770MW 水轮发电机定子一点接地快速定位新方法应用

冉 帅，侯小虎，杨树锋，何雪芳

（溪洛渡水力发电厂，云南 昭通657300）

0 引言

某水电站安装有3台型号为1DH8661-3WE24-Z的立轴半伞式水轮发电机。相关参数：额定容量：770MW，额定电压：20kV，额定电流：24699A。

定子绕线方式：波绕，定子绕组接线：8Y，分支线棒数：48。

机组配置有基波零序电压和三次谐波电压定子接地保护、低频注入式定子接地保护，中性点经二次侧带负载电阻的接地变压器接地，设备配置接线图见图1。

1 事件描述

2018年2月3日20：01，该电站9F 发电机保护A、B 套定子接地保护动作跳闸停机，发电机出口断路器分闸，发电机灭磁停机，监控先后收到“9F A套发电机定子接地保护跳闸”和“9F A 套发电机定子接地保护跳闸”事件信息。

2 接地相别及主设备区间定位

根据9F 发电机故障录波波形及装置报文，故障前A、B、C 三相电压平衡，均为11.4kV 左右，无零序电压。故障时，发电机中性点入地电流为24A，B 相电压跃升到18.0kV、C 相电压跃升到18.8kV，A 相电压降低为1.8kV。故障时刻三相电压如图2所示。

图2 故障时刻机端三相电压相量图

根据机端三相绘制三相电压相量图。由相量图（图2）可知，故障时三相电压均有较大变化，但线电压UAB、UBC、UAC均无较大变化，且A 相电压为1.8kV，B 套保护装置采集机端零序电压为85.34V，可初步判断为发电机定子A 相在靠近机端处（距中性点距离为85%）发生单相接地故障。

断开发电机出口断路器（GCB），将机端各YH 拉至检修位置，拉开发电机中性点接地刀闸（断开接地变），测试电气一次设备绝缘（包含定子绕组、IPB 封闭母线、励磁变等部分），绝缘摇表1000V 档测得接地电阻阻值为0Ω，数字万用表测得对地电阻为18Ω，可初步判断为金属性接地。

3 接地分支及线棒定位

3.1 故障分支定位

在确定发电机定子绕组A 相金属性单相接地基础上，解开发电机A 相定子绕组8个分支在中性点处的连接线。在A 相出口与地之间施加交流电压，通过故障接地点形成交流回路。考虑到单相接地故障电流对定子铁心存在的损坏风险[4]及故障电流检测灵敏度，选择3A 交流小电流，测试接线及原理见图3。

图3 外加小电流查找故障分支

经柔性线圈电流传感器在出口侧对8个分支逐一测量，仅在第7分支测得3A 交流电流，故确定接地故障存在于第7分支。

3.2 故障线棒定位

在确定接地点位于第7分支后，保持试验接线和回路电流不变，根据发电机故障录波信息提供的大致接地位置，采用柔性线圈电流传感器对第178槽至第261槽线棒进行针对性电流测试。经检测，第7分支的第238号槽上层线棒直线段上端有电流而直线段下端无电流，故判断接地点在第238号槽上层线棒，示意见图4。

图4 电流互感器针对性故障排查

4 接地故障描述

在前期故障定位基础上，拆卸第238槽线棒下端固定挡风板，检查定子铁心及线棒端部。确认第238槽下端左侧铁心第4台阶（自下往上）存在3片断齿，断齿突出并切割上层线棒，造成定子绕组一点接地，见图5示意。

图5 定子铁心端部断片割损线棒主绝缘示意图

5 结束语

经过本案例的实际应用，故障录波分析加小电流测试的方法，具有以下优点：

（1）故障定位快速精准。故障录波可初步判定故障区间、相别、大致接地位置，小电流测试方法灵敏且试验接线灵活。本次故障的排查定位，耗时约8h，有效减少发电机非停时间，且为后续处理工作的及时开展赢得时间，缩短机组检修工期，提高机组的全年等效可用系数，经济效益和社会效益良好。

（2）操作简单，工作量小。本方法仅需拆解发电机中性点分支连接线和故障位置挡风板，完成常规交流耐压试验接线，劳动量小，人力资源耗用少。针对采用固定挡风板冷却结构和定子绕组为波绕组且分支线棒数量较多的大型发电机，本方法优势明显。

（3）对完好部件的破坏小。本方法以定子绕组外加电流为关键控制要素，调节试验电压，可有效防止接地点故障扩大，避免铁心烧毁。

（4）试验设备简单易得。本方法所需试验变操作台、滑动变阻器、钳形电流表为发电企业常备设备，便于取得，有利于故障的应急排查和处理。