发电机定子绕组接地点查找方法

向波

（中国水利水电第七工程局有限公司 四川省成都市 610000）

1 概述

对于新建的发电机组由于施工客观原因：设备安装环境潮湿，吊装过程中容易碰撞定子绕组；以及后续施工过程中定转子之间容易掉入异物，机组转动后损伤定子绕组等等因素，均会影响到定子绕组后的绝缘效果，甚至对发动机定子绕组接地产生影响。针对已经投入生产的发动机组，也会发生定子绕组故障，在实际工作中会经常见到定子绕组单相接地，属于常见故障类型。针对大中型水轮发动机中性点并未接地的情况也可能引发故障，单相接地对电流影响较小，因此，一旦发生定子绕组后单相接地，便会发生发动机短路问题，属于发电机故障预警。差动保护作为电气设备主要保护方式，在电器设备两侧进行保护，主要保护电动机互感器、继电器，差动保护的作用范围是供电电源。差动保护在发电机及变压器、线路上发生作用，对此，本文对差动保护原理及定子绕组接地点进行探究。

2 差动保护理论研究

差动保护的相关誗（见图1）。在运行过程中，I1=I2，因此，Ij=I1-I2=0，在继电器两端继电器内部抗阻原理进行运动，此时的电压U=Ij×Ru=0（Ru为继电器内部的阻抗），电流并未通过线圈，因此，不会继电器不会产生任何反应。

当发生区内故障时（见图2），i1=Id/n(n 为电流互感器 TA1的匝数比)，ij=i1-i2≈i1，U=ij×Rj≈i1×Rj，电流流经差动继电器线圈后电压随之产生，检测出的故障动作。

区外故障产生过程中（见图3），在电路依旧处于运行状态，短路电流是额定电流的8 倍，存在非周期表现，此是的电流互感器TA1 与TA2 保持性质一致，而差动继电器并未流动电路。一旦TA1 与TA2 性质不一样，此时的差动继电器经过不平等电流，差动动作电流在不平等电路以上，差动继电器不会产生动作。

3 利用差动保护原理查找发电机定子绕组接地实际应用方法

在某水电站进行发电机升压试验过程中，当机端电压升至80%Ue 时，发电机保护报出定子一点接地信号，于是停机对机组进行检查。退出发电机组出口PT 小车，拉开中性点接地开关，用摇表检查发电机定子绕组的绝缘为零。然后利用差动保护原理法，对定子的接地点进行查找。在机端和中性点间加一个380V 的电压，中间串一个滑动电阻，具体接线（如图4）。

图4 中，UAB=380 V、UBN=220V(N 与发电机铁芯相连)。K1点接地情况下，相位表显示数值为120 度。(或240 度，当夹子同名端反时)；相反状态下，K2点接地，相位表读数为0 度(或180 度，当夹子同名端反时)，通过此方法应用很快查找出定子绕组接地点。此方法必须在回路中串联适当的电阻，以限制回路中的电流，防止短路。

图1：差动保护原理示意图

图2：内故障差动保护动作原理

图3：当发生区外故障时差动保护动作原理图

图4：利用差动保护原理查找定子接地

4 其它查找方法

4.1 绝缘电阻法

4.1.1 故障相别的评估方法

发电机定子绕组引发接地故障后，利用绝缘电阻法能对故障进行判断，此过程中需做好安全防护，将发电机出口电压互感器保险取下，针对中性点通过消弧线圈接地发动机，需将注意力放在接地刀闸位置，刀闸在拉开后，发电机出口电压处于恒定电压状态，为保证发电机绕组接地不会发生故障，还需拆开线圈中性点，判断接地点所在位置，若并未发生中性点短路，可采取绝缘电阻法观察发动机接地位置。

4.1.2 接地点评估

现阶段，大型及中型水轮发电机装载定子接地保护装置，定子绕组后引发接地故障时，保护动作发生障碍，打印机出现故障报告，自古筝报告中能提取相关的信息，比如，故障值为3U0，可对接地点位置进行评估。

4.2 直流电阻法

结合上述分析，利用绝缘电阻法可判断接地点位置，利用变压器直流电阻可检测接地相中点接地电阻，根据电阻值对接地点大概位置进行评估。受到试验误差影响，接地点计算及评估不可能准确无误，对此，中性点无引出线情况下的发电机，无法对接地点进行判断。

4.3 定子绕组后渡电阻接地的查询方法

定子绕组后通过渡电阻接地含有2 种方法，一种是绝缘存在问题，主要是体现在直流耐压过程中个别相发生电流泄露问题。另外一种则是耐压过程中无法增加直流电，对地存在电阻，对此，还需对以上两种情况进行查找。

4.3.1 泄漏电流较大

针对定子绕组及直流电耐压时电流泄露较大引发的问题，结合《高压电气设备试验方法》相关内容进行分析，其中包括直流电压作用在线棒时，绝缘缺陷线棒电压不会产生变化，以此进行判断，试验过程中利用金属叉进行端部电压探测。

4.3.2 经小过渡电阻接地．

（1）电阻测量法：结合发电机组情况，对相线棒薄弱处进行检测，此过程中结合万用表与发动机出口线路连接，并观察相线棒另一侧是否出现损坏或者潮湿，检测到发电机端口电阻值较低或者数值为0 时，还需让工作人员对发电机情况进行检验，及时处理故障问题。故障处理后续认知故障绝缘情况，若检测的绝缘值较高，可判断此区域为故障点。定子绕组内侧均会配置绝缘材料，结合电阻测量法对概率及铁芯、线棒侧壁等进行对比。经过实验对比，会发现定子绕组在通过电阻接地时，电阻值较小，通过该方法能明确故障的大致区域，可节约检查时间。较小过渡电阻接地缺陷在查找过程中无法准确利用接地电阻法查询。

（2）绝缘破坏法：针对在较小过渡电阻接地的情况，接地电阻法无法及时找到故障点，此情况下直流电压无法提升，可利用直流高压及增加交流电压的方式，改变较小过渡电阻对接地的影响，完成直接接地，在加压过程中保证安全的同时，让工作人员观察发电机放电情况，便于对绝缘处处理。

（3）二分法：较小过渡电阻接地可利用绝缘法处理，若无法找到接地点故障情况，可利用二分法进行处理。二分法是一种针对故障相一般位置将头套开启，判断故障点的方法，并利用二分法继续对故障点进行查找，通过此方式也能找到故障点。二分法是一种必要条件下应用的方法，虽然能排查故障点，但会拆除线头线圈，查找方式较为复杂，对技术有较高要求，不必要情况下还需采取其他方法。

5 结束语

水轮发电机定子接地故障作为发电机常见故障，在短时间处理故障是保证发动机运行的关键，同样对新发电机组投产及电网安全运行具有重要意义，对此，本文提出差动保护原理与相位比较法在实践中的应用，可最大程度提升定子绕组接地工作效率，及时创造社会效益。此过程中，该方法有利于完成直流接地故障查找。