发电机定子绕组接地故障查找方法原因分析与处理措施

徐兴国

（湖南省双牌水电站　永州市　425203）

发电机定子绕组接地故障查找方法原因分析与处理措施

徐兴国

（湖南省双牌水电站永州市425203）

大型发电机定子绕组发生接地故障后，不易快速查找确定故障点。文章介绍了一种常用的故障查找方法，从接线原理到现场的应用进行分析，为1号发电机的故障处理提供解决方案。

发电机定子绕组接地故障查找方法处理措施

前言

发电机定子绕组接地故障是指发电机在运行中或预防性试验时，定子绕组绝缘击穿，绝缘电阻下降或绝缘电阻到零的现象。发电机定子绕组接地故障在电厂时有发生，特别是运行多年的发电机，由于定子整体绝缘水平下降，绝缘受潮或外力原因都可能造成发电机定子绕组接地故障。发电机定子绕组接地后，可能烧毁定子绕组和定子铁芯。发电机定子绕组在运行中和试验中发生接地后，必须找出接地点并设法消除。发电机定子绕组接地故障点可能发生在上层定子线棒，也可能在下层定子线棒，可能在定子线棒的端部，也可能在定子线棒的槽部。上层线棒故障或线棒端部故障容易查找和处理，下层线棒及槽部故障不易查找。

1　发电机定子绕组接地故障查找方法

2014年3月10日，双牌水电站开始对1号机组进行C级检修。11日按规定对定子进行预防性试验。首先对定子绕组各相之间及地进行绝缘电阻测试，三相数值均合格，分别为A相660/280 MΩ,B相为1070/350 MΩ,C相为910/340 MΩ，吸收比分别为2.35，3.06，2.68。随后分别进行直流耐压试验，当对A相进行试验时，第一加压点为5.25 kV，泄漏电流为12 μA，当电压继续上升至7 kV时，泄漏电流激增至700 μA，随即降压。放电后对A相进行绝缘测试，其结界：A相上分支为0.5 MΩ,A相下分支为962/465 MΩ，说明A相上分支存在绝缘缺陷。

（1）第一步，充电查找法：将发电机定子绕组的其余5个分支并联，用（2500～5000）V摇表挡位分别对其充电，然后对A相故障分支放电多次后摇测绝缘，发现绝缘并不下降，说明故障分支为高阻接地。

（2）第二步，加压观察法：加压观察法是对故障相和地之间施加间歇性电压，通过观察定子绕组放电声和放电火花查找故障点。因此，宜在晚上熄灭照明后进行，便于观察火花。在确定故障分支后，此时应对照绕组接线图，确定该故障线棒所在分支在发电机内的分区部位，以便有的放矢地观察。

加压观察法接线原理 试验接线见图1。

图1　加压观察法原理接线

加压观察法利用普通试验变压器加压，在变压器高压侧加高压硅堆V整流。早期试验变压器一般都带有高压硅堆，可输出直流电源。保护电阻R一般选择（10～100）MΩ水阻为宜，防止变压器高压侧过流，保护试验变压器高压线圈。充电电容C在回路中起重要作用，一般选择0.1 μF、15 kV高压电容。球间隙用作调整试验击穿电压用。其工作原理：直流电压加压后对充电电容充电，电容器电压上升。电压升至球隙击穿电压，球隙击穿，充电电容通过球隙对故障点放电。充电电容放电后电压下降，球间隙恢复绝缘，试验变压器再次对充电电容充电。通过调节球间隙距离可调节试验电压大小及放电时间间隔，形成对故障点间隙放电。

为了降低故障分支的电阻，首先加压（5～10）kV左右对其进行冲击放电一次，摇测绝缘电阻已经降至0.1 MΩ；绝缘电阻降低后加压（5～10）kV对其进行连续冲击放电，同时安排多人在定子周围进行监听。稍后发现242-244槽区间有轻微放电声，但仍然不能确定在哪一槽；当继续升高电压至16 kV时，发现244槽有明显的弧光放电闪烁，确定故障点为244槽。同样方法查找出16槽、168槽的故障点。

加压观察法的优点是对高阻值接地查找比较方便直观，容易发现定子线棒端部等外露部分缺陷。因发电机内部黑暗，安静，同时可以观察放电电弧和听放电声来发现故障点。缺点是对环境要求比较高，噪声大或太过明亮查找都极不方便。试验电压较高，查找有一定危险性。大型机组需要组织较多人员在风洞内查找，查找故障人员要保持必要的带电安全距离。且发电机定子线棒槽部缺陷或视线看不到的部位发生故障不容易被发现。定子绕组接地故障的查找方法还有直流压降法、交流加压法、电流烧穿法等。

