燈泡貫流式機組定子繞組接地故障分析及處理

廖春宏，武繼超

(華電福新能源有限公司池潭水電廠，福建 三明 354400)

1 設備概況

某低水頭河床式水電站是發電、航運相結合的水資源綜合利用樞紐工程。該電站安裝3臺GZWP-550燈泡貫流式水輪發電機組，單機容量14.6 MW，總裝機容量43.8 MW，年平均發電量1.925億kWh，設計水頭8.5 m。1，2號機并接6.3 kV Ⅰ段母線單元，3號機接6.3 kV Ⅱ段母線單元。

3臺機組均采用天津阿爾斯通公司引進外國技術生產的空冷發電機。發電機主要參數為：額定電壓6.3 kV、額定電流1 487 A、額定功率因數0.90(滯后)、額定勵磁電壓200 V、額定勵磁電流800 A，發電機定子繞組及鐵芯絕緣等級均為F級。

2 事故經過

2014-09-20，該水電站1號機在停機狀態、2號機在運行狀態(P=14.2 MW，Q=1.2 Mvar),3號機在A級檢修中，其他設備均正常運行。當天23:14，電廠監控系統發出“2號機后備保護動作”報警信號，運行監盤人員發現2號機已經跳閘停機。檢查2號發電機定子接地保護t1(時限5 s)報警，接地保護t2(時限20 s)動作出口。在冷備用狀態下測量2號機定子絕緣電阻為0,轉子絕緣電阻為7 MΩ，因此可初步判斷2號機定子回路發生金屬性接地故障。

3 故障點查找

3.1 確定故障相

2號機轉入檢修狀態后，檢修人員分別對2號機電壓互感器、電流互感器、勵磁變電纜及2號機所屬單元設備進行檢查，均未發現放電、異味等異常現象。隨后對2號機定子繞組端部進行細致的檢查，并拆除發電機出線連接電纜、中性點電纜，分別對發電機三相定子繞組進行絕緣電阻測量：A相絕緣電阻為720 MΩ，B相絕緣電阻為800 MΩ，C相絕緣電阻為0。測量轉子絕緣電阻為7 MΩ。對2號機電壓互感器、電流互感器、勵磁變高壓側電纜及2號機所屬單元設備絕緣電阻進行測量，均正常。根據以上測量結果分析，判斷2號機定子C相繞組發生一點金屬性接地，故障點在發電機定子繞組內部。

3.2 定位故障點

2號機轉入檢修狀態后，對定子接地故障點進行查找、定位。依次用2 500 V，1 000 V，500 V量程兆歐表測量發電機定子C相繞組絕緣電阻，結果均為0；然后用萬用表測量電阻為60～100 Ω的金屬性不穩定低阻接地。因發電機每個支路的線棒數量較多，如果故障點處在線棒端部，則憑目測即可發現；如果故障點處在直線段(鐵芯槽內)，則很難憑目測發現。

由于發電機繞組分支直流電阻很小，即使是金屬性接地，采用直流電阻比較法也無法準確判斷，且目前現場缺少先進的測試定位儀器，故采用傳統的直流加壓法。其原理是：采用直流電焊機(或1～100 A的電流源)，在故障相繞組和地之間施加一直流電壓，當故障點被擊穿時，根據放電處的聲音和火花判斷具體的故障槽。該方法的主要缺點是測試電流可能造成線槽局部鐵芯損傷，因此采用該方法時應控制電壓及電流，并在照明熄滅后進行，以便于觀察火花，確定故障點。電源從0升流升壓，當電流升至35～40 A時，其中一個定子線槽端部出現“呲呲”聲音及白色弧光放電現象，從而找到故障點。

