〖实用技术〗发电机转子接地分析和处理
1、 转子一点接地的原因及影响

转子绕组是励磁回路中绝缘最容易受到损伤的部位。在发电机组运行时，转子在高速旋转，线圈受到非常大的离心力作用，长期运行可能会使转子绕组产生轻微松动从而导致绕组的绝缘遭到损伤。同时大型机组的励磁电流往往比较大，大电流产生的热效应也能加速转子绕组绝缘的老化。此外。油污和空气中灰尘等通过通风孔吸附在绕组上，绕组冷却介质湿度过大也会导致转子绝缘降低。制造和检修工艺马虎，绕组导体边缘毛刺没清理干净，遗留金属导体碎屑等原因都极易使转子绕组遭到破坏而导致转子接地故障。当发生转子一点接地后，因为对地不构成电流回路，故无电流流过故障点，只是励磁电压会略有增加，对机组并无直接危害，励磁绕组仍能保持正常状态，发电机仍可继续运行。

2、 转子两点接地的危害及影响

一点接地故障存在后，如切合励磁开关及发电机出口断路器，或者其他运行事故，转子回路产生过电压时，将可能导致另外的接地点形成，从而发展成严重威胁发电机安全的两点或多点接地事故。它通常会产生以下几种危害：

2.l转子两点接地后，绕组被部分短路，使绕组的直流电阻变小，励磁电流变大，发电机励磁回路的主磁通减小，使机组发出的感性无功减少，引起机端电压下降，定子电流急剧上升。

2.2由于转子磁场发生了畸变，气隙中的磁势也对称的遭到破坏，引起力矩不平衡，导致转子剧烈震动，大轴磁化等危害。

2.3两点接地后，接地点间的短路电流会非常大，电流产生的电弧可能会烧损励磁绕组和转轴，甚至引起发电机着火爆炸。转子两点接地在盘面上一般表现为励磁电流和定子电流增加，励磁电压和机端电压下降，功率因数上升，并有剧烈震动等现场。此时，应马上紧急停机处理，跳灭磁开关。

3、 转子接地的处理

3.1接地故障分析

转子接地一般分为稳定性接地和不稳定接地。稳定接地是指转子绕组的接地与转速、温度等因素无关，属于金属性直接接地。这种接地容易检测和处理。不稳定接地是指接地故障与转子状态有关，有时出现有时消失，难以查找故障点。不稳定接地可分成以下几种：

3.1.1高转速时接地。转子在静止或低转速时绝缘正常，随转速的上升，转子绝缘下降，当到达某转速后，转子绝缘为零。这多是因为在离心力的作用下，线圈被压向槽楔低面和护环内侧，导致绝缘损坏产生接地。这种故障多发生在槽楔和两侧护环下的上层线匝上。

3.1.2低转速时接地。转子在静止或者低转速时绝缘为零，随转速上升，转子绝缘升高，当达到某转速后，转子绝缘正常。这种晴况是由于在离心力的作用下，线圈离开转子磁轭，使接地点与地之间有一定间隙，从而使故障消失。这类故障多发生在槽部的下层或者槽底的线匝上。

3.1.3高温时接地。当转子温度较低时，绝缘正常，随温度升高，其绝缘下降，在达到某一温度时，绝缘电阻为零。这种腈况多是由于绕组随温度升高而膨胀的原因。此类故障多发生在转子两侧的端部。

3.2不稳定接地故障处理

不稳定接地故障处理的方法，一般是将其变成稳定接地，然后检测出接地点。目前比较好的处理办法是采用交流电源降低转子绕组的接地电阻，然后用电容放电，这样能有效的将不稳定接地变为稳定接地，同时也不损伤转子绕组。

