一起發電機定子接地故障的查找、分析和處理

鄒學穎 陳燕女

（湖南湘江航運建設開發有限公司 長沙市 410011）

1 概 述

大源渡水電站位于湘江干流上游湖南省衡陽市衡東縣境內，為低水頭河床式電站，裝有5臺燈泡貫流式機組，總裝機容量130MW（4×30MW+1×10MW），1#～4#主機設備從奧地利VETECH公司全套進口，機組及發變組保護采用奧地利ELⅠN公司生產的DRS微機保護裝置。5臺機組與兩臺主變壓器形成兩組擴大單元接線，發電機出口母線電壓為10.5kV，其中0#、1#、2#機與1#主變組成 1#擴大單元，3#、4#機與 2#主變組成 2#擴大單元，110kV母線采用單母線分段運行方式，110kV母線經三回出線與衡陽電網相連。發電機定子槽數z=414，線棒連接為波繞組，全節距為2τ=9，采用雙層布置，每相有線棒276根。

2 故障情況

2011年3月24日07時52分23秒，電站中控室上位機相繼發“10.5kV母線Ⅱ段發電機定子接地故障小開關跳開”、“4#機發電機80%定子接地故障64ST”、“2#擴大單元100%定子接地保護64NT”、“3#機發電機80%定子接地故障”紅色跳閘信號，2#主變高壓側520開關跳閘、3#和4#機水輪機快關閥投入、3#和4#機勵磁開關跳開、3#和4#機事故停機、廠用電324開關跳閘、近區母聯330開關跳閘、廠用電Ⅰ段102開關自合成功。7時54分14秒，3#機組停穩；7時54分49秒，4#機組停穩。

3 故障查找和分析

事故發生后，從機組DRS保護裝置內調出3#、4#機發電機80%定子接地保護動作和2#擴大單元100%定子接地保護動作故障錄波。從2#擴大單元100%定子接地保護故障錄波曲線中可看出，故障時取自母線比托夫變壓器開口三角的VT1電壓波形出現了突變，峰值達到160V，其有效值大于保護定值16V，保護動作正確。而取自母線PT二次側AB相的參考電壓VT2電壓波形穩定，因此判斷故障可能發生在C相；從3#和4#機的故障錄波曲線可看出保護啟動后零序電壓峰值達150V，其有效值大于保護定值36V，保護動作正確。

其后，使用1000V搖表對10.5kVⅠⅠ母設備搖測絕緣，絕緣合格；對2#主變低壓側搖測絕緣，絕緣合格。隨即合上2#主變高壓側520開關，對10.5kVⅡ母、2#主變充電，充電過程正常。對4#機零起升壓正常后并網。3#機在零起升壓至3.96kV時 “3#機發電機80%定子接地故障”保護動作，3#機事故停機，據此判定故障點發生在3#機組。 解開3#機出口母線電纜、解開出口母線PT，帶電纜搖測發電機定子絕緣，當使用500V搖表搖測時絕緣電阻達500GΩ，而使用1000V搖表搖測時絕緣電阻變為零，再使用500V搖表搖測時絕緣電阻為零并緩慢上升，說明故障點為非完全金屬接地。將3#發電機中性點CT短接銅排解開，單相搖測絕緣后確定故障點位于C相，與保護故障錄波分析結果吻合；為排除是否系電纜故障，將電纜屏蔽層接地點甩開，搖測單根電纜屏蔽層與電纜芯的絕緣正常，基本可以判斷接地故障發生在發電機內部；為進一步確定故障點，解開3#發電機定子C相引出線銅排，搖測絕緣后最終確定故障點位于發電機內部。

在查找發電機內部故障時，選用了一種最簡便的方法，通過容量為5kVA的調壓器在C相引出線處加壓，中性點處懸空，在電壓升至200V左右時，故障點被擊穿，調壓器保護動作自動斷電，但沒有發現具體故障點；后通過科學計算，在回路中串入2000Ω電阻絲將電流限制在3 A以內，在加壓過程中發現231#線棒槽口部位冒煙，試驗結束后檢查231#槽上層線棒上游槽口部位絕緣損壞，其他線棒未發現異常。

