發(fā)電機(jī)定子繞組接地故障查找方法原因分析與處理措施

徐興國

（湖南省雙牌水電站　永州市　425203）

發(fā)電機(jī)定子繞組接地故障查找方法原因分析與處理措施

徐興國

（湖南省雙牌水電站永州市425203）

大型發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生接地故障后，不易快速查找確定故障點(diǎn)。文章介紹了一種常用的故障查找方法，從接線原理到現(xiàn)場的應(yīng)用進(jìn)行分析，為1號(hào)發(fā)電機(jī)的故障處理提供解決方案。

發(fā)電機(jī)定子繞組接地故障查找方法處理措施

前言

發(fā)電機(jī)定子繞組接地故障是指發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中或預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，定子繞組絕緣擊穿，絕緣電阻下降或絕緣電阻到零的現(xiàn)象。發(fā)電機(jī)定子繞組接地故障在電廠時(shí)有發(fā)生，特別是運(yùn)行多年的發(fā)電機(jī)，由于定子整體絕緣水平下降，絕緣受潮或外力原因都可能造成發(fā)電機(jī)定子繞組接地故障。發(fā)電機(jī)定子繞組接地后，可能燒毀定子繞組和定子鐵芯。發(fā)電機(jī)定子繞組在運(yùn)行中和試驗(yàn)中發(fā)生接地后，必須找出接地點(diǎn)并設(shè)法消除。發(fā)電機(jī)定子繞組接地故障點(diǎn)可能發(fā)生在上層定子線棒，也可能在下層定子線棒，可能在定子線棒的端部，也可能在定子線棒的槽部。上層線棒故障或線棒端部故障容易查找和處理，下層線棒及槽部故障不易查找。

1　發(fā)電機(jī)定子繞組接地故障查找方法

2014年3月10日，雙牌水電站開始對(duì)1號(hào)機(jī)組進(jìn)行C級(jí)檢修。11日按規(guī)定對(duì)定子進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)。首先對(duì)定子繞組各相之間及地進(jìn)行絕緣電阻測試，三相數(shù)值均合格，分別為A相660/280 MΩ,B相為1070/350 MΩ,C相為910/340 MΩ，吸收比分別為2.35，3.06，2.68。隨后分別進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)，當(dāng)對(duì)A相進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，第一加壓點(diǎn)為5.25 kV，泄漏電流為12 μA，當(dāng)電壓繼續(xù)上升至7 kV時(shí)，泄漏電流激增至700 μA，隨即降壓。放電后對(duì)A相進(jìn)行絕緣測試，其結(jié)界：A相上分支為0.5 MΩ,A相下分支為962/465 MΩ，說明A相上分支存在絕緣缺陷。

（1）第一步，充電查找法：將發(fā)電機(jī)定子繞組的其余5個(gè)分支并聯(lián)，用（2500～5000）V搖表擋位分別對(duì)其充電，然后對(duì)A相故障分支放電多次后搖測絕緣，發(fā)現(xiàn)絕緣并不下降，說明故障分支為高阻接地。

（2）第二步，加壓觀察法：加壓觀察法是對(duì)故障相和地之間施加間歇性電壓，通過觀察定子繞組放電聲和放電火花查找故障點(diǎn)。因此，宜在晚上熄滅照明后進(jìn)行，便于觀察火花。在確定故障分支后，此時(shí)應(yīng)對(duì)照繞組接線圖，確定該故障線棒所在分支在發(fā)電機(jī)內(nèi)的分區(qū)部位，以便有的放矢地觀察。

加壓觀察法接線原理 試驗(yàn)接線見圖1。

圖1　加壓觀察法原理接線

加壓觀察法利用普通試驗(yàn)變壓器加壓，在變壓器高壓側(cè)加高壓硅堆V整流。早期試驗(yàn)變壓器一般都帶有高壓硅堆，可輸出直流電源。保護(hù)電阻R一般選擇（10～100）MΩ水阻為宜，防止變壓器高壓側(cè)過流，保護(hù)試驗(yàn)變壓器高壓線圈。充電電容C在回路中起重要作用，一般選擇0.1 μF、15 kV高壓電容。球間隙用作調(diào)整試驗(yàn)擊穿電壓用。其工作原理：直流電壓加壓后對(duì)充電電容充電，電容器電壓上升。電壓升至球隙擊穿電壓，球隙擊穿，充電電容通過球隙對(duì)故障點(diǎn)放電。充電電容放電后電壓下降，球間隙恢復(fù)絕緣，試驗(yàn)變壓器再次對(duì)充電電容充電。通過調(diào)節(jié)球間隙距離可調(diào)節(jié)試驗(yàn)電壓大小及放電時(shí)間間隔，形成對(duì)故障點(diǎn)間隙放電。

