幾例發電機定子一點接地故障的分析及處理

楊曉玲

（錦屏水力發電廠，四川西昌 615000）

0 引言

隨著我國發電設備制造技術的不斷進步，水輪發電機的單機容量也不斷提高。大型水輪發電機是水電站中最重要的主設備，若出現故障跳機，不僅會造成設備損壞，還會影響電網的安全穩定運行，帶來較大的經濟損失。定子一點接地故障是發電機最常見的一種故障[1-3]。定子一點接地保護一般采用注入式定子接地保護、基波零序電壓配合三次諧波電壓定子接地保護構成A、B套保護。發電機本體及相連電氣一次設備故障均可能導致發電機定子一點接地跳機，但目前的保護裝置均不具備故障點定位的功能[4-8]。

發電機出口設備包括離相封閉母線（IPB）、勵磁變、電壓互感器（PT）、斷路器（GCB）、高廠變、主變壓器低壓繞組等，這些設備均有發生單相接地故障的可能。本文通過幾起發電機出口設備故障引起定子一點接地跳機的分析及處理，為電力生產單位快速定位并處理故障及運行維護提供參考。

1 支撐絕緣子

某水電站發電機600 MW，IPB額定電壓20 kV，為全連式自然冷卻。IPB 主回路從機組-Y 軸方向引出，進入母線洞，連接GCB后引至主變洞，與主變壓器低壓套管相連。IPB分支母線分別連接PT 柜、高廠變和勵磁變。IPB 的主母線、分支母線均使用支撐絕緣子固定，每個母線斷面3 個絕緣子呈120°支撐。

6#發電機投產不到2 個月，運行過程中A 套（配置注入式定子接地保護）、B 套（配置基波+三次諧波定子接地保護）定子接地保護動作。在發電機保護動作跳開6#GCB 的同時，機端故障量消失，發電機出口電壓三相恢復平衡，表明在發電機中性點至GCB 段無故障點。根據故障錄波數據，在#6 GCB 跳開后，主變低壓側三相電壓波形在1 700 ms 內保持接地故障的波形，一直是B相電壓低，在2 000 ms后主變低壓側三相電壓值恢復正常，零序電壓降為0。由此可以判定B相經過渡電阻接地，故障點可能位于GCB 外側至主變低壓側或至廠高變高壓側或主變低壓側PT一次側的某處。

拆除IPB B 相與主變低壓側、廠高變、主變低壓側PT 柜連接，測量絕緣電阻值合格。通過絕緣電阻值無法判斷故障區域。對主變低壓側至GCB段的IPB B相進行47 kV交流耐壓試驗，當電壓升至42.4 kV時，出現擊穿現象，并伴有物體掉落聲音。通過聲音大致判斷故障點位于主變低壓側PT柜上方分支母線區域。進入IPB 內檢查，發現主變低壓側PT 柜上方第一組支撐絕緣中的一個絕緣子已碎裂成多塊，如圖1 所示。取出損壞的支撐絕緣子，破裂成大小不同的8塊，端部有熏黑現象且彈力塊表面出現碳化現象，如圖2所示。

故障點處理：清理干凈IPB 內部，更換交流耐壓合格（68 kV，1 min）的新支撐絕緣子，裝入IPB 分支母線筒內；檢查IPB其他支撐絕緣子無裂紋、破損現象；處理完畢，對#6發電機B 相IPB 進行絕緣電阻測量和整體交流耐壓試驗（47 kV，1 min），無放電、閃絡現象。

圖1 支撐絕緣子破裂

圖2 取出后的支撐絕緣子碎片

分析原因為故障的支撐絕緣子本身存在質量缺陷，在運行中發生接地故障，接地電流使支撐絕緣子彈力塊表面過熱碳化，同時彈力塊與支撐絕緣子之間間隙內的空氣高溫膨脹，造成支撐絕緣子爆裂并脫落，彈力塊及支撐絕緣子碎片掉落后，母線與地之間絕緣恢復，使系統恢復正常運行。

2 CT均壓線

某水電站#6 機投產半年，在自動開機并網過程中，GCB合閘前定子一點接地保護動作停機。A、B套保護屏上定子一點接地保護均動作出口。發生故障時，發電機出口PT 測得Ua=100.12 V、Ub=0.235 V、Uc=100.06 V，3U0=98.744 V，故障時GCB 處于斷開狀態，據此判斷故障點在發電機B 相至GCB范圍內。

