欧姆定律在快速查找发电机转子一点接地故障中的应用探讨

李 刚

（四川久隆水电开发有限公司，四川 成都 610094）

1 概述

发电机转子绕组一点接地故障是水轮发电机的一种十分常见的故障，在《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（国能安全[2014]161号）10.11.1条款规定：当发电机转子回路发生接地故障时，应该立即查明其故障点与性质，如系稳定性的金属接地且无法排除故障时，应立即停机并等待处理[1]。再发生另外一点接地，故障点流过相当大的故障电流而烧伤转子本体，并使励磁绕组因过热而烧伤，同时由于绕组短接，使气隙磁通失去平衡从而引起振动急剧增大，不仅超过允许数值，甚至会造成转子擦伤定子铁芯的问题，进而严重危害到了发电机的安全运行。

2 快速查找转子一点接地及处理

2.1 欧姆定律串联分压原理

机组停机后现场人员用低压气对积碳处进行吹扫，再用酒精和白布擦拭干净，然后通过摇表分段摇测发现转子绕组侧对地绝缘几乎为0，基本排除保护装置误报的可能，确定发电机转子存在金属接地故障[2]。

沙坪水电站1F机组装机容量54 MW，转子额定电压283 V，转子磁极14个。

转子磁极串联分压原理图如图1所示。

图1 转子磁极串联分压原理图

根据欧姆定律，推导得出：

上述公式中，K+表示从正极开始第K个线圈接地故障点；K-表示从负极开始第K个线圈接地故障点；N表示被测量磁极的总个数。

2.2 故障快速查找分析及处理

故障点查找方法具体步骤：首先解除转子正负极引线与集电环的电气连接，准备试验设备包括：单相调压器、行灯变压器、数字万用表等。接线方法：单相调压器的输出端接在行灯变压器低压侧的36 V和0 V接线柱上，然后将行灯变压器高压侧220 V和0 V接线柱连接到转子正负极引线上，接线示意图如图2所示。

图2 单相调压器查找转子一点接地示意图

操作方法：调节调压器使行灯变压器高压侧输出为200 V（电压可自定义），然后万用表测量转子主引线正极对地（地取用发电机机罩外壳）、负极对地电压（分别记为U+、U-），根据正负极对地电压的测量数值可算出转子接地故障点的位置。

第一次测量结果：U+=142 V，U-=57 V；

计算过程如下：

式（3）中，14代表转子磁极总个数；4.01代表接地故障点在从负极开始数第4.01个线圈的位置。同理如计算公式为142/（57+142）×14=9.99表示故障接地点在从正极开始数第9.99个线圈的位置，其实是同一位置。为了便于描述，统一以负极为起始点作为参考。

本应解开从负极开始数第4和第5个磁极间的引线接头，为验证原理的正确性，进而解开了第3个和第4个磁极间的连线，但发现接地故障依然存在，于是按照上述方法再测了一次：在只剩下11个磁极线圈的情况下，负极起点在4号磁极线圈，然后测量转子主引线正极对地电压，转子3、4号线圈极间引线打开处（4号线圈引线接头）对地电压（分别记为U+、U-）。

第二次测量结果：U+=185 V，U-=15.6 V；

计算过程如下：

式（4）中，11代表转子磁极总个数减去解开的磁极个数；0.86代表接地故障点为第1个线圈，然后打开第4个线圈和第5个线圈的极间引线接头，用摇表测量负极主引线至第3线圈、第5线圈至正极主引线的绝缘均合格，再测量引线已解开的第4线圈的绝缘仍然为0。

此时接地故障点已确定找到，对4号线圈的引线绝缘层剔除，发现磁极引线压板内侧下端部引线有明显灼伤磨损痕迹，且缠绕绝缘层的压板也存在裸露问题，绝缘缠绕并不完整，导致转子旋转后在离心力作用下磁极引线裸露处与该压板裸露处存在接触导致接地故障，对该处磁极引线及其压板绝缘层全部剔除并重新缠绕完整绝缘，重新摇绝缘合格，然后将之前打开的极间引线全部接上并重新缠绕绝缘层，对整个转子摇绝缘合格，开机运行时转子一点接地故障已经消除。

3 关于欧姆定律在转子非金属性一点接地中应用的进一步思考

笔者通过电站机组大修转子吊出的机会，模拟转子一点接地故障，以求找出非金属性接地的阻值（万用表测量的转子线圈对地阻值）到底为多少时，上述查找方法才具有可行性。具体实施步骤如下：接线方法不变，然后在转子负极开始数第1个线圈和第2个线圈的极间连线上人为加装一个电阻箱（0 kΩ～99.9 kΩ可调）并接地。

操作方法：调节调压器使行灯变压器高压侧输出为20 V，最开始按照电阻箱的最大值测试，用万用表测量负极对地电压，计算发现所得K+值与预期值（1.0～1.5之间）差别较大，然后不断调整电阻箱的接地串入阻值，当调整到5 kΩ时，K+值约为1.5，才比较接近模拟的接地点范围。改变输出电压为50 V，测试结果相同，然后改变接地点，测试结果亦然。

通过该方法验证了转子线圈一点非金属性接地时，如果万用表测量线圈对地阻值在5 kΩ及以下，上述定点精确快速查找故障接地点的方法具备可行性。

4 结语

针对沙坪水电站1F机组发生的转子一点接地故障，利用欧姆定律串联分压原理快速准确地查找故障点并及时处理，为后期处理类似故障时提供了借鉴，同时缩短了电站的停机处理时间，提高了企业的经济效益。