九甸峽水電站3號發電機定子接地故障點診斷

梁 棟1，楊方銀2

（1.甘肅電投辰旭投資開發有限責任公司，甘肅蘭州 730000；2.甘肅電投九甸峽水電開發有限責任公司，甘肅定西 730500）

1 概述

九甸峽水電站位于甘肅省卓尼縣，地處洮河中游，安裝3臺立軸、懸式、單機容量100MW的發電機。3號發電機由東方能源電機廠設計并制造，于2008年7月投產發電。定子鐵芯共有252線槽，內嵌504根定子線棒，定子繞組為條形波繞組，2支路Y形連接，單根線棒由44股股線絕緣為0.2mm玻璃絲扁銅線編織而成，并采用小于360°虛換位方式以減小環流損耗。線圈絕緣為F級高場強絕緣系統，線棒槽底內固定采用槽楔加波紋墊條的方式[1]。

2012年5月18日13∶30，3號機發變組保護裝置報“定子接地零序電壓信號”和“三次諧波電壓差動信號”。停機以后，檢修人員對發變組保護裝置及故障錄波器的錄波情況檢查，發現故障時發電機A相電壓為4.86V，B相為97.05V，C相98.90V，U0為95.33V。在排除PT故障情況后，斷開發電機出口及中性點與共箱封閉母線的軟連接，用5000V搖表對發電機三相測量絕緣電阻，其中A相第一支路絕緣電阻為0，其它支路的絕緣電阻均大于1GΩ。用500V搖表對A相U1-1支路測量絕緣電阻，絕緣電阻依然為0，可以斷定A相U1-1支路繞組接地。

2 零序電壓法

根據定子接地基波電壓分析，假設A相繞組某點發生金屬性接地，如圖1所示，該故障點即地電位G點。計算故障點的基波零序電壓U0如下：

α—故障點距中性點的距離；

式（1）表示距中性點α 處金屬性接地故障時，故障點基波零序電壓U0的大小恰好等于αEph.n（Eph.n為額定相電動勢）。

當α=1時，即機端金屬性接地故障時,U0=Eph.n；

當α=0時，即機端金屬性接地故障時,U0=0[2]。

圖1 單相金屬接地電壓向量圖

由此可以知道當保護采集到的U0數值越大，接近100V時，故障點就越靠近發電機出口一側。而實際故障時的U0為95.33V，因此可以初步斷定故障點靠近出口一側。

3 電阻法

電阻法是利用出口對地和中性點對地的電阻值，計算出百分數后而判斷接地點的具體位置。它的前提條件是繞組接地點與大地是等電位，并且是金屬性接地。如圖2所示，首先測量故障支路電阻，電阻值為6.01mΩ，與非故障相相比變化不大。然后為了驗證繞組接地點與大地是等電位，分別在定子鐵芯上取多個點測量其與大地之間的電阻，電阻值非常小且大小一致，等電位條件滿足。最后測量故障支路出口對地電阻值為5.19Ω，中性點對地電阻值為4.03Ω，故障支路對地電阻遠遠大于支路電阻。故無法使用電阻法。

圖2 電阻法試驗圖

4 電壓法

因為故障點對地電阻遠遠大于故障支路的電阻，所以在機組運行時，流經接地點的電流是非常小的，電流主要還是流過故障支路。如果通入直流電，接地點的電位是零電位，那么就可以測得出口和中性點分別對地的電位差。利用這個原理，用直流電焊機給故障支路加入300A直流電，如圖3所示，在故障支路出口加正相電，在故障支路中性點加負相電，分別測得：

那么可計算出故障點到發電機出口的距離：

圖3 電壓法和單臂電橋法試驗接線圖

將300A直流點反轉，在故障支路出口加負相電，在故障支路中性點加正相電，如圖4所示，分別測得：

那么可計算出故障點到中性點的距離：

圖4 電壓法和單臂電橋法試驗接線圖

因為每個支路有84根線棒，支路出口匯流排引出線折算為3根線棒，中性點匯流排引出線折算為1.5根線棒，那么這1支路線棒總根數為：

由計算式（2）、（3）、（4）得：

N×12.4%=88.5×12.4%=10.974（根）

N×86.4%=88.5×86.4%=76.464（根）

根據電壓法測得結果而計算出的數值，故障點從發電機出口數第11根線棒上，從中性點數第76根線棒上，除去出口匯流排引出線的3根和中性點引出線的1.5根，故障點應該在本支路的第8根和第9根之間。

5 單臂電橋法

在故障支路兩側并聯100Ω的滑動變阻器，試驗接線如圖2所示，依然給故障支路加入300A的直流電，調節滑線變阻器至微安表讀數為0時，分別測得：

那么可計算出：

由式（4）得：

N×12.4%=88.5×12.4%=10.974（根）

與電壓法一樣，將正負極倒換后，如圖2所示，再次調節滑線變阻器至微安表讀數為0時，分別測得：

那么可計算出：

由式（5）得：

用單臂電橋法測得的結果與電壓法基本一致，故障位置在第8根線棒和第9根線棒之間。

6 故障定位

根據電壓法和單臂電橋法試驗數據的計算結果，故障點在第8根線棒和第9根線棒上。查閱圖紙發現第8根在第73槽下層，第9根在第85槽上層。在發電機中找到第73槽，敲除第8根與第9根之間連接的環氧盒絕緣層，用焊槍熔化開并頭塊。然后再對斷開的兩側分別用5000V搖表測量絕緣電阻，靠近出口的一側絕緣電阻為0，而靠近中性點的一側絕緣電阻大于1GΩ，因此可以排除故障點在中性點的一側。用同樣辦法再斷開第8根與第7根繞組的連接環氧盒絕緣層，用5000V搖表測量絕緣電阻，靠近出口的一側絕緣電阻大于1GΩ，而第8根線棒絕緣電阻為0，從而斷定故障點的確在第8根線棒上，與試驗數據得出的結果一致。

7 結語

用以上試驗方法，在最短時間里找到了故障點，打開的并頭塊最少，對定子鐵芯及其它線棒的破壞也是最小的。在實際應用中，需要注意以下幾點：（1）直流電焊機引線對故障點的查找有影響，盡量選擇內阻小，且正負極長度一致的引線；（2）在用直流電焊機前使用500V搖表再次測量支路絕緣電阻，避免通入電流后，低電壓對定子鐵芯有損傷；（3）滑動變阻器應選取電阻較大的，可以增大測量比值，從而縮小誤差；（4）滑動變阻器的碳滑塊接觸要良好、滑動精度要高。

[1]東能電機技術研究所.TGB006-2004水輪發電機定子工地下線工藝規程[M].2007.

[2]王維儉.發電機變壓器繼電保護應用[M].北京：中國電力出版社，1998.

[3]陳天翔.電氣試驗[M].北京：中國電力出版社，2005.