任亚伟 黄春光
四川川投田湾河开发有限责任公司 610213
[摘要]发电机转子一点接地时，作为直流系统虽无电容电流的危害，允许继续运行。但若不及时处理，再出现另一点接地时，形成励磁绕组两点接地短路，势必引起发电机组转子绕组被短路电流烧坏，造成事故，危机设备的安全可靠运行。
[关键词]转子 接地 危害 保护
一、发电机转子接地概述
转子是水轮发电机的核心部件，起着电能转换的重要作用。为了提高磁电转换效率，定子线圈与转子线圈之间的空气气隙较小，只有几毫米，因此要求定子及转子在转动时应保持较高的稳定性，即要求发电机系统转动时的振动值应保持在一定范围内。当超出这个值时，会造成转子在转动中与固定的定子之间产生碰撞，损坏发电机的定子及转子铁芯和线圈。为了避免转子一点接地的发生，除了在制造及密装时要保证符合规范外，在运行时也应加强运行管理，合理操作。要加强发电机保护整定，当发生故障时能及时快速地排除故障，以减少故障电流对发电机造成冲击而产生振动；在正常运行时，应避开发电机的负荷振动区，以减少发电机的振动。当发生发电机转子两点接地故障时，转子受到偏心力矩的作用，使转子的受力不均而产生强烈的振动，很容易造成发电机转子和定子的碰撞现象。而要防止发电机转子两点接地，首先就要预防发电机转子一点接地的发生。因为发电机转子一点接地后励磁回路对地电压将有所升高。如当励磁回路的一端发生金属性接地故障时，另一端对地电压将升高为全部励磁电压值，即比正常电压值高出一倍。在这种情况下运行，当切断励磁回路中的开关或一次回路的主断路器时，将在励磁回路中产生暂态过电压，在此电压作用下，可能将励磁回路中其他绝缘薄弱的地方击穿，从而导致第二点接地。当发电机转子绕组出现不同位置的两点接地或匝间短路时，会产生很大的短路电流，可能会烧伤转子本体；另外，由于部分转子被短路，是气隙磁场不均匀或发生畸变，从而使发电机转动时所受的电磁转矩不均匀并造成发电机振动，损坏发电机。发生两点接地导致机组甩负荷停机，影响电网的稳定和电能的质量。
二、发电机转子一点接地保护的必要性
发电机转子一点接地是指转子绕组绝缘损坏后与转子铁芯或转轴发生一点接触，而铁芯及转轴通过轴承、外壳接地，故形成直流电源接地。作为直流励磁回路，没有形成故障
电流流过接地点，发电机仍可继续运行。但转子绕组任何一点相对于接地点的电压，就成为相对于“地”的电压（对地电压)。最严重的情况是直流电源负极接地，则其正极端对
地电压为最大励磁电压。正极侧励磁绕组中的绝缘薄弱处最容易被击穿，从而引发了第二点接地。当发生第二点接地,即转子两点接地时,由于故障点流过相当大的故障电流而烧伤转子本体,并使磁励绕组电,流增加可能因过热而烧伤;由于部分绕组被短接,使气隙磁通失去平衡从而引起振动甚至还可使轴系和汽机磁化,两点接地故障的后果是严重的,因此，水轮发电机必须装设转子绝缘监视装置或转子一点接地保护装置。
三、发电机转子接地的现象
当“转子一点接地”信号发出，应切换励磁回路绝缘监察，检查确认是正极或负极接地。立即投入发电机转子二点接地保护压板。转子回路一点接地时，因一点接地形不成电流回路，故障点无电流通过，励磁系统仍保持正常状态，不影响机组的正常运行。看转子接地信号能否复归，若能复归则为瞬时接地，若不能复归，则用万用表测量转子正负极对地电压，如发现某极对地电压降为零，另一极对地电压升至
全电压，说明确实发生了一点接地。
四、发电机转子一点接地故障处理措施
