一起發電機定子接地短路故障案例分析及處理

曹美龍

【摘 要】文章通過一起發電機定子接地短路故障分析及處理案例，詳細介紹故障查找過程，分析了造成故障的原因，并系統描述故障處理方法及工藝、防范措施，特別是改進了高壓試驗方法，為同型發電機避免類似事故提供借鑒。

【關鍵詞】發電機定子；接地；故障處理；高壓試驗

【中圖分類號】TM31 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）06-0100-02

0 引言

某電廠4臺發電機型號為WX21Z-073LLT，采用阿爾斯通技術生產的WX21Z系列空氣冷卻式發電機，視在功率為158 MVA，額定有功容量為135 MW，定子電壓為13.8 kV，定子電流為6 645 A，頻率為50 Hz，功率因素為0.85，轉子電壓為233 V，轉子電流為1 408 A，轉速為3 000 r/min，絕緣等級為F級，冷卻方式為空冷。于2006年8月投產運行，至本起事故前運行正常。

1 故障經過

1.1 事故前發電機運行工況

事故前，該廠4號發電機帶111.61 MW有功負荷（無功功率為22.96 MVAR）正常運行，機組6 kV廠用母線電壓及機組所接入220 kV系統母線電壓無異常。主要運行參數見表1。

1.2 事故經過

2007年12月16日00時51分，在無任何事故先兆情況下，4號發變組及發電機差動保護同時動作，主變220 kV側開關、高廠變6 kV側開關及發電機滅磁開關跳閘，聯動關閉汽機主汽門及調門，機組甩負荷至零，廠用電快切裝置動作6 kV廠用電切換至01號啟備變運行。

事后，檢查發電機勵磁小室和出線小室有焦煳味，發電機勵端軸封及端蓋上部空氣濾過器有少量污垢噴出，初步判定發電機本體內部發生故障。

2 檢查及修前試驗

2.1 發電機檢查情況

發電機停機后，拆開兩端端蓋及鋁環，查發電機定子端部及中性點三相引出線在發電機機殼穿墻位置6個軟連接及固定鏍柱表面有弧光燒損痕跡，固定導體的絕緣隔板、絕緣夾件表面沉積大量短路燒蝕殘留物。發電機機殼6根引出線三相弧光短路圖如1所示。

發電機抽出轉子后，進入膛內檢查。發現定子勵端有2根線棒絕緣破損，上、下層線棒各1根。破損線棒為定子A相繞組尾部線棒，面對發電機端部6點鐘位置，第3、4道綁線之間，破損長度約200 mm。同時，發電機勵端軸封吸入少量5號瓦漏油漬混合物，吸附在定子線棒和鐵芯表面，但未發現外來金屬物件和其他異物。

2.2 發電機修前試驗

對固定定子出線用的絕緣隔板、絕緣夾件的表面簡單清理后，對定子進行絕緣測試，以排除是否有其他故障點。絕緣測試時，采用將上、下層表面包錫紙加壓試驗的辦法，測得絕緣電阻大于4 G。證明故障點的絕緣隔板、絕緣夾件的絕緣性能良好。

拆除發電機定子端部引線，對發電機本體開展絕緣電阻及直流耐壓試驗。發電機定子絕緣正常，泄漏電流出現明顯偏差。試驗未發現其他故障點。絕緣電阻試驗數據見表2，直流耐壓試驗數據見表3。

2.3 錄波器波型分析

查錄波器，波形顯示發電機出線C相（+70.2 V時）首先接地短路，約1 ms后AC兩相短路，此時B相電壓瞬時值過零點未發生短路。約3 ms后，當B相、C相二次對地電壓分別達到-65 V和+60 V時，絕緣再次擊穿，導致發電機定子三相弧光短路。發電機故障時電流電壓波形圖如圖2所示，C相接地時各相對地電壓瞬時值見表4。

表4中，u指接地瞬間，定子一次電壓瞬時值；ue指發電機額定相電壓（峰值）。

當定子C相對地瞬時電壓達到其額定相電壓（峰值）86%左右即9.69 kV時發生放電接地。發電機定子C相出線絕緣嚴重破壞，無法承受正常運行電壓。

3 原因分析

故障點絕緣擊穿，必須滿足固定定子出線的絕緣夾件、絕緣隔板絕緣相繼破壞2個條件。絕緣夾件和絕緣板由環氧樹脂組合而成，夾件縫隙墊有聚砜氈適形材料。根據事后對絕緣夾件和絕緣板試驗絕緣正常，因此初步推斷絕緣夾件縫隙聚砜氈材料絕緣異常。

