发电机定子绕组单相接地故障原因分析及处理方案

中国石油独山子石化公司热电厂 刘树涛 常彩花 王鹏年 陈 刚 蔺国旭

1 发电机定子接地故障发生

2018年8月27日23:52分，发电车间电气运行监盘人员发现ECS 报出“#1发变组A 柜、B 柜定子接地报警”故障。同时1#发变组监控画面显示：1#发电机Ua,Ub 相电压由之前的7.9kV 上升到了13.4kV；Uc 相电压由7.9kV 下降为0.38kV；三相线电压显示不变，为13.74kV。1#发变组保护A 柜、B 柜的发变组微机保护均发出“定子接地零序电压信号”和“三次谐波电压差动”报警信号。1#发变组故障录波启动。现场人员用数字万用表在发变组保护屏和发电机出口PT 处进行测量，发电机两组PT 的三相电压测量结果均显示C相电压接近零。因此，基本可排除微机保护误报和PT 保险熔断等原因，初步判断发电机一次系统C 相接地故障[1]。

2018年8月28日1:50#1机组打闸停机。立即组织人员拆除发电机出口软连接，并单独对发电机进行绝缘测试，测试结果：发电机A 相、B 相对地绝缘良好，发电机C 相对地绝缘为0，判断发电机内部发生C 相金属性接地故障。拆除软连接后进行绝缘测试，发电机C 相两组并联线圈中一组线圈对地为零、另一组线圈对地电阻绝缘合格。9月6日21点，1#发电机抽出转子后，明显可以看到1#发电机汽端绕组开口处放电痕迹，放电痕迹约15厘米长，铁芯局部有约2厘米左右的灼伤痕迹。查阅图纸后，判断是C 相绕组第38号槽的上层绕组发生单相接地故。

2 故障发生前后现象

1#发电机由山东济南发电设备厂生产，2007年5月出厂，2008年9月投入运行，运行近10年时间，本次故障前发电机各项电气参数均正常，发电机进出口冷却风温均在指标范围内；1#发电机中性点通过电压互感器接地（属于不接地系统），根据规范要求，发电机发生单相接地后安全电流：额定电压13.8kV、额定容量135MW、发电机安全接地电流应≤2A。根据电调下发的发变组保护定值单，发电机定子接地保护跳闸投入为0，只报警不出口跳闸。

图1 发电机汽端绕组表面击穿

图2 发电机汽端绕组绝缘层破坏

根据发电机短路痕迹[2]分析：绕组内部绑扎带内部首次发生放电，并沿线圈表面闪络放电至铁芯接地形成贯穿，如图1所示。9月12日剥离接地点外绝缘后，在内部铜线表面可明显看到接地灼伤黑点，同时线圈绝缘层遭到电弧放电烧灼发黑，如图2所示。

3 故障原因分析及定子线圈修复

故障原因分析：故障点绑扎带内部绝缘薄弱，故障点处的绝缘性能不一致。同时，故障点在发电机C 相首端对地电压高，长期在交变电场作用下故障点电场分布不均匀，在内部发生轻微闪络放电[3]；故障点闪络放电高温将导致绝缘材料性能下降，绝缘材料性能下降将导致闪络放电程度增大，闪络放电增大进一步加剧绝缘材料性能下降。当故障点闪络放电破坏线圈表面绝缘后，将沿着线圈表面防电晕高阻层向接地点铁芯放电，最终导致贯穿性表面放电击穿，形成接地故障。

1#发电机定子线圈受损修复[4]内容：更换定子38号线槽上层线棒；发电机定子受损铁芯修复；发电机定子其他线圈受损修复；发电机定子全部线圈表面重新绝缘处理等事项；按照国家/行业标准进行发电机直流、交流耐压试验并试验合格；检修完成后验收合格，确保1#发电机安全投入正常运行。

4 防范措施

上海电机修理厂技术人员清除C 相38号槽线棒，制作新的线棒放入38号槽内，处理好绝缘后，按照国家和行业标准通过直流和交流耐压试验合格后，开机投入运行；发电机投入运行后，发电车间要强化对发电机运行参数的监控，密切注意发电机三相电流平衡性，控制好发电机进出口冷却风温在指标合格范围内；电气车间的保护试验班组对ECS后台、发变组保护装置、微机励磁装置及故障录波器进行全面检查，确保各项参数合格范围内，无任何报警信息；在后期发电机大修时，电气车间要仔细检查发电机定子线圈，严格按照试验规程进行预防性试验。

综上，发电机定子绕组发生单相接地故障后，故障点产生电弧会灼伤铁芯[5]，使修复工作复杂化，而且电容电流越大、持续时间越长对铁芯的损害越严重。另外，单相接地故障会进一步发展为匝间短路或相间短路，出现巨大的短路电流，造成发电机严重损坏。因此，定期对发电机运行参数进行监控，密切关注各项参数稳定运行至关重要。同时检修后要进行质量验收，包括定子受损铁心硅钢片、定子线圈端部绝缘、定子绕组的直流电阻、定子绕组直流耐压性能、定子绕组交流耐压性能等都要一一检验，确保机组检修完好后投入运行。