几例发电机定子一点接地故障的分析及处理

杨晓玲

（锦屏水力发电厂，四川西昌 615000）

0 引言

随着我国发电设备制造技术的不断进步，水轮发电机的单机容量也不断提高。大型水轮发电机是水电站中最重要的主设备，若出现故障跳机，不仅会造成设备损坏，还会影响电网的安全稳定运行，带来较大的经济损失。定子一点接地故障是发电机最常见的一种故障[1-3]。定子一点接地保护一般采用注入式定子接地保护、基波零序电压配合三次谐波电压定子接地保护构成A、B套保护。发电机本体及相连电气一次设备故障均可能导致发电机定子一点接地跳机，但目前的保护装置均不具备故障点定位的功能[4-8]。

发电机出口设备包括离相封闭母线（IPB）、励磁变、电压互感器（PT）、断路器（GCB）、高厂变、主变压器低压绕组等，这些设备均有发生单相接地故障的可能。本文通过几起发电机出口设备故障引起定子一点接地跳机的分析及处理，为电力生产单位快速定位并处理故障及运行维护提供参考。

1 支撑绝缘子

某水电站发电机600 MW，IPB额定电压20 kV，为全连式自然冷却。IPB 主回路从机组-Y 轴方向引出，进入母线洞，连接GCB后引至主变洞，与主变压器低压套管相连。IPB分支母线分别连接PT 柜、高厂变和励磁变。IPB 的主母线、分支母线均使用支撑绝缘子固定，每个母线断面3 个绝缘子呈120°支撑。

6#发电机投产不到2 个月，运行过程中A 套（配置注入式定子接地保护）、B 套（配置基波+三次谐波定子接地保护）定子接地保护动作。在发电机保护动作跳开6#GCB 的同时，机端故障量消失，发电机出口电压三相恢复平衡，表明在发电机中性点至GCB 段无故障点。根据故障录波数据，在#6 GCB 跳开后，主变低压侧三相电压波形在1 700 ms 内保持接地故障的波形，一直是B相电压低，在2 000 ms后主变低压侧三相电压值恢复正常，零序电压降为0。由此可以判定B相经过渡电阻接地，故障点可能位于GCB 外侧至主变低压侧或至厂高变高压侧或主变低压侧PT一次侧的某处。

拆除IPB B 相与主变低压侧、厂高变、主变低压侧PT 柜连接，测量绝缘电阻值合格。通过绝缘电阻值无法判断故障区域。对主变低压侧至GCB段的IPB B相进行47 kV交流耐压试验，当电压升至42.4 kV时，出现击穿现象，并伴有物体掉落声音。通过声音大致判断故障点位于主变低压侧PT柜上方分支母线区域。进入IPB 内检查，发现主变低压侧PT 柜上方第一组支撑绝缘中的一个绝缘子已碎裂成多块，如图1 所示。取出损坏的支撑绝缘子，破裂成大小不同的8块，端部有熏黑现象且弹力块表面出现碳化现象，如图2所示。

故障点处理：清理干净IPB 内部，更换交流耐压合格（68 kV，1 min）的新支撑绝缘子，装入IPB 分支母线筒内；检查IPB其他支撑绝缘子无裂纹、破损现象；处理完毕，对#6发电机B 相IPB 进行绝缘电阻测量和整体交流耐压试验（47 kV，1 min），无放电、闪络现象。

图1 支撑绝缘子破裂

图2 取出后的支撑绝缘子碎片

分析原因为故障的支撑绝缘子本身存在质量缺陷，在运行中发生接地故障，接地电流使支撑绝缘子弹力块表面过热碳化，同时弹力块与支撑绝缘子之间间隙内的空气高温膨胀，造成支撑绝缘子爆裂并脱落，弹力块及支撑绝缘子碎片掉落后，母线与地之间绝缘恢复，使系统恢复正常运行。

2 CT均压线

某水电站#6 机投产半年，在自动开机并网过程中，GCB合闸前定子一点接地保护动作停机。A、B套保护屏上定子一点接地保护均动作出口。发生故障时，发电机出口PT 测得Ua=100.12 V、Ub=0.235 V、Uc=100.06 V，3U0=98.744 V，故障时GCB 处于断开状态，据此判断故障点在发电机B 相至GCB范围内。