4 故障原因

（1）定子線棒絕緣本身存在老化。3#機組于1999年10月份投產發電，至今已運行12年，設備本身絕緣老化。

（2）定子線棒運行溫度較高，影響定子線棒絕緣壽命。3#機組自投產以來在夏季負荷高峰期定子線棒運行溫度達120℃，2007年對3#機組冷卻系統進行改造后，夏季定子線棒運行溫度仍然達到110℃以上。

（3）發電機風洞油霧較重，定子線棒運行環境差損壞絕緣。由于機組組合軸承法蘭面密封圈老化，組合軸承內油經大軸連接螺栓孔滲入風洞，導致發電機風洞內油污加重，對線棒的絕緣造成較大的影響。

（4）定子線棒松動造成端部絕緣破壞。運行中受各種機械力及電磁力等因素的影響，造成定子線棒松動，線棒在槽口部位因振動刮擦導致絕緣破壞。

（5）發電機在端部出槽口附近的空氣容易發生局部電離（輝光放電），出現電暈現象，不但產生熱量，還產生臭氧和氮的化合物，損壞絕緣。

（6）231#上層線棒接近發電機C相定子引出線端，其對地電勢為5027V，在線棒絕緣出現破損時更容易被擊穿。

5 故障處理

因檢修更換故障線棒需要較長時間，而現在正值豐水季節，為減少棄水，經研究決定采用丟掉故障線棒運行的臨時處理措施，處理時間大約6天左右。從定子繞組槽電勢計算結果可看出，甩開231#槽上層線棒和227#槽下層兩根線棒運行，將236#槽下層線棒與222#槽上層線棒用銅板跨接，C相電壓僅下降45V，不到額定電壓的1%，對發電機運行基本上不會造成影響，丟線棒運行方案是可行的。具體施工過程如下：

（1）將231#上層線棒與236#下層線棒的下游側絕緣盒取下，將線棒連接銅板鋸下，將231#上層故障線棒靠下游側鋸斷；

（2）將227#槽下層線棒與222#槽上層線棒下游側絕緣盒取下，將線棒連接銅板鋸下；

（3）用兩根截面為300mm2的銅板制成U型板將236#槽下層線棒與222#槽上層線棒跨接，銅板與線棒焊接時采用通電時間短、加熱速度快的中頻焊機；

（4）檢查焊接質量，對3#機做短路升流試驗同時用紅外成像儀監測焊接點溫度，在升流過程中短路銅排焊接點溫度與線棒溫度相比無明顯變化，運行1h后相對溫度仍無明顯變化，證明焊接質量良好；

（5）停機后對短接銅排外層用云母帶包扎20層、玻璃絲帶4層后再涂刷環氧樹脂膠處理，并對231#上層線棒鋸斷處和227下層線棒下游側接頭進行絕緣處理；

（6）開3#機零起升壓正常后將機組并網運行，監測機組運行狀況，機組運行溫度及組合軸承振動、擺度均無明顯變化。4月2日機組正式并網運行。

6 結論及建議

3#機組故障處理后并網運行正常，說明機組定子故障后丟線棒運行的臨時處理方案是可行的，這種波繞組發電機丟線棒運行在湖南省內水電站中應用尚屬首次。為徹底解決大源渡水電站定子線棒存在的問題，需做好以下幾項工作：

（1）利用枯水季節，對機組進行大修，更換故障線棒并進行徹底檢查，必要時做定子線棒絕緣老化試驗。

（2）進一步加大機組通風冷卻系統系統改造力度，著力降低定子線棒運行溫度。

（3）改善風洞運行環境。定期對發電機風洞內油污進行清掃，清洗發電機定、轉子鐵芯和繞組；對大軸法蘭螺栓進行加墊處理，防止組合軸承內油經大軸螺栓進入風洞；將發電機風洞內各組合面和法蘭面密封更換成耐高溫密封，防止密封因高溫老化加重滲油。