發(fā)電機定子繞組單相接地故障原因分析及處理方案

中國石油獨山子石化公司熱電廠 劉樹濤 常彩花 王鵬年 陳 剛 藺國旭

1 發(fā)電機定子接地故障發(fā)生

2018年8月27日23:52分，發(fā)電車間電氣運行監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)ECS 報出“#1發(fā)變組A 柜、B 柜定子接地報警”故障。同時1#發(fā)變組監(jiān)控畫面顯示：1#發(fā)電機Ua,Ub 相電壓由之前的7.9kV 上升到了13.4kV；Uc 相電壓由7.9kV 下降為0.38kV；三相線電壓顯示不變，為13.74kV。1#發(fā)變組保護A 柜、B 柜的發(fā)變組微機保護均發(fā)出“定子接地零序電壓信號”和“三次諧波電壓差動”報警信號。1#發(fā)變組故障錄波啟動?，F(xiàn)場人員用數(shù)字萬用表在發(fā)變組保護屏和發(fā)電機出口PT 處進行測量，發(fā)電機兩組PT 的三相電壓測量結(jié)果均顯示C相電壓接近零。因此，基本可排除微機保護誤報和PT 保險熔斷等原因，初步判斷發(fā)電機一次系統(tǒng)C 相接地故障[1]。

2018年8月28日1:50#1機組打閘停機。立即組織人員拆除發(fā)電機出口軟連接，并單獨對發(fā)電機進行絕緣測試，測試結(jié)果：發(fā)電機A 相、B 相對地絕緣良好，發(fā)電機C 相對地絕緣為0，判斷發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生C 相金屬性接地故障。拆除軟連接后進行絕緣測試，發(fā)電機C 相兩組并聯(lián)線圈中一組線圈對地為零、另一組線圈對地電阻絕緣合格。9月6日21點，1#發(fā)電機抽出轉(zhuǎn)子后，明顯可以看到1#發(fā)電機汽端繞組開口處放電痕跡，放電痕跡約15厘米長，鐵芯局部有約2厘米左右的灼傷痕跡。查閱圖紙后，判斷是C 相繞組第38號槽的上層繞組發(fā)生單相接地故。

2 故障發(fā)生前后現(xiàn)象

1#發(fā)電機由山東濟南發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)，2007年5月出廠，2008年9月投入運行，運行近10年時間，本次故障前發(fā)電機各項電氣參數(shù)均正常，發(fā)電機進出口冷卻風(fēng)溫均在指標范圍內(nèi)；1#發(fā)電機中性點通過電壓互感器接地（屬于不接地系統(tǒng)），根據(jù)規(guī)范要求，發(fā)電機發(fā)生單相接地后安全電流：額定電壓13.8kV、額定容量135MW、發(fā)電機安全接地電流應(yīng)≤2A。根據(jù)電調(diào)下發(fā)的發(fā)變組保護定值單，發(fā)電機定子接地保護跳閘投入為0，只報警不出口跳閘。

圖1 發(fā)電機汽端繞組表面擊穿

圖2 發(fā)電機汽端繞組絕緣層破壞

根據(jù)發(fā)電機短路痕跡[2]分析：繞組內(nèi)部綁扎帶內(nèi)部首次發(fā)生放電，并沿線圈表面閃絡(luò)放電至鐵芯接地形成貫穿，如圖1所示。9月12日剝離接地點外絕緣后，在內(nèi)部銅線表面可明顯看到接地灼傷黑點，同時線圈絕緣層遭到電弧放電燒灼發(fā)黑，如圖2所示。

3 故障原因分析及定子線圈修復(fù)

故障原因分析：故障點綁扎帶內(nèi)部絕緣薄弱，故障點處的絕緣性能不一致。同時，故障點在發(fā)電機C 相首端對地電壓高，長期在交變電場作用下故障點電場分布不均勻，在內(nèi)部發(fā)生輕微閃絡(luò)放電[3]；故障點閃絡(luò)放電高溫將導(dǎo)致絕緣材料性能下降，絕緣材料性能下降將導(dǎo)致閃絡(luò)放電程度增大，閃絡(luò)放電增大進一步加劇絕緣材料性能下降。當(dāng)故障點閃絡(luò)放電破壞線圈表面絕緣后，將沿著線圈表面防電暈高阻層向接地點鐵芯放電，最終導(dǎo)致貫穿性表面放電擊穿，形成接地故障。

1#發(fā)電機定子線圈受損修復(fù)[4]內(nèi)容：更換定子38號線槽上層線棒；發(fā)電機定子受損鐵芯修復(fù)；發(fā)電機定子其他線圈受損修復(fù)；發(fā)電機定子全部線圈表面重新絕緣處理等事項；按照國家/行業(yè)標準進行發(fā)電機直流、交流耐壓試驗并試驗合格；檢修完成后驗收合格，確保1#發(fā)電機安全投入正常運行。

4 防范措施

上海電機修理廠技術(shù)人員清除C 相38號槽線棒，制作新的線棒放入38號槽內(nèi)，處理好絕緣后，按照國家和行業(yè)標準通過直流和交流耐壓試驗合格后，開機投入運行；發(fā)電機投入運行后，發(fā)電車間要強化對發(fā)電機運行參數(shù)的監(jiān)控，密切注意發(fā)電機三相電流平衡性，控制好發(fā)電機進出口冷卻風(fēng)溫在指標合格范圍內(nèi)；電氣車間的保護試驗班組對ECS后臺、發(fā)變組保護裝置、微機勵磁裝置及故障錄波器進行全面檢查，確保各項參數(shù)合格范圍內(nèi)，無任何報警信息；在后期發(fā)電機大修時，電氣車間要仔細檢查發(fā)電機定子線圈，嚴格按照試驗規(guī)程進行預(yù)防性試驗。

綜上，發(fā)電機定子繞組發(fā)生單相接地故障后，故障點產(chǎn)生電弧會灼傷鐵芯[5]，使修復(fù)工作復(fù)雜化，而且電容電流越大、持續(xù)時間越長對鐵芯的損害越嚴重。另外，單相接地故障會進一步發(fā)展為匝間短路或相間短路，出現(xiàn)巨大的短路電流，造成發(fā)電機嚴重損壞。因此，定期對發(fā)電機運行參數(shù)進行監(jiān)控，密切關(guān)注各項參數(shù)穩(wěn)定運行至關(guān)重要。同時檢修后要進行質(zhì)量驗收，包括定子受損鐵心硅鋼片、定子線圈端部絕緣、定子繞組的直流電阻、定子繞組直流耐壓性能、定子繞組交流耐壓性能等都要一一檢驗，確保機組檢修完好后投入運行。