機組定子繞組單相接地故障的診斷與處理

金敏霞，王建偉

（國網浙江省電力公司緊水灘水力發電廠，浙江 麗水 323000）

機組定子繞組單相接地故障的診斷與處理

金敏霞，王建偉

（國網浙江省電力公司緊水灘水力發電廠，浙江 麗水 323000）

文章結合一起水輪發電機定子繞組單相接地故障進行分析，詳細介紹了發電機定子繞組單相接地故障的診斷辦法及過程，并提出了故障的處理方法。

水輪發電機；定子單相接地；故障診斷及處理

1 前言

緊水灘電廠位于浙江省云和縣甌江干流上，總裝機容量為6×50 MW，主要擔負著系統的調峰、事故備用和無功調節等任務。水輪發電機型號為SF-K50-30/6 400，額定功率為50 MW，額定電壓為10.5 kV，額定電流為3 235 A，功率因數為0.85。機組由于多種原因引起振動較大，近幾年來已發生若干起定子繞組接地故障。其中6號機于1988年12月投產發電。2005年1月19日10:58，緊站6號機在停機過程中發“保護裝置故障”、“中性點電壓越上上限”、“定子一點接地保護動作”、“10.5 kV三單元單相接地動作”信號，機組解列后只保持“6號機定子一點接地保護動作”信號。

2 故障分析

為進一步確認6號機保護設備動作的正確性，重新開機進入空載運行，建壓后測量發電機相電壓為：A相 88.94 V，B相19.56 V，C相85.02 V；線電壓：AB：102 V，BC：103 V，CA：103 V；開口三角形電壓：69.8 V；中性點電壓：51.5 V。停機后使用2 500 V電動兆歐表對6號機定子繞組進行絕緣電阻及吸收比測試，測試結果見表1。

表1

用萬用表測得B相對地電阻：上分支：29.7 Ω；下分支:29.2 Ω

根據以上測量數據，說明6號發電機定子繞組B相發生接地故障。

3 故障診斷

為了能精確給接地故障點定位，在B相上、下分支通過直流電焊機作為外接電源，加入100 A直流電流，讀取相應的對地電壓，用電流電壓法來判定故障點。接線如圖1所示。

圖1直流焊機接線圖

B相上分支接“+”極，下分支接“-”極，調節電焊機電流約100 A，毫伏表讀數為40 mV，即實際所加電流為107 A，用電壓表測得1V2點對地電壓：+1.730 V；測得 2V2點對地電壓：-0.349 V；1V2-2V2間電壓為 2.08 V；1V1、2V1處對地電壓：+0.689 V。根據以上所測數據基本上可以確定故障點在B相下分支。

更改接線（圖2），在B相下分支施加約100 A直流電流，毫伏表讀數為39 mV，實際所加電流為104 A，用電壓表測得2V1點對地電壓：+0.337 V；2V2點對地電壓：-0.671 V，按比例計算短路點離2V2點的線棒數為：槽=71.9槽≈72槽

查展開圖，過線棒數72即為定子繞組第31號槽處，在31號槽下部接頭鉆孔探針測得電壓為-2.7 mV，在31號槽上部接頭鉆孔探針測得電壓為+7.8 mV，據此，可判斷接地短路點在31號槽下部約20%處。

圖2修改接線圖

4 故障現象及原因分析

吊出發電機轉子，解體后發現在31號槽下層線棒下端部有一處6.2 mm深，10.7 mm長的割破口，31號槽自下而上第2片矽鋼片滑出6.8 mm，割破了定子線棒的絕緣層，同時發現矽鋼片軛部角上有放電、過熱痕跡。發生定子繞組單相接地故障的原因，就是由于滑出矽鋼片在運行中割破線棒而導致的金屬性接地故障。另外還發現32～43號槽間的矽鋼片也有不同程度的滑出，相對應的線棒絕緣層有一道深約3～6 mm的割傷痕跡，下層線棒下端絕緣嚴重受損，所幸未造成線棒直接接地故障。根據發生故障的情況判斷，滑出矽鋼片沿徑向有少量位移，說明機組運行一定時間后相鄰的矽鋼片也將會有滑出的趨勢。

