九甸峡水电站3号发电机定子接地故障点诊断

梁 栋1，杨方银2

（1.甘肃电投辰旭投资开发有限责任公司，甘肃兰州 730000；2.甘肃电投九甸峡水电开发有限责任公司，甘肃定西 730500）

1 概述

九甸峡水电站位于甘肃省卓尼县，地处洮河中游，安装3台立轴、悬式、单机容量100MW的发电机。3号发电机由东方能源电机厂设计并制造，于2008年7月投产发电。定子铁芯共有252线槽，内嵌504根定子线棒，定子绕组为条形波绕组，2支路Y形连接，单根线棒由44股股线绝缘为0.2mm玻璃丝扁铜线编织而成，并采用小于360°虚换位方式以减小环流损耗。线圈绝缘为F级高场强绝缘系统，线棒槽底内固定采用槽楔加波纹垫条的方式[1]。

2012年5月18日13∶30，3号机发变组保护装置报“定子接地零序电压信号”和“三次谐波电压差动信号”。停机以后，检修人员对发变组保护装置及故障录波器的录波情况检查，发现故障时发电机A相电压为4.86V，B相为97.05V，C相98.90V，U0为95.33V。在排除PT故障情况后，断开发电机出口及中性点与共箱封闭母线的软连接，用5000V摇表对发电机三相测量绝缘电阻，其中A相第一支路绝缘电阻为0，其它支路的绝缘电阻均大于1GΩ。用500V摇表对A相U1-1支路测量绝缘电阻，绝缘电阻依然为0，可以断定A相U1-1支路绕组接地。

2 零序电压法

根据定子接地基波电压分析，假设A相绕组某点发生金属性接地，如图1所示，该故障点即地电位G点。计算故障点的基波零序电压U0如下：

α—故障点距中性点的距离；

式（1）表示距中性点α 处金属性接地故障时，故障点基波零序电压U0的大小恰好等于αEph.n（Eph.n为额定相电动势）。

当α=1时，即机端金属性接地故障时,U0=Eph.n；

当α=0时，即机端金属性接地故障时,U0=0[2]。

图1 单相金属接地电压向量图

由此可以知道当保护采集到的U0数值越大，接近100V时，故障点就越靠近发电机出口一侧。而实际故障时的U0为95.33V，因此可以初步断定故障点靠近出口一侧。

3 电阻法

电阻法是利用出口对地和中性点对地的电阻值，计算出百分数后而判断接地点的具体位置。它的前提条件是绕组接地点与大地是等电位，并且是金属性接地。如图2所示，首先测量故障支路电阻，电阻值为6.01mΩ，与非故障相相比变化不大。然后为了验证绕组接地点与大地是等电位，分别在定子铁芯上取多个点测量其与大地之间的电阻，电阻值非常小且大小一致，等电位条件满足。最后测量故障支路出口对地电阻值为5.19Ω，中性点对地电阻值为4.03Ω，故障支路对地电阻远远大于支路电阻。故无法使用电阻法。

图2 电阻法试验图

4 电压法

因为故障点对地电阻远远大于故障支路的电阻，所以在机组运行时，流经接地点的电流是非常小的，电流主要还是流过故障支路。如果通入直流电，接地点的电位是零电位，那么就可以测得出口和中性点分别对地的电位差。利用这个原理，用直流电焊机给故障支路加入300A直流电，如图3所示，在故障支路出口加正相电，在故障支路中性点加负相电，分别测得：

那么可计算出故障点到发电机出口的距离：

图3 电压法和单臂电桥法试验接线图

将300A直流点反转，在故障支路出口加负相电，在故障支路中性点加正相电，如图4所示，分别测得：

那么可计算出故障点到中性点的距离：

图4 电压法和单臂电桥法试验接线图

因为每个支路有84根线棒，支路出口汇流排引出线折算为3根线棒，中性点汇流排引出线折算为1.5根线棒，那么这1支路线棒总根数为：

由计算式（2）、（3）、（4）得：

N×12.4%=88.5×12.4%=10.974（根）

N×86.4%=88.5×86.4%=76.464（根）

根据电压法测得结果而计算出的数值，故障点从发电机出口数第11根线棒上，从中性点数第76根线棒上，除去出口汇流排引出线的3根和中性点引出线的1.5根，故障点应该在本支路的第8根和第9根之间。

5 单臂电桥法

在故障支路两侧并联100Ω的滑动变阻器，试验接线如图2所示，依然给故障支路加入300A的直流电，调节滑线变阻器至微安表读数为0时，分别测得：

那么可计算出：

由式（4）得：

N×12.4%=88.5×12.4%=10.974（根）

与电压法一样，将正负极倒换后，如图2所示，再次调节滑线变阻器至微安表读数为0时，分别测得：

那么可计算出：

由式（5）得：

用单臂电桥法测得的结果与电压法基本一致，故障位置在第8根线棒和第9根线棒之间。

6 故障定位

根据电压法和单臂电桥法试验数据的计算结果，故障点在第8根线棒和第9根线棒上。查阅图纸发现第8根在第73槽下层，第9根在第85槽上层。在发电机中找到第73槽，敲除第8根与第9根之间连接的环氧盒绝缘层，用焊枪熔化开并头块。然后再对断开的两侧分别用5000V摇表测量绝缘电阻，靠近出口的一侧绝缘电阻为0，而靠近中性点的一侧绝缘电阻大于1GΩ，因此可以排除故障点在中性点的一侧。用同样办法再断开第8根与第7根绕组的连接环氧盒绝缘层，用5000V摇表测量绝缘电阻，靠近出口的一侧绝缘电阻大于1GΩ，而第8根线棒绝缘电阻为0，从而断定故障点的确在第8根线棒上，与试验数据得出的结果一致。

7 结语

用以上试验方法，在最短时间里找到了故障点，打开的并头块最少，对定子铁芯及其它线棒的破坏也是最小的。在实际应用中，需要注意以下几点：（1）直流电焊机引线对故障点的查找有影响，尽量选择内阻小，且正负极长度一致的引线；（2）在用直流电焊机前使用500V摇表再次测量支路绝缘电阻，避免通入电流后，低电压对定子铁芯有损伤；（3）滑动变阻器应选取电阻较大的，可以增大测量比值，从而缩小误差；（4）滑动变阻器的碳滑块接触要良好、滑动精度要高。

[1]东能电机技术研究所.TGB006-2004水轮发电机定子工地下线工艺规程[M].2007.

[2]王维俭.发电机变压器继电保护应用[M].北京：中国电力出版社，1998.

[3]陈天翔.电气试验[M].北京：中国电力出版社，2005.