灯泡贯流式机组定子绕组接地故障分析及处理

廖春宏，武继超

(华电福新能源有限公司池潭水电厂，福建 三明 354400)

1 设备概况

某低水头河床式水电站是发电、航运相结合的水资源综合利用枢纽工程。该电站安装3台GZWP-550灯泡贯流式水轮发电机组，单机容量14.6 MW，总装机容量43.8 MW，年平均发电量1.925亿kWh，设计水头8.5 m。1，2号机并接6.3 kV Ⅰ段母线单元，3号机接6.3 kV Ⅱ段母线单元。

3台机组均采用天津阿尔斯通公司引进外国技术生产的空冷发电机。发电机主要参数为：额定电压6.3 kV、额定电流1 487 A、额定功率因数0.90(滞后)、额定励磁电压200 V、额定励磁电流800 A，发电机定子绕组及铁芯绝缘等级均为F级。

2 事故经过

2014-09-20，该水电站1号机在停机状态、2号机在运行状态(P=14.2 MW，Q=1.2 Mvar),3号机在A级检修中，其他设备均正常运行。当天23:14，电厂监控系统发出“2号机后备保护动作”报警信号，运行监盘人员发现2号机已经跳闸停机。检查2号发电机定子接地保护t1(时限5 s)报警，接地保护t2(时限20 s)动作出口。在冷备用状态下测量2号机定子绝缘电阻为0,转子绝缘电阻为7 MΩ，因此可初步判断2号机定子回路发生金属性接地故障。

3 故障点查找

3.1 确定故障相

2号机转入检修状态后，检修人员分别对2号机电压互感器、电流互感器、励磁变电缆及2号机所属单元设备进行检查，均未发现放电、异味等异常现象。随后对2号机定子绕组端部进行细致的检查，并拆除发电机出线连接电缆、中性点电缆，分别对发电机三相定子绕组进行绝缘电阻测量：A相绝缘电阻为720 MΩ，B相绝缘电阻为800 MΩ，C相绝缘电阻为0。测量转子绝缘电阻为7 MΩ。对2号机电压互感器、电流互感器、励磁变高压侧电缆及2号机所属单元设备绝缘电阻进行测量，均正常。根据以上测量结果分析，判断2号机定子C相绕组发生一点金属性接地，故障点在发电机定子绕组内部。

3.2 定位故障点

2号机转入检修状态后，对定子接地故障点进行查找、定位。依次用2 500 V，1 000 V，500 V量程兆欧表测量发电机定子C相绕组绝缘电阻，结果均为0；然后用万用表测量电阻为60～100 Ω的金属性不稳定低阻接地。因发电机每个支路的线棒数量较多，如果故障点处在线棒端部，则凭目测即可发现；如果故障点处在直线段(铁芯槽内)，则很难凭目测发现。

由于发电机绕组分支直流电阻很小，即使是金属性接地，采用直流电阻比较法也无法准确判断，且目前现场缺少先进的测试定位仪器，故采用传统的直流加压法。其原理是：采用直流电焊机(或1～100 A的电流源)，在故障相绕组和地之间施加一直流电压，当故障点被击穿时，根据放电处的声音和火花判断具体的故障槽。该方法的主要缺点是测试电流可能造成线槽局部铁芯损伤，因此采用该方法时应控制电压及电流，并在照明熄灭后进行，以便于观察火花，确定故障点。电源从0升流升压，当电流升至35～40 A时，其中一个定子线槽端部出现“呲呲”声音及白色弧光放电现象，从而找到故障点。

4 接地线棒处理

从定子绝缘损坏情况分析，应更换绝缘损坏的线棒。

4.1 抽出损坏线棒

因灯泡贯流式机组抽转子检修周期长，故事故抢修采用不抽转子，仅在拆除发电机转子少量磁极后进行检修的方法(厂家考虑抢修方便，一般在灯泡贯流式机组预留有检修位置)。剥除故障线棒端部绝缘层，焊开环形引线连接板，将线棒与环形引线分离，退出槽楔，解除绑绳，取出已损坏的上层线棒，清理定子铁芯及槽内绕组。

4.2 安装新线棒

对新线棒进行绝缘处理后，再对其进行2.75×6.3 kV的交流耐压试验并合格。按图纸要求，在槽内放入层间垫条，将耐压合格的线棒嵌入槽内。检查确认端部伸出长度符合要求，控制线棒与环形引线之间的间隙误差，并垫好相应的垫条及半导体玻璃坯布，用浸有固化环氧胶的玻璃丝带和间隙块将线棒相互绑紧。间隙过大时可加垫适形毡，计算出需加垫条的厚度，垫好垫条后再将槽楔打紧。

4.3 连接环形引线接头

先清理线棒端部，清除表面余胶、氧化物及油污；然后对齐上、下层线棒环形引线头，若对不齐，则需进行校形；最后，采用氧气焊机焊接线棒引线头与环形引线连接板，按顺序将每个接头分上、下层线棒端头2次焊完。接头回路电阻测量(1号接头：3 µΩ；2号接头：3.5 µΩ)合格。

4.4 接头绝缘包扎及定子绕组试验

环形接头每包2层云母带后刷1次环氧树脂漆，共包18层，最外层则包1层玻璃丝带。

通过上述处理后，2号发电机经交流耐压、直流泄漏、绝缘测试以及转子绕组绝缘测试等试验均合格后，恢复并网发电。

5 定子接地原因分析

2号机曾于2006年因失磁发生深度进相，使定子线圈、铁芯严重过热，线圈烧毁，后更换了全部定子线棒，但未进行铁芯过热后的检查处理。经长期运行后，铁芯端部出现松动，并伴随出现铁芯振动。铁芯在振动作用下端部硅钢片发生断齿，断片把定子绕组线圈绝缘刺穿。

同时，又因设计问题，端部铁芯固定方式不合理，铁芯端部硅钢片只有一半位置得到固定，导致铁芯易振动脱出或卷边，端部硅钢片易松动，局部易发热、断齿。

6 防范措施

为了及早发现发电机定子铁芯及绕组缺陷，应及时了解发电机的运行状态，对其进行实时监控，发现隐患后及早处理。为避免故障发生及降低定子绕组绝缘损坏的几率，应采取以下措施。

(1) 结合机组大小修，检查定子端部铁芯固定情况。如铁芯端部硅钢片是否有松动、断齿、外表附着黑色油污和局部发热等异常情况；检查发电机硅钢片是否叠压整齐，燕尾槽有无开裂和脱开现象。如有异常，应及时处理；必要时，应进行发电机铁损试验，检查铁芯片间绝缘有无短路以及铁芯发热情况，发现缺陷应及时查找原因并处理。

(2) 结合机组大小修，加强对机组定子绕组端部、环形引线、过渡引线、鼻部手包绝缘的检查，及时发现和处理绕组存在的缺陷。

(3) 因2号机定子绕组单相接地电容电流小(实测小于规定值4 A)，依据GB/T14285—2006《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，将定子一点接地保护跳闸改为发信号，同时将该信号列入事故监视信号，及时提醒运行维护人员，以便及时处理接地故障。

(4) 根据电站实际情况，逐步引入发电机在线监测技术，对发电机运行状况进行在线监测。

1 连 杰．200 MW水轮发电机定子接地保护动作原因分析[J]．电力安全技术，2012，14(3)：16-19.