4 接地線棒處理

從定子絕緣損壞情況分析，應更換絕緣損壞的線棒。

4.1 抽出損壞線棒

因燈泡貫流式機組抽轉子檢修周期長，故事故搶修采用不抽轉子，僅在拆除發電機轉子少量磁極后進行檢修的方法(廠家考慮搶修方便，一般在燈泡貫流式機組預留有檢修位置)。剝除故障線棒端部絕緣層，焊開環形引線連接板，將線棒與環形引線分離，退出槽楔，解除綁繩，取出已損壞的上層線棒，清理定子鐵芯及槽內繞組。

4.2 安裝新線棒

對新線棒進行絕緣處理后，再對其進行2.75×6.3 kV的交流耐壓試驗并合格。按圖紙要求，在槽內放入層間墊條，將耐壓合格的線棒嵌入槽內。檢查確認端部伸出長度符合要求，控制線棒與環形引線之間的間隙誤差，并墊好相應的墊條及半導體玻璃坯布，用浸有固化環氧膠的玻璃絲帶和間隙塊將線棒相互綁緊。間隙過大時可加墊適形氈，計算出需加墊條的厚度，墊好墊條后再將槽楔打緊。

4.3 連接環形引線接頭

先清理線棒端部，清除表面余膠、氧化物及油污；然后對齊上、下層線棒環形引線頭，若對不齊，則需進行校形；最后，采用氧氣焊機焊接線棒引線頭與環形引線連接板，按順序將每個接頭分上、下層線棒端頭2次焊完。接頭回路電阻測量(1號接頭：3 μΩ；2號接頭：3.5 μΩ)合格。

4.4 接頭絕緣包扎及定子繞組試驗

環形接頭每包2層云母帶后刷1次環氧樹脂漆，共包18層，最外層則包1層玻璃絲帶。

通過上述處理后，2號發電機經交流耐壓、直流泄漏、絕緣測試以及轉子繞組絕緣測試等試驗均合格后，恢復并網發電。

5 定子接地原因分析

2號機曾于2006年因失磁發生深度進相，使定子線圈、鐵芯嚴重過熱，線圈燒毀，后更換了全部定子線棒，但未進行鐵芯過熱后的檢查處理。經長期運行后，鐵芯端部出現松動，并伴隨出現鐵芯振動。鐵芯在振動作用下端部硅鋼片發生斷齒，斷片把定子繞組線圈絕緣刺穿。

同時，又因設計問題，端部鐵芯固定方式不合理，鐵芯端部硅鋼片只有一半位置得到固定，導致鐵芯易振動脫出或卷邊，端部硅鋼片易松動，局部易發熱、斷齒。

6 防范措施

為了及早發現發電機定子鐵芯及繞組缺陷，應及時了解發電機的運行狀態，對其進行實時監控，發現隱患后及早處理。為避免故障發生及降低定子繞組絕緣損壞的幾率，應采取以下措施。

(1) 結合機組大小修，檢查定子端部鐵芯固定情況。如鐵芯端部硅鋼片是否有松動、斷齒、外表附著黑色油污和局部發熱等異常情況；檢查發電機硅鋼片是否疊壓整齊，燕尾槽有無開裂和脫開現象。如有異常，應及時處理；必要時，應進行發電機鐵損試驗，檢查鐵芯片間絕緣有無短路以及鐵芯發熱情況，發現缺陷應及時查找原因并處理。

(2) 結合機組大小修，加強對機組定子繞組端部、環形引線、過渡引線、鼻部手包絕緣的檢查，及時發現和處理繞組存在的缺陷。

(3) 因2號機定子繞組單相接地電容電流小(實測小于規定值4 A)，依據GB/T14285—2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》的規定，將定子一點接地保護跳閘改為發信號，同時將該信號列入事故監視信號，及時提醒運行維護人員，以便及時處理接地故障。

(4) 根據電站實際情況，逐步引入發電機在線監測技術，對發電機運行狀況進行在線監測。

1 連 杰．200 MW水輪發電機定子接地保護動作原因分析[J]．電力安全技術，2012，14(3)：16-19.