浅谈发电机定子接地故障的判定方法

王 斌

（华电能源股份有限公司牡丹江第二发电厂，黑龙江 牡丹江 157015）

发电机定子绕组因运行电压高以及温度和振动的影响，常常造成定子绕组绝缘损伤，在运行中发生接地或在大、小修耐压试验中击穿。此时击穿部位可能在上层线圈，也可能在下层线圈；可能在端部，也可能在槽部。击穿点在端部往往容易被发现，在槽部则不容易被发现，击穿点在槽部下层线圈则更不容易被发现。如采用全部打掉槽楔的方式来查找接地点，工作量太大而且不准确；如采用大电流烧穿法，在现场不易实现且还可能损伤同槽线圈绝缘。为此，为方便本厂发电机查找接地故障，文章将介绍两种寻找接地故障的方法。

本厂发电机为双水内冷型，1998年7月在运行中发出定子接地信号，检查零序电压表满刻度，停机后拆开中性点用2 500 V摇表检查A相绝缘为零，用万用表测量A相对地电阻有220 Ω，为非金属接地。该电机为42槽双层布置2极式电机，端部检查未见故障点。经研究确定，首先采用开口变压器感应法来寻找故障点。

1 用开口变压器感应法查找接地点

1.1 原理

原理是在发机故障相对地施加交流电压，用开口变压器跨接定子槽，通过测量开口变压器的感应电压来判断故障点。当线圈中通过交流电流时，便会在定子铁芯中产生磁通，该磁通经定子槽齿、铁轭和空气隙闭合。因为空气隙的磁阻较大，故该磁通很小。但当开口变压器置于定子本体槽齿上构成闭合磁路时，流经定子槽齿、铁轭和开口变压器的磁通较大，该磁通在开口变压器线圈上时便会感应电势。该电势大小与定子线圈中通入的电流密切相关。当定子线圈发生接地时，定子线圈电流沿轴向在接地点处便会发生突变，其变化情况与定子接线方式有关。当开口变压器从定子一端移动到接地点时，其感应电压亦会发生突变，用该方法逐槽检查，便可确定接地点所在位置，见图1。

图1 开口变压器工作图

1.2 开口变压器的制作

开口变压器的制作:铁芯选用“凹”字型，开口跨度为一个槽宽，载面大于1 cm2的空气开关铁芯，ф0.29漆包线绕2 000匝左右。

1.3 试验接线

当接地电阻Rg击穿时，灯泡起限流作用。

试验电压可选择100～400 V左右，此时，即可用上述开口变压器跨接于定子的两齿，用真空管毫伏表进行测量。

1.4 A相线圈连接情况

见图2。

图2

其中，上层线圈有 28、27、26、25、24、23、22、1、2、3、4、5、6、7槽，下层线圈有 3、2、1、42、41、40、39、18、19、20、21、22、23、24 槽。

1.5 测量结果

从A端加电压120 V，一次电流达到200 mA，见表1。

表1 电压测量结果

当开口变压器到#2槽汽侧时，感应电压稍有变化，但到#27槽就无感应电压，初步断定为#2槽下层线棒汽侧靠近槽口的部位击穿。

从X端加电压120 V，一次电流达到200 mA，见表2。

表2 电压测量结果

从测量结果可以看出，同相同槽的槽有，#24、#23、#22、#1、#2、#3六槽，感应电压应该均大，但#2、#3槽的电压明显减小，从电流流向分析，也初步判定为#2槽下层线棒汽侧接地。

1.6 影响开口变压器检查法灵敏度的因素

式中：U2：开口变压器绕组感应电势，V；

f：激磁电流频率，HI；

S：开口变压器截面积，m2；

B：激磁绕组在闭合回路产生的磁通密度，T；

H：激磁绕组在闭合回路产生的磁场强度，A/m；

n：开口变压器绕组匝数；

μ：开口变压器铁芯的导磁系数，T.m/A；

ΣI：定子某槽中总电流，A；

L：定子铁芯、铁轭和开口变压器围成的周长，m。

由式（1）（2）可以看出，f是一定的，S 最大为定子齿宽，U2主要取决于B和n，B又决定于定子某槽中通入的电流。因此，要提高灵敏度，可提高试验电源电压，从而增大电流，同时，还可提高开口变压器绕组匝数来提高灵敏度。在（2）式中，假设开口变压器与定子铁芯接触间隙为0，认为该处磁阻为0，而在实际试验中，该接触面只是点接触，造成该处存在较大的磁阻，用上两式计算的感应电势结果与实测值相差较大，特别是在同相同槽的线棒故障时效果不太明显。

2 自制直流接地法再次验证接地点

2.1 原理

原理：与单臂电桥和双臂电桥的相同，以故障线圈为电桥的一个臂，两个电阻箱串联组成电桥的另一个臂，以故障线圈的接地点和两个电阻箱间引出毫安表接地构成桥路，加入电压，让电桥平衡后，根据两电阻箱的数值就可计算出接地点位置。

2.2 测量接线

2.2.1 有关参数

有关参数：发电机单相直阻为0.003 985 Ω，相对地电阻为220 Ω，每相由不14个线圈组成，每个线圈电阻为0.003 985/14=0.000 284 6 Ω

2.2.2 测量方法

测量方法：按图接好线，加压用干电池6～9 V，此时注意两个电阻箱电阻应适当，不能超过额定电流。然后调整R1和R2，让微安表的电流为0，根据电桥平衡原理，可以得出下面等式：

实测时 R1=30 000 Ω，R2=3 300 Ω，代入上式计算出：R3=0.000 394 9，R4=0.003 59

2.2.3 分析

分析：按此计算结果可以看出，故障点应该在距首端（A）一个半线圈的位置，也即#2槽下层线棒与#27槽上层线棒间，此结论与用开口变压器法测量得出的结论相符合。

3 实际验证

按上述结论，焊开#2槽下层线棒两侧并头后，确认接地点在该线棒；然后拔出线棒，发现接地点在靠汽侧槽口处，因电腐蚀而导致线棒绝缘损伤，从而验证了开口变压器感应法和直流接地电桥法测量分析的正确性。

4 结论

（1）用开口变压器感应法和自制接地电桥法可以比较准确地寻找定子绕组接地故障点，两种方法相互补充、相互印证。

（2）此两种方法不仅用来寻找发电机，也适用于电动机的接地故障；

（3）自制接地电桥法还有一个最适宜、最实用的用法，是用于查找电力电缆接地故障，经笔者多次使用，效果很好；找过故障电缆的接地电阻从几百欧到几百千欧均有；在查找电缆接地故障时，用故障相和另一相作一臂，在电缆的一侧用螺栓压紧，另外一侧用此两相和两只电阻箱微安表构成接地电桥，如果电桥灵敏度不足，可用直流发生器代替干电池作电源；根据测量结果计算，可算出故障点大致位置，可大大地减少寻找电缆故障的劳动强度，具有较大的现实意义。