发电机转子接地故障分析

发电机转子接地故障分析
摘要本文详细阐述了转子一点接地和多点接地故障的原理、种类及危害；并且
结合张家口发电厂1#-4#机组发生的具体接地案例对接地原因进行分析，最后，
具体讲述了接地点的几种查找方法。

关键词发电机转子接地故障直流电阻比较法
1、接地故障的危害
发电机绕组接地是发电机运行中较易发生的故障，又是严重影响发电机安全
运行的故障。

正常运行状态下，发电机转子绕组对地之间有一定的绝缘电阻与分
布电容。

其绝缘电阻大于1MΩ。

因某种原因绝缘电阻严重下降或对地绝缘损坏时，最常见的既是一点接地故障。

众所周知，发电机转子绕组一点接铁心即是一点接地，但绕组与地之间并未形成电流回路，因此故障点没有电流流过，励磁回路仍
能保持正常运行状态，对发电机运行尚无直接影响。

但是，一点接地存在后，在
切合励磁开关及发电机出口断路器，或发生其它运行事故，在转子回路将会产生
操作过电压，这时候将有可能导致另外的接地点出现，形成严重威胁发电机安全
运行的两点或多点接地事故。

此时，发电机将出现不同程度地振动加剧、机组大
轴磁化、局部烧损转子绕组绝缘及转轴的严重后果。

我厂#1—4发电机多次发生
接地故障，严重影响机组的安全稳定运行。

因此研究转子绕组接地的原因，采取
相应的防治措施具有重要的实际意义。

2、接地故障的分类
转子绕组的接地故障，按其接地的稳定性，可分为稳定和不稳定接地；按其
接地的电阻值，可分为低阻接地（金属性接地）和高阻接地（非金属性接地）。

3、接地故障的原因
转子绕组接地的原因是多种多样的，从我厂#1--4发电机转子接地故障统计资
料分析，我厂转子接地故障的发生主要有以下几方面原因：
（1）制造质量不良。

由于#1、2发电机为东方电机厂300MW系列中的早期产品，在没有考虑转子绕组在运行中受热膨胀及受到离心力作用时产生的位移情况，转子结构中没有设
计滑移结构，造成转子绕组运行中受热膨胀不顺而变形，且在运行中产生位移时
绕组与绝缘物发生摩擦。

当绕组发生受热膨胀不顺变形多为不均匀变形，变形后
的绕组对绝缘层产生不均匀压力，使得绝缘机械强度低的部位损坏造成接地、短
路故障。

当绕组在运行中受到离心力的作用产生位移时，由于没有滑移结构使得
绕组与绝缘件有较大的摩擦力，绕组磨下的金属粉末积聚在绝缘物的表面，形成
接地、短路通道造成事故的发生。

（2）遗留导电金属车削物或渣粒等杂物。

在安装、检修过程中，对工艺要求执行的不严格，造成金属碎屑和渣粒杂物
未清除干净，遗留在发电机转子内，进行电气试验时未发生接地、短路情况，在
试验中无法检测。

当发电机运行时，遗留物将转子绕组的绝缘破坏后，造成接地、短路故障。

1993年4月7日#1发电机发生短路、接地故障后，对转子护环内壁的灼烧物质进行扫描电镜及能谱仪分析，发现烧伤物除含铜（17.53%）、硅（5.14%）、
锰（10.62%）、磷（7.22%）、硫（6.47%）及钙（1.23%）以外，还含有大量的
铝（51.78%），由于铝不是转子护环或端部绕组铜线所包含的物质，分析认为是
外来的金属异物。

2000年9月#4发电机发生接地故障后，拔下励侧护环后，发现在端部绕组线圈之间有大量棉纱，在机组有漏油情况或氢气湿度较高时，线圈之间的棉纱将吸
收氢气中的水分，使转子绕组间的绝缘破坏，造成转子的接地、短路故障。

（3）机内漏油、氢气湿度过大
发电机密封油系统调整不当将有大量的密封油进入发电机，部分雾状油气由
端部的进风区进入转子护环内，附着在转子端部绕组的绝缘支架上，由于转子绕
组运行时对地电压只有200V左右，若进入的油雾中杂质较少不会引起转子的接地。

当机内的氢气湿度较大时，氢气中的水将溶解与油中，转子端部绕组绝缘支
架附着的油中含水量将大大增加，这时就会发生转子绕组接地故障。

当发电机内氢气的湿度增大后，如转子绕组的引线螺钉处密封不严时，氢气
中的水分进入到中心孔内的导电杆内，使导电杆与转子大轴连接造成接地故障，
此种故障多发生在机组停备状态。

4、接地故障的查找与处理
当发电机转子励磁回路发生一点稳定接地时，应首先测量正、负滑环的电位，判断接地点位置。

当测量两个滑环对轴（地）的电位为异性时，接地点位于两滑
环之间的绕组内。

当两滑环对地的电位为同极性时，接地点位于两滑环以外的励
磁回路。

当接地点在绕组内时，可用以下方法进行判断处理。

（1）针对由于转子引线受潮引起的接地故障，采用中心孔用真空泵抽真空
的方法进行处理，处理过程十分简单、有效且效果良好。

（2）针对不稳定接地的故障，可用电容冲击法进行处理。

此种处理方法在转子绕组内有异物接地时，用冲击电压产生的电动力可以将
异物击开消除接地点，并且有较高的成功几率。

即使转子绕组不是由于异物引起
的接地情况，也可以将转子绕组在护环部位的故障点，用眼看、耳听的方法观察到，而不用再进行复杂的试验来进行判断，缩短了判断故障点的时间。

当故障点
在转子的直线部位时，可以在电容放电时用手触摸感觉电动力振动的方法进行判断，或将故障点击穿变成金属性接地，便于进行进一步的试验判断。

（3）对金属性接地故障，可以用以下方法进行查找：
（a）直流压降法
采用直流压降法，能确定接地点在转子绕组中距滑环大概的距离。

在转子绕组的两端滑环上施加直流电压后，由电压表PV、PV1、PV2分别测
量出U、U1和U2，根据如下关系式
U=U１+U２=（Rv+Rg）U１/Rv+（Rv+Rg）U２/Rv=（U１+U２）（Rv+Rg）/Rv
整理，得
Rg=Rv[U/（U１+U２）-1]
式中 U—在两滑环间测量的电压（V）；
U１ .—正滑环对轴地测量的电压（V）；
U２—负滑环对轴地测量的电压（V）；
Rg—接地点的接地电阻（Ω）；
Rv—电压表的内阻（Ω）。

因为，绕组的总电阻与其总长度成正比。

测量时，流经转子绕组的电流为一
定值，其电压降与相应的电阻成正比。

按照其电压降的比值，即可分析确定接地
点的大概位置。

在使用直流电压降法进行测量时，要注意以下几点：
①要用同内阻、同量程的电压表测量U、U１和U２。

电压表的内阻不
应小于0.1MΩ（使用量程的总内阻）。

②要在滑环上直接测量电压并保证接触良好，减小测量误差。

（b）直流电阻比较法
直流电阻比较法与直流压降法的原理基本一样。

用电桥分别测得总电阻与正、负滑环对地电阻，其对地电阻与总电阻的比值，即为接地点的绕组长度与绕组的
总长度之比。

参考文献
【1】华田生主编，发电厂电气运行（上册），中国电力出版社
【2】张家口发电厂事故处理导则
【3】张家口发电厂电气事故汇编
【4】周如曼主编《300MW火力发电机组故障分析》中国电力出版社。