机组定子绕组单相接地故障的诊断与处理

金敏霞，王建伟

（国网浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江 丽水 323000）

机组定子绕组单相接地故障的诊断与处理

金敏霞，王建伟

（国网浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江 丽水 323000）

文章结合一起水轮发电机定子绕组单相接地故障进行分析，详细介绍了发电机定子绕组单相接地故障的诊断办法及过程，并提出了故障的处理方法。

水轮发电机；定子单相接地；故障诊断及处理

1 前言

紧水滩电厂位于浙江省云和县瓯江干流上，总装机容量为6×50 MW，主要担负着系统的调峰、事故备用和无功调节等任务。水轮发电机型号为SF-K50-30/6 400，额定功率为50 MW，额定电压为10.5 kV，额定电流为3 235 A，功率因数为0.85。机组由于多种原因引起振动较大，近几年来已发生若干起定子绕组接地故障。其中6号机于1988年12月投产发电。2005年1月19日10:58，紧站6号机在停机过程中发“保护装置故障”、“中性点电压越上上限”、“定子一点接地保护动作”、“10.5 kV三单元单相接地动作”信号，机组解列后只保持“6号机定子一点接地保护动作”信号。

2 故障分析

为进一步确认6号机保护设备动作的正确性，重新开机进入空载运行，建压后测量发电机相电压为：A相 88.94 V，B相19.56 V，C相85.02 V；线电压：AB：102 V，BC：103 V，CA：103 V；开口三角形电压：69.8 V；中性点电压：51.5 V。停机后使用2 500 V电动兆欧表对6号机定子绕组进行绝缘电阻及吸收比测试，测试结果见表1。

表1

用万用表测得B相对地电阻：上分支：29.7 Ω；下分支:29.2 Ω

根据以上测量数据，说明6号发电机定子绕组B相发生接地故障。

3 故障诊断

为了能精确给接地故障点定位，在B相上、下分支通过直流电焊机作为外接电源，加入100 A直流电流，读取相应的对地电压，用电流电压法来判定故障点。接线如图1所示。

图1直流焊机接线图

B相上分支接“+”极，下分支接“-”极，调节电焊机电流约100 A，毫伏表读数为40 mV，即实际所加电流为107 A，用电压表测得1V2点对地电压：+1.730 V；测得 2V2点对地电压：-0.349 V；1V2-2V2间电压为 2.08 V；1V1、2V1处对地电压：+0.689 V。根据以上所测数据基本上可以确定故障点在B相下分支。

更改接线（图2），在B相下分支施加约100 A直流电流，毫伏表读数为39 mV，实际所加电流为104 A，用电压表测得2V1点对地电压：+0.337 V；2V2点对地电压：-0.671 V，按比例计算短路点离2V2点的线棒数为：槽=71.9槽≈72槽

查展开图，过线棒数72即为定子绕组第31号槽处，在31号槽下部接头钻孔探针测得电压为-2.7 mV，在31号槽上部接头钻孔探针测得电压为+7.8 mV，据此，可判断接地短路点在31号槽下部约20%处。

图2修改接线图

4 故障现象及原因分析

吊出发电机转子，解体后发现在31号槽下层线棒下端部有一处6.2 mm深，10.7 mm长的割破口，31号槽自下而上第2片矽钢片滑出6.8 mm，割破了定子线棒的绝缘层，同时发现矽钢片轭部角上有放电、过热痕迹。发生定子绕组单相接地故障的原因，就是由于滑出矽钢片在运行中割破线棒而导致的金属性接地故障。另外还发现32～43号槽间的矽钢片也有不同程度的滑出，相对应的线棒绝缘层有一道深约3～6 mm的割伤痕迹，下层线棒下端绝缘严重受损，所幸未造成线棒直接接地故障。根据发生故障的情况判断，滑出矽钢片沿径向有少量位移，说明机组运行一定时间后相邻的矽钢片也将会有滑出的趋势。

原因分析：

（1）紧水滩电厂机组运行工况十分恶劣，机组起停较为频繁，据统计近3年单机年均开停机次数达1 500多次。加上机组运行时负荷变化大，机组在开停机及增减负荷时会引起较大振动。

（2）由于紧水滩电厂主要承担系统调峰和无功调相等作用，机组进相运行和调相运行也十分频繁，机组在进相运行和调相运行时定子端部铁心也会产生较大振动。

（3）机组运行时由于气隙中存在旋转磁场，该磁场会对定子铁心产生强大的径向旋转交变磁拉力，将造成定子端部铁心松动。

（4）定子铁心端部风闸的粉尘多，通风条件相对差，局部温度偏高，长期热胀冷缩，会造成端部铁心变形。

（5）定子铁心的安装工艺较差，在安装时没有采用热压工艺压紧铁心，经长期运行后矽钢片漆膜在较高温度下产生老化软化而收缩，使定子铁心出现松动。

综上所述，定子铁心受较大振动力的影响，容易出现松动、变形等现象，定子铁心之间的摩擦力不足以束缚矽钢片，使矽钢片沿径向产生位移，不断进入定子线槽，造成线棒的绝缘层受损，最后使31号槽定子线棒在停机过程中击穿绝缘层，对矽钢片的轭部尖端放电引起定子绕组单相接地故障。

5 故障处理

根据以上分析，结合现场工作条件，对故障处理方法如下：

（1）拆除31～43号槽线棒后，对其余定子绕组进行绝缘电阻、吸收比、直流电压、泄漏电流、交流耐压试验。试验数据符合《电力设备预防性试验规程》。

（2）将矽钢片的突出部分进行磨平和锉平。将定子铁心的压紧螺栓进行重新紧固，以防止定子铁心松动。

（3）在故障矽钢片及其逆时针方向相邻矽钢片下方的盒形压齿上焊接非导磁不锈钢径向止动装置，用以补充加固铁心矽钢片。

（4）更换31～43号槽的下层线棒，并按定子线棒专用下线工艺嵌线。对其进行了绝缘电阻、吸收比、交流耐压试验，试验结果如见表2。

表2

（5）上、下层线棒全部下好后，测量其接头直流电阻，使其接头相对比没有明显变化。

（6）定子绕组全部整合完后，重新进行绝缘电阻、吸收比、直流耐压、泄漏电流、交流耐压、直流电阻试验。试验数据符合规程要求。

（7）故障处理后经过一段时间运行，用工业窥镜对定子下端部铁心进行跟踪检查，没有发现不良情况，说明处理方法正确有效。

6 几点建议

（1）对于运行年限较长的水轮发电机，特别是用于调峰的水轮发电机，建议将定子铁心试验作为大修的试验项目之一。

（2）建议定期对发电机定子部分用红外测温仪测温。以便及早发现过热点。

（3）建议在机组小修时用工业内窥镜检查定子铁心特别是端部铁心，以便尽早发现异常情况。

7 结论

从上述原因分析可以得出，发电机发生定子绕组单相接地故障，并非偶然现象，特别是老、旧发电机组发生概率较高。从故障的现象可以说明，利用电流电压法来判定故障点，能精确给故障点定位，且非常快捷有效，不但省时省力，而且不会破坏正常线棒的绝缘层。

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[2]方正瑚,等.工程电磁学[M].杭州：浙江大学出版社,1989.

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[4]陈文添，骆伟明，刘宏德.水轮发电机定子铁心故障浅析[J].水电站机电技术，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，工程师，从事水电站电气试验工作。