图1 交流降组接线图

T1自耦变压器；T2隔离变压器；R限流电阻

图1是交流电源降低转子绕组的接地电阻的接线图（其中FU为15A保险）。主要视利用交流的热效应，降低接地点的电阻。为了减少转子绕组交流阻抗的影响，将转子滑环短接，在滑环与转轴间接人交流电源，使转子在700gmin左右旋转，检测接地电阻。通过调解自耦变压器T1，使电流为5A左右，通电5—10分钟后，电流表读数逐步增加，说明绝缘电阻下降，通电至FU熔断，电流大约15A（注意控制电流不要超过20A，防止接地点烧穿时损伤钱）。拆除电源，测该转速下绝缘电阻为零。

然后用2000D、0.2~μF的电容器，充电后对转子绕组反复放电，至静止时绝缘电阻为零，成为稳定接地。

3.3接地故障点检测

3.3.1电阻比较法

试验接线如图2所示。

图2直流电阻比较法测量接地电阻接线图

R1、R2为接地点距正极和负极的接地电阻；Z为转子绕组

若已知R12、R1g、R2g 后，即可求出：

Rl=(Rl2-R2g+ R1g )/2

R2= (Rl2-R1g+ R2g)/2

Rg= (Rlg-Rl2+ R2g)/2

其中：Rg为接地点的接地电阻；R12为正负滑环间电阻；Rlg为正滑环对地电阻；R2g为负滑环对地电阻；则接地点位置可按下式计算：

L+= Rl /(Rl+R2)×100％

L-= R2 / (Rl+R2)×100％

其中L+ 、L-为接地点距正负滑环的距离与转子绕组总长度的比值。

3.3.2直流压降法

直流压降法是测转子接地的一种比较实用的方法，它不需要精密的仪器就能确定接地点距绕组滑环的大概距离。其原理和直流电阻比较法基本相同。实验接线如图3所示。

图3直流压降法实验接线

U、U1、U2是内阻相同量程相同的电压表；z为发电机转子绕组；1+、2－为转子滑环；Rg为转子接地电阻

U、U1、U2是内阻相同量程相同的电压表；Z为发电机转子绕组；1+、2-为转子滑环；Rg为转子接地电阻。

在转子绕组两端加直流电压后，测量三个位置的电压，根据下式算出接地点的接地电阻。

Rg =Ru×U/（U1+U2）－Ru

其中Ru为电压表内阻。

则接地点位置可按下式计算：

L+= Ul /(Ul+U2)×100％

L-= U2 / (Ul+U2)×100％

其中L+ 、L-为接地点距正负滑环的距离与转子绕组总长度的比值。

直流压降法注意事项：

1)三块电压表要求同型号，且内阻不小于100KΩ。

2)电压表与滑环要接触牢固，减少接触电阻。

3.3.3检流计测量法

此方法必须在接地电阻为零时使用，否则可能出现零值区漂移，测量不准确。同时注意监视转子温度，防止超温损伤转子。

方法如下，在转子大轴两端及两个磁极上，通入直流600A，用检流计(Mv)分别测量轴向及径向电位。

3.3.4交流耐压法

此办法对转子不稳定接地的检查更为明显，在转子缓慢升压的过程中，故障部位会有明显的放电声和火花，便于查找。

4、 转子接地的预防

4.1防止油污和金属异物进入

制造厂在装护环前要对端部线圈进行清扫和检查，在运输和安装转子前对中心环进风口密封。

4.2避免遗留物

在检修处理时，要仔细检查可能残存的异物和工艺隐患。

4.3防止发电机进油

维持氢压、油压在额定范围内，密封瓦及油间隙按规定调整。

4.4严格控制氢气湿度、进风温度和水温

氢气相对湿度一般不高于15％，进风温度一般在35-40℃，内冷水温度不低于40℃。

4.5提高出厂产品的设计、结构、工艺、检验质量

4.6安装先进的发电机转子运行状态在线监测设备

5、 结论

对于转子的接地故障，要分清动态接地还是稳定接地。要按照现场的条件进行停机做细致的检查处理，不可退保护运行，导致事故恶化。同时要注意转子的制造、检修和安装工艺质量，从源头上杜绝转子接地隐患。

摘自 电机工程师杂志