125MW空冷发电机定子接地故障的分析与处理

陕西煤业化工集团神木电化发展有限公司 周东瑜 方新军 王卫东

发电机运行的安全可靠性是电厂电网系统稳定经济运行的重要保障，尤其是发电机在高负荷运行状态下发生定子接地保护动作，会造成锅炉和汽轮机的甩负荷，严重会导致厂用电中断，引发锅炉干锅或其它恶性事故，甚至在发电机定子接地时，若保护动作不及时可靠将威胁定子铁芯安全，严重时还会演变成相间或匝间短路故障，造成铁芯烧损事故。

本文针对某电厂两台发电机相继发生定子线圈接地故障，详细介绍了故障的现象、原因及处理过程和防范措施，得出了同类型发电机在运行过程中存在的共性问题，同时在检修过程中探索到了方法，明确了运行过程中的维护保养，同时对后期的安全稳定运行提出了详细的防范措施，制定了定期的检修和检查方案，修订了发电机的进、出口风温，杜绝该类事故的重复发生。

1 故障概况

某电厂公司1号、2号发电机系中国长江动力集团生产的空冷125MW 汽轮发电机组，2011年生产、2013年7月相继投产，年利用小时约7500小时，最高运行负荷125MW，2021年6月27日12点46分1号发电机发生定子接地故障，经过现场抢修更换故障线棒后于2021年7月14日启动正常，并网运行。

发电机参数：型号QF-125-2，额定励磁电流1393A，额定定子电压13800V，额定功率因数0.85，额定定子电流6152A，接线法为2-Y，额定频率50Hz，额定转速3000r/min，绝缘等级F，使用等级B，产品编号F6004K/1，出品日期2011年4月。

1.1 故障前运行方式

#1、#2机组运行，#1机组负荷85MW,#2机组负荷93MW,#1厂高变带10kVIA、IB 段，#2厂高变带10kVIIA、IIB 段，启备变带10kV 备用段，#2、#3给水泵运行（故障前两天发电机并网运行）；故障卡参数：电压3U0t=94.5884V,电压3U0n=52.75V；故障现象：2021年6月27日12点46分，#1发变组并网开关跳闸，发电机保护显示“发电机定子接地3UO 动作”。

1.2 故障点排查

该发电机共有线棒132根，上层66根、下层66根，每项44根；测绝缘。打开出线，测量值：A 相16.2 GΩ、B 相0MΩ、C 相2.95GΩ，发现B 项绝缘不合格，初步判断B 相有接地现象；打开发电机两侧端盖，通过肉眼观察发现有个别端部隔木脱落，对发电机转子的外漆有明显的磨损；待汽轮机盘车停运后，抽发电机转子，通过发电机厂家技术指导，对B 项线棒打开绕组连接头，单根进行绝缘排查，当排查到上层第42槽线棒时，绝缘为0MΩ，完全断开该线棒，其余绝缘正常，最终判断为该线棒故障；大部分槽楔、端部隔木松动，部分线棒有磨损现象。

2 故障处理

受现场线棒备用限制，只能采取现场更换故障线棒的方法进行，取出故障线棒，发现故障线棒一侧绝缘磨损严重，最深处达2mm。取出故障线棒后，对B 项线圈做整体绝缘摇测、直流、交流耐压试验。因其余线棒存在绝缘磨损现象，现场没有多余的备用线棒，经与厂家技术人员充分交流，防止发生耐压试验电压过高击穿其他线棒，适当降低试验参数，耐压试验数据：直流耐压2.0Un=28kV；交流耐压1.16Un=16kV，耐压试验合格。

对更换的线棒在未安装前做直流、交流耐压试验，第42槽上层新线棒下入槽中，槽楔打好绝缘试验交直流试验（表1）。试验参数：直流耐压2.5Un=34kV；交流耐压2.0Un=27kV 试验合格；安装新线棒，安装到位后做直流、交流耐压试验，试验参数：直流耐压2.0Un=28kV；交流耐压1.5Un=20kV，试验合格。

表1 绝缘试验交直流试验

将所有线棒焊接好，包好绝缘，用碘钨灯加热，温度控制在65℃左右。烘烤30小时后做直流、交流耐压试验，试验参数：直流耐压2.0Un=28kV；交流耐压1.16Un=16kV。试验表明发电机直流电阻合格。新线棒焊好、绝缘包好后，绝缘各相试验、交直流耐压试验（表2）。

表2 绝缘各相试验，交直流耐压试验

对所有线棒槽楔进行全面检查，更换波纹弹簧垫条，增加槽楔的预紧力，对线棒两侧存在间隙的增加绝缘槽侧，减少线棒的两侧间隙；对发电机转子进行全面检查及试验各项参数符合技术要求；回装发电机转子，2021年7月14日启动正常，各项参数均在范围内，为防止新线棒焊口及其它绝缘固化不良，要求发电机并网后50MW 负荷运行6小时，详细记录各项参数，6小时后将发电机负荷最高控制在90MW 运行一周。

3 故障原因及防范措施

该发电机从2013年投产至故障前未进行大修，2013年5月因油中杂质造成四瓦轴颈受损，发电机转子返厂处理轴颈。2013年8月运行过程中发生发电机转子匝间短路，返厂处理，期间两次检查未发现发电机定子槽楔、楔块有松动现象，在此期间该发电机未抽发电机转子检查，槽楔采用带波纹弹簧垫条的槽楔紧固系统，由于带波纹弹簧垫条长时间压紧状态下工作，造成弹性消失或减弱，导致槽楔松动，发电机定子线棒在运行中承受电磁力和机械振动造成线棒在运行过程中发生振动，从而造成绝缘磨损，最终引发线棒被击穿。

发电机在冬季和夏季或受负荷调整，导致线圈温度变化，造成热胀冷缩，在此期间线圈的预紧力发生变化，而且造成线棒振动，久而久之最终造成绝缘被磨损破坏；制造质量存在问题，各线棒的绝缘厚度不同，导致线棒在线槽内的间隙不同，间隙大的容易产生振动，从而引发线棒与线槽的磨损、导致绝缘受损，最终引发击穿。根据同一地区相同型号的六台发电机发生相同的故障，为了吸取经验教训，防止类似事故重复发生，可以从以下几个方面预防和治理：

根据中华人民共和国电力行业标准DL／T838—2003《发电企业设备检修导则》，国产汽轮发电机组每4～6年必须进行一次A 级大修，严格按照A 级检修参考项目表，检查和清扫铁芯压板、绕组端部绝缘并检查紧固情况，清扫铁芯、槽楔及通风沟处线棒绝缘，必要时更换少量槽楔，测量波纹板间隙，对特殊项目要作为重点，更换磨损的定子线棒或修理线棒绝缘；必要时重新焊接定子端部绕组接头，对所有槽楔或端部隔木进行检查，松动部分全部更换，其余更换25%以上。

一台发电机至少备用20%的线棒，在每次大修或运行三年以上有抽发电机转子机会时对线棒槽楔进行检查，发现有松动的槽楔重点进行线棒磨损，当磨损大于1mm 以上时，建议更换新线棒。

严格控制发电机进油，发电机进油后会加剧线棒振动，每次检修对轴瓦油挡进行检查，必要时进行更换；根据气温变化和发电机负荷，及时调整发电机进、出口风温，尽量控制在进风30℃、出风小于65℃，避免因风温变化导致热胀冷缩引发线棒松动；对于大面积线棒有磨损时，建议利用A 级大修对所有线棒进行更换，更换下的线棒返回重新做绝缘后备用。