為了降低故障分支的電阻，首先加壓（5～10）kV左右對(duì)其進(jìn)行沖擊放電一次，搖測絕緣電阻已經(jīng)降至0.1 MΩ；絕緣電阻降低后加壓（5～10）kV對(duì)其進(jìn)行連續(xù)沖擊放電，同時(shí)安排多人在定子周圍進(jìn)行監(jiān)聽。稍后發(fā)現(xiàn)242-244槽區(qū)間有輕微放電聲，但仍然不能確定在哪一槽；當(dāng)繼續(xù)升高電壓至16 kV時(shí)，發(fā)現(xiàn)244槽有明顯的弧光放電閃爍，確定故障點(diǎn)為244槽。同樣方法查找出16槽、168槽的故障點(diǎn)。

加壓觀察法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)高阻值接地查找比較方便直觀，容易發(fā)現(xiàn)定子線棒端部等外露部分缺陷。因發(fā)電機(jī)內(nèi)部黑暗，安靜，同時(shí)可以觀察放電電弧和聽放電聲來發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。缺點(diǎn)是對(duì)環(huán)境要求比較高，噪聲大或太過明亮查找都極不方便。試驗(yàn)電壓較高，查找有一定危險(xiǎn)性。大型機(jī)組需要組織較多人員在風(fēng)洞內(nèi)查找，查找故障人員要保持必要的帶電安全距離。且發(fā)電機(jī)定子線棒槽部缺陷或視線看不到的部位發(fā)生故障不容易被發(fā)現(xiàn)。定子繞組接地故障的查找方法還有直流壓降法、交流加壓法、電流燒穿法等。

2　故障特點(diǎn)及原因分析

此次主絕緣損壞的244槽、16槽、168槽下層線棒均布置有鐵芯測溫墊條，即測溫元件。主絕緣損壞的部位均在離上部槽口20 cm左右的位置 （剖開244槽測溫墊條，其鉑電阻布置在墊條偏下位置，鉑電阻引出線的屏蔽線僅覆蓋靠出線端的一部分）。鉑電阻本身沒有發(fā)生燒壞或開路的情況。從外觀檢查測溫元件，發(fā)現(xiàn)故障測溫墊條靠槽底側(cè)的表面與鐵芯通風(fēng)溝的對(duì)應(yīng)接觸位置均有較深的劃痕。上述三槽鐵芯測溫元件此前在機(jī)組投運(yùn)后不久相繼發(fā)生故障不能測溫而被迫退出運(yùn)行。