進入#6發電機內部進行檢查，目測檢查發電機上下端部、磁極、定轉子間隙、匯流環、出口及中性點裝置、接地變等各處無異常。將發電機B 相出口與IPB 連接斷開后，測發電機本體絕緣電阻合格，IPB絕緣電阻合格。為盡快找到故障點，拆開IPB B 相至出口PT 母排、B 相至勵磁變母排，對IPB 進行交流耐壓試驗（47 kV）。在對#6IPB B 相進行交流耐壓試驗過程中，出現放電聲。根據放電聲，初步確定放電位置在靠近GCB 側的CT 附近。打開該CT 安裝孔蓋板后，再次耐壓，確定為等電位線對外殼放電。檢查發現，等電位線與IPB外殼絕緣距離較近，如圖3所示。

故障點處理：對CT 的等電位線進行了綁扎和固定處理，防止等電位線松脫，保證與IPB外殼有足夠的絕緣距離。處理完畢，對#6 發電機 B 相 IPB 進行耐壓試驗 （47 kV，1 min），無放電閃絡現象。

分析原因為#6 機IPBB 相CT 的等電位線在安裝時未固定牢靠，投運半年后因設備振動，出現松動、脫落，使等電位線與IPB 外殼絕緣距離不足（約2 cm），IPB 外殼是接地的，導致運行中等電位線對地放電，在等電位線及外殼上產生明顯的放電痕跡。

圖3 CT均壓線

3 發電機出口PT

某水電站#1機發電機投產3個多月，在運行過程中A、B套保護裝置定子發生接地保護動作。根據故障錄波數據，A相電壓為13.95 V，B相電壓為90.4 V，C相電壓為90.8 V，判斷故障發生在A相。

整體測量發電機、IPB、PT柜、勵磁變的A相絕緣，絕緣電阻較低。此時不能判斷故障區域，為縮小范圍，斷開各處連接。斷開勵磁變軟連接，測量勵磁變絕緣電阻值合格；斷開發電機A 相出口連接引線，測量發電機A 相絕緣電阻合格；測量IPB 帶PT柜絕緣電阻較低。斷開IPB A 相 與 PT 柜 的 軟 連接，測量A相PT一次側絕緣電阻為125 kΩ。檢查發現 A 相 PT 柜內 PT 一 次 繞組中性點連接電纜與20 kV高壓帶電導體接觸，且電纜外護套有放電痕跡，如圖4所示。

圖4 電纜與導體接觸位置

故障點處理：對電纜損傷部位處理后，調整電纜位置并固定，使電纜與20 kV帶電導體保持足夠的電氣安全距離，測試絕緣電阻值合格。

PT一次繞組中性點連接電纜（型號為YJV-26/35 kV-1X50）在安裝過程中柜內采取了彎曲敷設并留有一定的長度裕量；電纜沒有固定，不滿足《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規程》要求，在運行中不能長期保證電氣安全距離；PT柜安裝完成后，地面進行了精裝修，PT柜之間的電纜有可能被輕微移動。PT 一次繞組中性點連接電纜帶有金屬屏蔽層，電纜護套即視為接地體。PT 一次繞組中性點連接電纜與20 kV 帶電導體直接接觸，導致#1 機組出口PT 一次繞組中性點連接電纜外護套被擊穿，從而引發接地故障。

4 結束語

（1）發電機定子接地保護范圍內的電氣設備故障均可能引起定子一點接地保護動作。跳機后，首先要確認故障部位是發電機本體還是其他設備，從而確定高效、合理的故障處理方法。

（2）發電機出口設備較多，在發生非金屬性接地故障后，快速定位故障點是個難點。對于不是定子本身故障引起的定子一點接地動作，可分設備、分段查找故障點。先通過分段測量絕緣電阻值及分析故障錄波數據，大致判斷故障區間；若絕緣電阻值不能作出判斷，如案例2，將IPB 與發電機、PT、勵磁變連接斷開，采用交流耐壓方式定位故障點，比較直接快速。對于金屬性接地故障，一般通過分段測量絕緣電阻值即可判定故障區域。

（3）這幾例發電機定子一點接地故障均發生在機組投運不久，由安裝中存在的問題或質量缺陷所引起的。安裝過程中，嚴格按照相關規程規范及工藝要求進行施工，控制每個環節，注重細節，加強質量管理，能有效保證設備的安全穩定運行。