2　故障特点及原因分析

此次主绝缘损坏的244槽、16槽、168槽下层线棒均布置有铁芯测温垫条，即测温元件。主绝缘损坏的部位均在离上部槽口20 cm左右的位置 （剖开244槽测温垫条，其铂电阻布置在垫条偏下位置，铂电阻引出线的屏蔽线仅覆盖靠出线端的一部分）。铂电阻本身没有发生烧坏或开路的情况。从外观检查测温元件，发现故障测温垫条靠槽底侧的表面与铁芯通风沟的对应接触位置均有较深的划痕。上述三槽铁芯测温元件此前在机组投运后不久相继发生故障不能测温而被迫退出运行。

1号发电机定子线棒制造完毕后都进行了严格的出厂试验，运抵现场工地后，又抽样进行了热态介损及瞬时工频击穿试验，试验电压达1 000 kV，所有线棒下线前均试验合格，安装完毕后按规程规定进行所有交接试验，均符合要求。应该说这批线棒的质量是好的，主绝缘是没有问题的。众所周知，发电机定子绕组端部和定子铁芯内线圈振动，使线圈主绝缘腐蚀损坏，这是外腐蚀损坏事故中最为普遍也最为严重的现象。造成这种腐蚀损坏的主要原因是：发电机在运行中，因其端部绕组在电磁力的作用下产生振动，致使线圈在定子铁芯槽内端部固定不牢，发生槽楔、线圈层间垫条、端部间隔垫块和绑绳松动脱落，线圈与绑绳及间隔垫块之间出现摩擦，防晕半导体漆破坏发生电晕腐蚀，从而造成槽部和端部线圈主绝缘击穿。另外定子铁芯硅钢片对绝缘的磨损腐蚀。在装压定子铁芯的过程中，如果硅钢片叠片不整齐，或者定子铁芯通风槽钢及端部压指压装固定不良，或者在检修中损伤了定子铁心，都会造成电机运行时发生振动，磨损绝缘，最终导致线圈的主绝缘被击穿。然而，双牌1号发电机此次线棒主绝缘损坏的主要原因是：测温电阻内部引线过热造成短路，损坏的引线使测温垫条本身凹凸不平，在定子铁芯内线圈振动的作用下，直接造成该处线棒主绝缘降低而损坏。造成测温电阻内部引线短路的可能原因，一是测温电阻引出线或屏蔽线本身质量问题，在定子下线紧固槽楔时即有一点或多点接地，机组运行时产生环流，高温使引线短路；二是定子铁芯硅钢片叠片不太整齐，安装在槽底的测温垫条显然会受到损伤，造成引线短路。

3　故障处理及应对措施

断开244槽上下层线棒并头套，进行绝缘电阻测试，确认只有244槽下层线棒绝缘损坏。吊出244槽对应的3只转子磁极，同时拔出244槽对应的17根上层线棒，然后拔出244槽下层线棒，对该槽处铁芯及通风沟进行仔细检查、处理、清扫。将试验合格的备用线棒嵌入244槽，其它17根上层线棒经过处理试验合格后一并回装。打入槽楔、扎好上、下端箍绑绳、焊好接头，测试其直流电阻合格后，套装好绝缘盒并灌入绝缘填料。至此，244槽下层线棒绝缘损坏故障处理完毕。同样方法处理好16槽、168槽的故障线棒。按规定进行绝缘试验，包括绝缘电阻（吸收比）、直流泄漏、直流耐压、交流耐压试验。摇测绝缘电阻合格后，进行直流耐压试验，试验合格后，将发电机组投入发电运行。目前的应对措施，首先是将铁芯测温元件退出，此次主绝缘损坏的244槽、16槽、168槽下层线棒回装时均没有再装设铁芯测温垫条，待重新设计铁芯测温元件后恢复，因为发电机定子铁芯及定子线棒共有12个测温元件，定子铁芯测温元件退出后可用线圈测温元件数据作为参考；其次是加强运行监护，注意发电机运行时线圈温度的变化，同时进行定期测试。

4　结论

发电机定子绕组发生接地故障后，首先应尽量拆除各部位连接，有效隔离故障点。如拆除发电机定子引出线，拆除发电机中性点连接母排，拆除双Y型定子接线绕组各分支连接。用兆欧表测量故障绕组绝缘电阻，初步判断故障性质。对绝缘电阻为0的故障也可用万用表测量故障点对地电阻。一般先用加压观察法对故障绕组进行加压观察，若为定子线棒端部故障，则可以较容易发现故障点。加压观察法无法发现的故障点，则应根据接地电阻大小选择适合的查找方法。在对故障线棒进行处理前，必须分析清楚故障发生的原因，提出切实可行的处理方案和应对措施。

徐兴国（1961-），男，大学专科，工程师，从事水电工程管理工作。

（2016-01-18）