察爾森水電站2號機組定子單相接地故障分析與處理

王明臣

（水利部松遼水利委員會察爾森水庫管理局，內蒙古烏蘭浩特137400）

1 問題

水輪發電機定子接地故障對于水電站來說，是一個非常嚴重的問題，必須按照技術規范要求，將發電機轉子吊出，查出接地點，更換接地受損線圈，此過程相當于機組一次大修，工期長，費用高。但在水庫急需泄洪的特殊情況下，采用非常規技術手段對定子接地線圈進行處理，便于水輪發電機組在短時間內恢復并網運行，對急需泄洪的水電站來說意義非常重大。2020 年11 月11 日，察爾森水電站在泄流發電過程中，2 號機組突然出現定子接地故障，造成水輪發電機組故障停機。此時察爾森水庫水位365.10 m,蓄水量10.431億m3，已超過正常蓄水位，需要水電站最大泄流，而2號機組的故障停機給察爾森水庫正常泄流造成嚴重影響。

2 故障分析

2.1 故障判斷

在設備生產廠家無法安排技術人員前來處理的情況下，察爾森水電站技術人員憑借多年工作經驗，在不進行轉子吊出的情況下，解除2 號發電機三相出口母線接線和中性點裝置，拆除上、下擋風板，找出ABC 三相定子線圈的各自走向，用絕緣表分別檢測ABC 三相線圈絕緣情況。經檢測，A，B 兩相線圈絕緣均正常，而C 相線圈電阻為“零”，說明C 相線圈接地，發電機屬于定子線圈單相接地故障。

2.2 確定接地點

確定發電機屬于定子單相接地故障后，采用“直通電流”方法，在定子線圈C 相出口斷開處串連200 W 燈泡作為負荷，將交流電流直接輸入C相線圈，結果燈泡發光，這說明C 相確實存在接地現象。技術人員使用“鉗形電流表”分別測量C 相每匝線圈端部電流，有的線圈有電流通過，有的線圈電流指示為“零”，這說明從發電機出口至有電流通過的線圈為接地故障線圈，其他線圈正常。為了進一步確定線圈接地點位置，將有電流通過的末端線圈和與其相鄰的沒有電流通過的線圈端部切斷，再使用絕緣表分段測量各段線圈絕緣情況，經過測量可以準確地判斷出被分割出來的線圈存在接地，而且接地點在定子線圈內部，不在端部。

3 接地線圈處理

水輪發電機定子線圈接地故障處理是相當關鍵的，常規方法必須將發電機轉子吊出后才能對故障線圈進行更換，此過程相當于機組一次大修，工期長，費用高。察爾森水電站技術人員經過認真研究和分析，提出在不吊發電機轉子的情況下，采用新工藝“跨接方式”對定子線圈接地故障進行處理，即采取短接的方式，將故障線圈隔離出來，再通過焊接手段將其他正常線圈組成獨立完整回路。采取“跨接方式”處理發電機定子線圈接地故障，工序復雜，難度大、精度高，而且還要克服空間狹小等不利因素。首先，線圈切斷。發電機定子線圈是由多組線圈鑲嵌在定子鐵芯內部，各組線圈首尾相連并排在一起，將故障線圈切斷而不損壞其他線圈難度很大，技術人員使用角磨機利用線圈縫隙將故障線圈切斷。其次，線圈焊接。故障線圈切斷后，使用風焊將正常線圈連接的過程中會產生高溫、火花，極易對其他線圈造成損害。焊接人員利用阻燃材料石墨墊將其他線圈完全隔離，采取點焊手段將線圈首尾相連。最后，線圈處理。線圈絕緣處理更是關鍵環節，采用酒精清洗焊接點，涂抹環氧溫室固化膠，用桐馬環氧粉云母帶和聚酯纖維帶對焊接點進行多層包扎，最后涂抹環氧晾干紅磁漆，達到廠家技術要求。目前國內使用“跨接方式”處理發電機定子線圈接地故障只在小型發電機上使用過，在3 200 kW 以上大型發電機上使用還處于嘗試階段。

4 處理結果分析

察爾森水電站2 號機組定子線圈接地故障采用“跨接方式”處理后，用2 500 V 絕緣表測量，定子線圈絕緣電阻：

經計算，吸收比大于1.3，合格。

經計算，不平衡度為0.68%，小于2%，合格。

將以上各組數據傳到設備生產廠家校核，得到設備生產廠家結論：三相絕緣電阻和直流電阻均滿足廠家規定和技術標準，可以啟機運行。2020 年 11 月 21 日，啟動 2 號機組經 72 h 并網試運行，在發電機有功功率達到3 503 kW 時，定子線圈三相電流A 相330.5 A，B 相312.6 A，C 相319.9 A。定子巡檢1~6點溫度均在38.0~41.8 ℃之間，由此可以判斷：察爾森水電站2號機組定子線圈接地故障處理結果是成功的，2號機組具備長期運行條件。

5 創造的效益

5.1 直接經濟效益

常規發電機定子線圈單相接地故障處理方法是將發電機轉子吊出，找到接地點，更換受損線圈，工期需要15 d，安裝費、材料費和廠家技術人員差旅費等大約需要37 萬元。采用“跨接方式”處理，工期1 d，人工、材料等費用5 000 元，可直接節省36.5 萬元；機組提前14 d 投產發電，按額定出力3 200 kW，上網電價0.292 元/（kW·h）計算，可發電107.5 萬kW·h，創產值31.4 萬元，直接經濟效益較明顯。

5.2 社會效益

2020 年11 月，察爾森水庫水位365.10 m，蓄水量10.431 億m3，超過正常蓄水位，需要最大放流，而2 號機組的故障停機，給察爾森水庫正常泄洪造成嚴重影響。2 號水輪發電機組額定流量13.835 m3/s，在滿發的情況下，可達到 119.5 萬 m3/d，提前14 d 啟機發電，可泄流1 673 萬m3，極大緩解察爾森水庫泄洪壓力；同時2 號機組并網運行，持續為電站、水庫管理區、生活區及國家電網提供清潔可再生能源，節約了不可再生礦產資源，減少二氧化碳、二氧化硫、粉塵等污染物排放，不僅為察爾森水庫經濟發展注入了活力，還增加了清潔能源的供應，持續改善電網和地區的能源結構。

5.3 間接效益

因新冠肺炎疫情，設備生產廠家的技術人員無法及時來處理故障，初步定于2021年4月份解決，2號機組需停運150 d左右。故障現采用“跨接方式”處理，提前150 d 并網運行，按額定容量3 200 kW、上網電價0.292 元/（kW·h）計算，可上網發電1 152萬kW·h，創產值336.4 萬元；察爾森水庫作為國家大（1）型水利樞紐工程，承擔著洮兒河流域防洪任務，2 號機組提前并網運行，有效緩解察爾森水庫泄洪放水壓力，有效保證水庫大壩工程安全和防洪安全，保護了水庫下游內蒙古、吉林兩省區7 個旗縣市的人民生命和財產安全。

6 結語

察爾森水電站2 號機組定子線圈單相接地故障采用“跨接方式”處理，延長了機組大修周期，縮短檢修工期，節省大筆檢修費用，還能夠及時恢復機組運行，有效緩解泄洪壓力，具有較高的實用價值和應用價值；大型水輪發電機組采用“跨接方式”處理定子線圈接地故障，目前在國內處于嘗試階段，察爾森水電站2 號機組采用“跨接方式”成功處理定子線圈接地故障，為國內外發電機定子線圈故障問題處理提供了參考依據。