进入#6发电机内部进行检查，目测检查发电机上下端部、磁极、定转子间隙、汇流环、出口及中性点装置、接地变等各处无异常。将发电机B 相出口与IPB 连接断开后，测发电机本体绝缘电阻合格，IPB绝缘电阻合格。为尽快找到故障点，拆开IPB B 相至出口PT 母排、B 相至励磁变母排，对IPB 进行交流耐压试验（47 kV）。在对#6IPB B 相进行交流耐压试验过程中，出现放电声。根据放电声，初步确定放电位置在靠近GCB 侧的CT 附近。打开该CT 安装孔盖板后，再次耐压，确定为等电位线对外壳放电。检查发现，等电位线与IPB外壳绝缘距离较近，如图3所示。

故障点处理：对CT 的等电位线进行了绑扎和固定处理，防止等电位线松脱，保证与IPB外壳有足够的绝缘距离。处理完毕，对#6 发电机 B 相 IPB 进行耐压试验 （47 kV，1 min），无放电闪络现象。

分析原因为#6 机IPBB 相CT 的等电位线在安装时未固定牢靠，投运半年后因设备振动，出现松动、脱落，使等电位线与IPB 外壳绝缘距离不足（约2 cm），IPB 外壳是接地的，导致运行中等电位线对地放电，在等电位线及外壳上产生明显的放电痕迹。

图3 CT均压线

3 发电机出口PT

某水电站#1机发电机投产3个多月，在运行过程中A、B套保护装置定子发生接地保护动作。根据故障录波数据，A相电压为13.95 V，B相电压为90.4 V，C相电压为90.8 V，判断故障发生在A相。

整体测量发电机、IPB、PT柜、励磁变的A相绝缘，绝缘电阻较低。此时不能判断故障区域，为缩小范围，断开各处连接。断开励磁变软连接，测量励磁变绝缘电阻值合格；断开发电机A 相出口连接引线，测量发电机A 相绝缘电阻合格；测量IPB 带PT柜绝缘电阻较低。断开IPB A 相 与 PT 柜 的 软 连接，测量A相PT一次侧绝缘电阻为125 kΩ。检查发现 A 相 PT 柜内 PT 一 次 绕组中性点连接电缆与20 kV高压带电导体接触，且电缆外护套有放电痕迹，如图4所示。

图4 电缆与导体接触位置

故障点处理：对电缆损伤部位处理后，调整电缆位置并固定，使电缆与20 kV带电导体保持足够的电气安全距离，测试绝缘电阻值合格。

PT一次绕组中性点连接电缆（型号为YJV-26/35 kV-1X50）在安装过程中柜内采取了弯曲敷设并留有一定的长度裕量；电缆没有固定，不满足《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规程》要求，在运行中不能长期保证电气安全距离；PT柜安装完成后，地面进行了精装修，PT柜之间的电缆有可能被轻微移动。PT 一次绕组中性点连接电缆带有金属屏蔽层，电缆护套即视为接地体。PT 一次绕组中性点连接电缆与20 kV 带电导体直接接触，导致#1 机组出口PT 一次绕组中性点连接电缆外护套被击穿，从而引发接地故障。

4 结束语

（1）发电机定子接地保护范围内的电气设备故障均可能引起定子一点接地保护动作。跳机后，首先要确认故障部位是发电机本体还是其他设备，从而确定高效、合理的故障处理方法。

（2）发电机出口设备较多，在发生非金属性接地故障后，快速定位故障点是个难点。对于不是定子本身故障引起的定子一点接地动作，可分设备、分段查找故障点。先通过分段测量绝缘电阻值及分析故障录波数据，大致判断故障区间；若绝缘电阻值不能作出判断，如案例2，将IPB 与发电机、PT、励磁变连接断开，采用交流耐压方式定位故障点，比较直接快速。对于金属性接地故障，一般通过分段测量绝缘电阻值即可判定故障区域。

（3）这几例发电机定子一点接地故障均发生在机组投运不久，由安装中存在的问题或质量缺陷所引起的。安装过程中，严格按照相关规程规范及工艺要求进行施工，控制每个环节，注重细节，加强质量管理，能有效保证设备的安全稳定运行。