4.1故障查找：1、对保护装置进行测试，是否为保护装置故障而引起的信息误报；2、停机状态下断开灭磁开关，用500V绝缘电阻表检测转子绝缘电阻是否合格,对二次回路进行全面检查；3、对集电环和碳刷部位进行检查，清理碳粉，更换磨损严重和接触不好的碳刷；4、是否有工作人员在励磁回路上工作，因不慎误碰或其他原因造成转子接地。
4.2故障处理：1、对有关回路进行详细外部检查，必要时轮流停用整流柜，以判明是否由于整流柜直流回路接地引起；2、检查励磁回路各部位有无明显损伤或因脏污接地，若因脏污接地应进行吹扫；3、检查区分接地是在励磁回路还是在测量保护回路；4、若转子接地为一点稳定金属性接地，且无法查明故障点，除加强监视机组运行外，在取得调度同意后，将转子两点接地保护作用于跳闸，并申请尽快停机处理；5、检查励磁回路是否有人工作，如系工作人员引起，应予纠正；6、转子带一点接地运行，若机组又发生欠励磁或失步，一般可认为转子接地已发展为两点接地，这时转子两点接地保护动作跳闸，否则应立即人为停机。
五、发电机转子一点接地的案例分析
5.1、事故经过及处理
金窝J2F机组转子一点接地动作事故案例，J2F带有功功率96MW，无功3.41Mvar；J2B主变中性点接地；各保护,自动装置均正常运行；厂用电、直流系统正常方式运行；上位机报“金窝2号机励磁系统故障动作”、“金窝2号机灭磁开关分闸动作”、“金窝2号机调速器事故停机电磁阀动作”、“金窝2号机组电气事故（停机用）动作”、“金窝2号机组水机保护动作”、“金窝2号机组发电机出口断路器分闸动作”、“金窝2号机组调速器事故动作”、“金窝2号机组发电机B套转子一点接地低定值动作”、“金窝2号机组调速器紧急停机动作”、“金窝电站总事故动作”、金窝2号机组球阀全关。 立即通知现场值班人员J2F机组事故停机，现地监视J2F机组事故停机过程正常；上位机监视J2F机组事故停机流程执行情况正常。现地检查发现J2F机组发变组保护屏报“发电机转子一点接地低定值动作”，保护屏操作箱上“Ⅰ保护跳闸Ⅱ”灯点亮；调速器电气柜上“紧急停机”灯点亮，显示“故障响铃、故障发生、严重故障报警”；现地检查灭磁开关分闸、J2QF分闸、J2F机组球阀全关。打印事故动作报告：转子接地电阻为0.00KΩ,接地点位置50.40。检修人员摇测J2F转子对地绝缘电阻为2KΩ，拔出碳刷，检查转子正、负极绝缘1GΩ，由检修人员对转子滑环、刷座、引线进行碳刷清扫，完毕后重新测试绝缘，其值均为170MΩ以上；机组开机建压至空载运行观察均正常，机组同期并网带负荷无异常。
5.2、原因分析及采取措施
机组长期运行，转子滑环正负极连接螺杆处碳粉堆积过多，加上推力甩油产生的油污，共同作用造成转子回路绝缘迅速下降，造成转子一点接地故障；检修人员采取定期或利用停机备用时间对机组转子滑环及碳刷进行全面清扫，更换新的碳刷，增加碳粉吸收装置，运行人员定期进行滑环的擦拭。
六、结束语
当转子绕组仅有一点接地时，因为没有电流通过故障点，不影响发电机的正常运行，若又发生另一点接地而形成两点接地时，不仅故障电流可能会严重烧坏了转子铁芯或护环，而且由于一部分转子绕组被短接而破坏了转子磁场的对称性，使得机组发生剧烈的振动和转子铁芯被磁化。这些都是不允许的，所以当发现转子绕组一点接地时，应迅速采取措施，查出原因，以消除故障恢复正常运行。
作者简介：
任亚伟（1983-）男，河南省民权县人，工程师，从水电站技术管理工作。
黄春光（1985-）男，江苏身沛县人，工程师，从水电站技术管理工作。
参考文献：
陈化钢 水电站电气设备运行与维护 中国水利水电站出版社 2014.4.