1號(hào)發(fā)電機(jī)定子線棒制造完畢后都進(jìn)行了嚴(yán)格的出廠試驗(yàn)，運(yùn)抵現(xiàn)場工地后，又抽樣進(jìn)行了熱態(tài)介損及瞬時(shí)工頻擊穿試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓達(dá)1 000 kV，所有線棒下線前均試驗(yàn)合格，安裝完畢后按規(guī)程規(guī)定進(jìn)行所有交接試驗(yàn)，均符合要求。應(yīng)該說這批線棒的質(zhì)量是好的，主絕緣是沒有問題的。眾所周知，發(fā)電機(jī)定子繞組端部和定子鐵芯內(nèi)線圈振動(dòng)，使線圈主絕緣腐蝕損壞，這是外腐蝕損壞事故中最為普遍也最為嚴(yán)重的現(xiàn)象。造成這種腐蝕損壞的主要原因是：發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中，因其端部繞組在電磁力的作用下產(chǎn)生振動(dòng)，致使線圈在定子鐵芯槽內(nèi)端部固定不牢，發(fā)生槽楔、線圈層間墊條、端部間隔墊塊和綁繩松動(dòng)脫落，線圈與綁繩及間隔墊塊之間出現(xiàn)摩擦，防暈半導(dǎo)體漆破壞發(fā)生電暈腐蝕，從而造成槽部和端部線圈主絕緣擊穿。另外定子鐵芯硅鋼片對(duì)絕緣的磨損腐蝕。在裝壓定子鐵芯的過程中，如果硅鋼片疊片不整齊，或者定子鐵芯通風(fēng)槽鋼及端部壓指壓裝固定不良，或者在檢修中損傷了定子鐵心，都會(huì)造成電機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)生振動(dòng)，磨損絕緣，最終導(dǎo)致線圈的主絕緣被擊穿。然而，雙牌1號(hào)發(fā)電機(jī)此次線棒主絕緣損壞的主要原因是：測溫電阻內(nèi)部引線過熱造成短路，損壞的引線使測溫墊條本身凹凸不平，在定子鐵芯內(nèi)線圈振動(dòng)的作用下，直接造成該處線棒主絕緣降低而損壞。造成測溫電阻內(nèi)部引線短路的可能原因，一是測溫電阻引出線或屏蔽線本身質(zhì)量問題，在定子下線緊固槽楔時(shí)即有一點(diǎn)或多點(diǎn)接地，機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生環(huán)流，高溫使引線短路；二是定子鐵芯硅鋼片疊片不太整齊，安裝在槽底的測溫墊條顯然會(huì)受到損傷，造成引線短路。

3　故障處理及應(yīng)對(duì)措施

斷開244槽上下層線棒并頭套，進(jìn)行絕緣電阻測試，確認(rèn)只有244槽下層線棒絕緣損壞。吊出244槽對(duì)應(yīng)的3只轉(zhuǎn)子磁極，同時(shí)拔出244槽對(duì)應(yīng)的17根上層線棒，然后拔出244槽下層線棒，對(duì)該槽處鐵芯及通風(fēng)溝進(jìn)行仔細(xì)檢查、處理、清掃。將試驗(yàn)合格的備用線棒嵌入244槽，其它17根上層線棒經(jīng)過處理試驗(yàn)合格后一并回裝。打入槽楔、扎好上、下端箍綁繩、焊好接頭，測試其直流電阻合格后，套裝好絕緣盒并灌入絕緣填料。至此，244槽下層線棒絕緣損壞故障處理完畢。同樣方法處理好16槽、168槽的故障線棒。按規(guī)定進(jìn)行絕緣試驗(yàn)，包括絕緣電阻（吸收比）、直流泄漏、直流耐壓、交流耐壓試驗(yàn)。搖測絕緣電阻合格后，進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后，將發(fā)電機(jī)組投入發(fā)電運(yùn)行。目前的應(yīng)對(duì)措施，首先是將鐵芯測溫元件退出，此次主絕緣損壞的244槽、16槽、168槽下層線棒回裝時(shí)均沒有再裝設(shè)鐵芯測溫墊條，待重新設(shè)計(jì)鐵芯測溫元件后恢復(fù)，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)定子鐵芯及定子線棒共有12個(gè)測溫元件，定子鐵芯測溫元件退出后可用線圈測溫元件數(shù)據(jù)作為參考；其次是加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)護(hù)，注意發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)線圈溫度的變化，同時(shí)進(jìn)行定期測試。

4　結(jié)論

發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生接地故障后，首先應(yīng)盡量拆除各部位連接，有效隔離故障點(diǎn)。如拆除發(fā)電機(jī)定子引出線，拆除發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)連接母排，拆除雙Y型定子接線繞組各分支連接。用兆歐表測量故障繞組絕緣電阻，初步判斷故障性質(zhì)。對(duì)絕緣電阻為0的故障也可用萬用表測量故障點(diǎn)對(duì)地電阻。一般先用加壓觀察法對(duì)故障繞組進(jìn)行加壓觀察，若為定子線棒端部故障，則可以較容易發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。加壓觀察法無法發(fā)現(xiàn)的故障點(diǎn)，則應(yīng)根據(jù)接地電阻大小選擇適合的查找方法。在對(duì)故障線棒進(jìn)行處理前，必須分析清楚故障發(fā)生的原因，提出切實(shí)可行的處理方案和應(yīng)對(duì)措施。

徐興國（1961-），男，大學(xué)專科，工程師，從事水電工程管理工作。

（2016-01-18）