原因分析：

（1）緊水灘電廠機組運行工況十分惡劣，機組起停較為頻繁，據統計近3年單機年均開停機次數達1 500多次。加上機組運行時負荷變化大，機組在開停機及增減負荷時會引起較大振動。

（2）由于緊水灘電廠主要承擔系統調峰和無功調相等作用，機組進相運行和調相運行也十分頻繁，機組在進相運行和調相運行時定子端部鐵心也會產生較大振動。

（3）機組運行時由于氣隙中存在旋轉磁場，該磁場會對定子鐵心產生強大的徑向旋轉交變磁拉力，將造成定子端部鐵心松動。

（4）定子鐵心端部風閘的粉塵多，通風條件相對差，局部溫度偏高，長期熱脹冷縮，會造成端部鐵心變形。

（5）定子鐵心的安裝工藝較差，在安裝時沒有采用熱壓工藝壓緊鐵心，經長期運行后矽鋼片漆膜在較高溫度下產生老化軟化而收縮，使定子鐵心出現松動。

綜上所述，定子鐵心受較大振動力的影響，容易出現松動、變形等現象，定子鐵心之間的摩擦力不足以束縛矽鋼片，使矽鋼片沿徑向產生位移，不斷進入定子線槽，造成線棒的絕緣層受損，最后使31號槽定子線棒在停機過程中擊穿絕緣層，對矽鋼片的軛部尖端放電引起定子繞組單相接地故障。

5 故障處理

根據以上分析，結合現場工作條件，對故障處理方法如下：

（1）拆除31～43號槽線棒后，對其余定子繞組進行絕緣電阻、吸收比、直流電壓、泄漏電流、交流耐壓試驗。試驗數據符合《電力設備預防性試驗規程》。

（2）將矽鋼片的突出部分進行磨平和銼平。將定子鐵心的壓緊螺栓進行重新緊固，以防止定子鐵心松動。

（3）在故障矽鋼片及其逆時針方向相鄰矽鋼片下方的盒形壓齒上焊接非導磁不銹鋼徑向止動裝置，用以補充加固鐵心矽鋼片。

（4）更換31～43號槽的下層線棒，并按定子線棒專用下線工藝嵌線。對其進行了絕緣電阻、吸收比、交流耐壓試驗，試驗結果如見表2。

表2

（5）上、下層線棒全部下好后，測量其接頭直流電阻，使其接頭相對比沒有明顯變化。

（6）定子繞組全部整合完后，重新進行絕緣電阻、吸收比、直流耐壓、泄漏電流、交流耐壓、直流電阻試驗。試驗數據符合規程要求。

（7）故障處理后經過一段時間運行，用工業窺鏡對定子下端部鐵心進行跟蹤檢查，沒有發現不良情況，說明處理方法正確有效。

6 幾點建議

（1）對于運行年限較長的水輪發電機，特別是用于調峰的水輪發電機，建議將定子鐵心試驗作為大修的試驗項目之一。

（2）建議定期對發電機定子部分用紅外測溫儀測溫。以便及早發現過熱點。

（3）建議在機組小修時用工業內窺鏡檢查定子鐵心特別是端部鐵心，以便盡早發現異常情況。

7 結論

從上述原因分析可以得出，發電機發生定子繞組單相接地故障，并非偶然現象，特別是老、舊發電機組發生概率較高。從故障的現象可以說明，利用電流電壓法來判定故障點，能精確給故障點定位，且非常快捷有效，不但省時省力，而且不會破壞正常線棒的絕緣層。

[1]陳化鋼.電力設備預防性試驗方法及診斷技術[M].北京：中國水利水電出版社.

[2]方正瑚,等.工程電磁學[M].杭州：浙江大學出版社,1989.

[3]肖榮.葛洲壩電廠5號發電機定子端部鐵心故障及處理[J].水力發電，2002（6）.

[4]陳文添，駱偉明，劉宏德.水輪發電機定子鐵心故障淺析[J].水電站機電技術，2002（1）.

TM312

B

1672-5387（2017）11-0021-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.11.008

2017-08-30

金敏霞（1967-），女，工程師，從事水電站電氣試驗工作。