經查，基建發電機定子端部引線安裝過程中，為確保聚砜氈材料不變形，安裝人員先將聚砜氈涂抹環氧樹脂膠再進行安裝。環氧樹脂膠采用自然通風晾干方式。受基建安裝影響，環氧樹脂膠在晾干過程中，鐵磁性物件（主要是細焊渣）飄落在環氧樹脂表面。金屬性雜質隨環氧樹脂膠晾干固化在聚砜氈表面。常規吹掃手段無法有效清理。

發電機制造廠試驗項目中未要求測試絕緣夾件的絕緣性能，運維人員對絕緣夾件結構認識不充分，在開展發電機定子手包絕緣試驗項目中未安排絕緣夾件縫隙測試內容，造成聚砜氈表面長期存在絕緣隱患。

又由于該發電機5號瓦長期滲油，漏油漬混合物經軸封吸入發電機膛內，飄落并黏附在絕緣隔板表面，累積一定時間后與存在隱患的絕緣夾件縫隙聚砜氈材料共同作用，導致定子出線C相的爬電通道，造成滑閃放電，引發三相弧光短路。

4 處理方案

4.1 發電機修復

經現場檢查及綜合分析，確定發電機定子修復方案：上層故障線棒拆除更換、下層線棒補焊修復。由于1根故障線棒在下層，需拆除3根上層疊壓線棒（含上層破損線棒）。同時更換發電機定子出線6根軟連接、固定導體絕緣夾件及絕緣隔板。

下層故障破損線棒修補：撥開4根線棒端部并頭套和外包絕緣、焊開線棒端部連線，取出上層3根線棒槽楔，拆卸出線棒。徹底清理下層故障破損線棒，現場補焊并修復破損部位絕緣，重新包扎噴導電漆及覆蓋漆，進行烘烤。對修補的線棒進行交、直流耐壓試驗。

更換上層3根定子線棒，處理工序主要包括以下幾個方面：對新的3根線棒在下線前進行交、直流耐壓試驗；新線棒下線；回裝新槽楔；下線后的交流耐壓試驗；新線棒端部銀焊連接；測量繞組直流電阻；新線棒端部絕緣包扎；新線棒綁繩樹脂浸漆并烘干固化；噴導電漆及覆蓋漆；整體烘烤；發電機定子直流耐壓、交流耐壓、起暈試驗及外移電位測試等高壓試驗。

4.2 完善發電機絕緣監督項目及高壓試驗方法，取得良好效果

本次事故后，該電廠完善了發電機絕緣監督試驗項目，將發電機手包絕緣試驗列為發電機定期監督的高壓試驗項目。同時，對發電機高壓試驗方法進行總結和完善，手包絕緣試驗項目，除原有對定子端部線棒、并頭套及引線接頭等試驗內容外，新增加絕緣平板測試項目，確保絕緣監督無死角。

該廠按照完善發電機絕緣監督項目及高壓試驗方法，對其他3臺發電機進行專項排查。通過檢查發現，3號發電機B相絕緣夾件縫隙處外移電位超過8 000 V，定子B相對地絕緣僅依靠絕緣隔板勉強維持。現場清除聚砜氈表面環氧樹脂膠固化物，復測外移電位約490 V，排除了一項重大安全隱患。

4.3 加強設備檢查及維護，提高發電機運行安全性和可靠性

該廠通過本次事故總結，在發電機運行期間，要定期檢查并及時消除軸瓦漏油缺陷，防止造成對發電機定子絕緣的破壞。在檢修期間，定期檢查發電機定子線棒、引線，及時吹掃并清洗定子繞組。將起暈試驗、手包絕緣試驗列入重點絕緣監督試驗項目。

5 結語

該廠4號發電機在完成定子接地短路故障的處理后，一直穩定運行。2013年3月，發電機大修解體檢查，定子線棒運行情況良好，說明故障處理方式及工藝完全滿足設備安全運行要求。同時，該電廠完善后的發電機絕緣監督項目及高壓試驗方法也為同型發電機避免類似事故提供借鑒。

參 考 文 獻

[1]中國國電集團公司.電力系統25項重大反事故措施[M].北京：中國電力出版社，2015.

[2]GB/T 26399—2011，電力系統安全穩定導則[S].

[3]DL/T 769—2001，電力系統技術導則[S].

[4]賀家李，宋從矩.電力系統繼電保護原理[M].北京：中國電力出版社，1994.

[5]熊信銀.發電廠電氣部分[M].北京：中國電力出版社，2004.

[6]張忠海，黃魯斌，高中來，等.WX21Z-073LLT型135 MW大容量空冷汽輪發電機的研制[J].大電機技術，2001（4）：9-12，16.

[責任編輯：鐘聲賢]