出接地点　的接地电阻值，并且可确定接地点在转子绕组中距　滑环的大概距离。试验接线如图２所示。图２中　，　，　引线上常粘上一些渗漏的透平油，长时间处在较高　温工作环境中便会产生裂缝，裂缝中又渗入油泥，最　后导致电缆通过油泥接地。　是３块内阻相同且量程相同的电压表；ＺＱ　是发电机转子绕组；１和１　是发电机２端滑环；Ｒ　是　维普资讯 http://www.cqvip.com ・６２・　水利电力机械　２００７年８月　发电机转子绕组的接地电阻。　图２直流压降法原理接线图　如图，当转子绕组２端施加直流电压后，测量出　Ｕ，Ｕ　和Ｕ　，根据下式可计算出接地点的接地电阻。　Ｒａ＝Ｒ　一　），　（１）　式中：　Ｕ——在两滑环间测量的电压，Ｖ；　Ｕ　——正滑环对轴（地）测量的电压，Ｖ；　Ｕ　——负滑环对轴（地）测量的电压，Ｖ；　Ｒ　——接地点的接地电阻，ｎ；　Ｒ　——电压表的内阻，ｎ。　当Ｒ　为零时（即发生金属性接地），可按式（２）　计算出接地点距正（＋），负（一）滑环与转子绕组总　长度Ｌ　（距离）的比值　＋，　一。　』　。。％，　０％　而　Ｌｌ　。。％，　（３）　Ｌ２：　×１００％　所以　』ＬＬ２＝Ｌ　＝　＋‘　。　（４）　・Ｌ　式中，Ｌ　，Ｌ　为接地点距正、负滑环的大概距　离；　为转子绕组总长度。　计算出Ｌ　，Ｌ　后，再根据转子绕组的几何尺寸，　即可分析确定接地点沿转子轴向和径向的大致　距离。　当Ｒ　不为零时，需考虑流过Ｒ　压降的影响，然　后按上面计算方法，同样可计算出　，　长度。　实际使用时，采用直流压降法需注意以下几项：　（１）测量用的电压表要同内阻、同量程，并且内　阻不应小于１００　ｋｆｌ，以减小测量误差。　（２）要在滑环上直接测电压，电压表与滑环的　接线应牢固，尽量减小接触电阻，以减小误差。　（３）为减小误差，测量时必须退出２点接地保　护，但一定要采取技术措施，防止试验回路发生另一　点接地。　另外，在转子有通风孔的情况下，在电厂内还可　以考虑在对绕组通直流电后，通过风孔测量每个线　圈的对地电压，这样可以准确地确定接地点所在的　线圈及位置。　３结束语　发电机转子绕组接地是电机制造和电厂运行过　程中常见的一种电气故障。发电机转子在制造过程　或电厂运行过程中如果发生一点接地故障，采用以　上方法能简便、灵敏、可靠、快速地查找出接地点，从　而有利于及时排除故障。但测量时首先应注意保证　接触良好，电压、电流稳定，更要考虑多方面的干扰　因素和仪器误差，以保证测量的精度，确保测量数据　的确性。　参考文献：　［１］电气设备预防性试验方法［Ｍ］．北京：中国电力出版　社，１９９４．　［２］郗常骥．汽轮发电机故障实例与分析［Ｍ］．北京：中国　电力出版社，２００２．　［３］谈文华．新编实用电气技术［Ｍ］．北京：机械工业出版　社，１９９６．　（编辑：王书平）