自制开口CT在发电机定子接地故障查找中的应用

2018-03-01李国正姜少斌

小水电 2018年1期

李国正，姜少斌，沈兵

(二滩水力发电厂，四川攀枝花 617000)

0 引言

发电机定子绕组接地故障在电厂时有发生，如在发电机进行交、直流耐压试验中发生定子绕组绝缘对地击穿的情况，在运行中亦可能遇到定子绕组绝缘击穿的情况。当发电机定子绕组接地后，可能烧毁定子绕组和定子铁芯，因此必须尽快找到接地点并设法消除故障。大型水轮发电机一般是三相多分支结构，每个分支由几十甚至上百根线棒组成，故障点可能位于上层绕组，也可能位于下层绕组，可能在端部，也可能在槽部。因此，需要一种简便、高效的方法进行故障点查找。

1 测试原理

通常情况下，运行中发电机发生接地故障时，故障相电压、电流均会发生明显变化，因此可根据录波装置判断出故障相、故障分支；检修试验期间发生接地故障时，也比较容易通过绝缘测试判断出故障相、故障分支。然而，大型水轮发电机分支线棒较多，故障发生时电气参数处于时变状态，使用绝缘测试无法进行定位，故障录波数据也只能进行预估定位。

发生定子接地故障时，接地点的绝缘会明显降低，故障线棒与定子铁芯处于导通状态，将故障分支一端悬空。从另一端输入可控交流电流，则注入点与接地点之间的线棒会有电流经过，接地点至悬空端之间的线棒没有电流经过。因此，可以利用故障点两端试验电流的变化进行查找定位(见图1)。

图1 接地故障点查找示意

2 自制测量定位工具——开口CT

由于发电机定子线棒多为扁宽型，安装排列较为紧凑，而常规的电流互感器的测量部位多为椭圆形，因此无法对线棒电流进行有效测量。根据电流互感器的工作原理及线棒在定子铁芯中镶嵌的结构，制作了1种专用测量工具，可对线棒电流进行有效测量(见图2、图3)。

(1)选取1个磁轭宽度较线槽略宽的CT，以变比不超过50/1为宜，在保证二次线圈完整性的前提下进行横切(也可先横切再缠绕二次线圈)；并对切割面进行打磨，使其平整光滑。

(2)将带有二次线圈及引出端子的半个CT固定在合适长度的可伸缩绝缘杆上。

(3)将制作好的开口CT引出端子使用测试线连接至高精度万用表，并调至交流电流档，选取交流mA/μA档。

图2 自制开口CT

3 定子接地模拟测试

在电站机组定子改造期间，对自制定子线棒接地点查找工具“开口CT”进行了模拟测试，测试方法如下：

(1)定子改造期间，预留C相第一分支91槽上层线棒下端部并头块处未安装绝缘盒。

(2)将并头块通过1个可调电阻箱进行接地，通过调整串入电阻值模拟不同类型的接地电阻Rg。

(3)按照图1所描述方案进行模拟实验接线，通过调整调压器及滑动变阻器，保证在不同接地电阻情况下试验电流不会过大。根据《发电机变压器继电保护应用》要求，当发电机额定电压大于18 kV或额定容量大于300 MW时，接地电流允许值为1 A。为保证试验安全及可行性，模拟试验中试验电流均为0.2 A。

(4)根据定子线棒接线图，使用自制开口CT进行故障分支各线棒电流测试，并记录各线棒电流变化情况。

图3 自制开口CT现场测试

(5)以电流发生突变处为接地点位置，并进行相关后续检查处理(见图4、表1)。

图4 故障分支接地点附近线棒连接及电流示意

根据模拟试验结果可以得出：在较小的模拟电流值下，使用自制开口CT可以明显地测出接地点两端线棒的电流变化情况，能够准确查找出接地点的位置。

需要注意的一是在使用调压器进行加流时，必须时刻关注调压器出口电流，避免因试验电流过大引起铁芯烧损，造成设备二次伤害。二是在进行现场测试时，如使用的调压器为自耦变压器，必须将调压器N端子接地；否则会引起开关电源漏电保护器动作，导致试验失败。

表1 故障分支各线棒测试电流 mA

当然，笔者所在电站发电机的中性点、出口均方便开展断引工作，可使各分支相互断开。对不方便开展断引工作的发电机，无法通过绝缘测试确定具体故障分支；但通过本文提到的试验设备，结合定子接线图及电路原理知识，也能够比较容易的确定故障分支，查找出线棒接地点。本文提到的开口CT可在2个磁极之间方便操作，也可以根据不同发电机结构制作不同形状、大小的开口CT，以方便进行测试。