一起發(fā)電機(jī)定子接地故障的查找、分析和處理

鄒學(xué)穎 陳燕女

（湖南湘江航運(yùn)建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司 長(zhǎng)沙市 410011）

1 概 述

大源渡水電站位于湘江干流上游湖南省衡陽(yáng)市衡東縣境內(nèi)，為低水頭河床式電站，裝有5臺(tái)燈泡貫流式機(jī)組，總裝機(jī)容量130MW（4×30MW+1×10MW），1#～4#主機(jī)設(shè)備從奧地利VETECH公司全套進(jìn)口，機(jī)組及發(fā)變組保護(hù)采用奧地利ELⅠN公司生產(chǎn)的DRS微機(jī)保護(hù)裝置。5臺(tái)機(jī)組與兩臺(tái)主變壓器形成兩組擴(kuò)大單元接線，發(fā)電機(jī)出口母線電壓為10.5kV，其中0#、1#、2#機(jī)與1#主變組成 1#擴(kuò)大單元，3#、4#機(jī)與 2#主變組成 2#擴(kuò)大單元，110kV母線采用單母線分段運(yùn)行方式，110kV母線經(jīng)三回出線與衡陽(yáng)電網(wǎng)相連。發(fā)電機(jī)定子槽數(shù)z=414，線棒連接為波繞組，全節(jié)距為2τ=9，采用雙層布置，每相有線棒276根。

2 故障情況

2011年3月24日07時(shí)52分23秒，電站中控室上位機(jī)相繼發(fā)“10.5kV母線Ⅱ段發(fā)電機(jī)定子接地故障小開(kāi)關(guān)跳開(kāi)”、“4#機(jī)發(fā)電機(jī)80%定子接地故障64ST”、“2#擴(kuò)大單元100%定子接地保護(hù)64NT”、“3#機(jī)發(fā)電機(jī)80%定子接地故障”紅色跳閘信號(hào)，2#主變高壓側(cè)520開(kāi)關(guān)跳閘、3#和4#機(jī)水輪機(jī)快關(guān)閥投入、3#和4#機(jī)勵(lì)磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)、3#和4#機(jī)事故停機(jī)、廠用電324開(kāi)關(guān)跳閘、近區(qū)母聯(lián)330開(kāi)關(guān)跳閘、廠用電Ⅰ段102開(kāi)關(guān)自合成功。7時(shí)54分14秒，3#機(jī)組停穩(wěn)；7時(shí)54分49秒，4#機(jī)組停穩(wěn)。

3 故障查找和分析

事故發(fā)生后，從機(jī)組DRS保護(hù)裝置內(nèi)調(diào)出3#、4#機(jī)發(fā)電機(jī)80%定子接地保護(hù)動(dòng)作和2#擴(kuò)大單元100%定子接地保護(hù)動(dòng)作故障錄波。從2#擴(kuò)大單元100%定子接地保護(hù)故障錄波曲線中可看出，故障時(shí)取自母線比托夫變壓器開(kāi)口三角的VT1電壓波形出現(xiàn)了突變，峰值達(dá)到160V，其有效值大于保護(hù)定值16V，保護(hù)動(dòng)作正確。而取自母線PT二次側(cè)AB相的參考電壓VT2電壓波形穩(wěn)定，因此判斷故障可能發(fā)生在C相；從3#和4#機(jī)的故障錄波曲線可看出保護(hù)啟動(dòng)后零序電壓峰值達(dá)150V，其有效值大于保護(hù)定值36V，保護(hù)動(dòng)作正確。

其后，使用1000V搖表對(duì)10.5kVⅠⅠ母設(shè)備搖測(cè)絕緣，絕緣合格；對(duì)2#主變低壓側(cè)搖測(cè)絕緣，絕緣合格。隨即合上2#主變高壓側(cè)520開(kāi)關(guān)，對(duì)10.5kVⅡ母、2#主變充電，充電過(guò)程正常。對(duì)4#機(jī)零起升壓正常后并網(wǎng)。3#機(jī)在零起升壓至3.96kV時(shí) “3#機(jī)發(fā)電機(jī)80%定子接地故障”保護(hù)動(dòng)作，3#機(jī)事故停機(jī)，據(jù)此判定故障點(diǎn)發(fā)生在3#機(jī)組。 解開(kāi)3#機(jī)出口母線電纜、解開(kāi)出口母線PT，帶電纜搖測(cè)發(fā)電機(jī)定子絕緣，當(dāng)使用500V搖表?yè)u測(cè)時(shí)絕緣電阻達(dá)500GΩ，而使用1000V搖表?yè)u測(cè)時(shí)絕緣電阻變?yōu)榱悖偈褂?00V搖表?yè)u測(cè)時(shí)絕緣電阻為零并緩慢上升，說(shuō)明故障點(diǎn)為非完全金屬接地。將3#發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)CT短接銅排解開(kāi)，單相搖測(cè)絕緣后確定故障點(diǎn)位于C相，與保護(hù)故障錄波分析結(jié)果吻合；為排除是否系電纜故障，將電纜屏蔽層接地點(diǎn)甩開(kāi)，搖測(cè)單根電纜屏蔽層與電纜芯的絕緣正常，基本可以判斷接地故障發(fā)生在發(fā)電機(jī)內(nèi)部；為進(jìn)一步確定故障點(diǎn)，解開(kāi)3#發(fā)電機(jī)定子C相引出線銅排，搖測(cè)絕緣后最終確定故障點(diǎn)位于發(fā)電機(jī)內(nèi)部。

在查找發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)，選用了一種最簡(jiǎn)便的方法，通過(guò)容量為5kVA的調(diào)壓器在C相引出線處加壓，中性點(diǎn)處懸空，在電壓升至200V左右時(shí)，故障點(diǎn)被擊穿，調(diào)壓器保護(hù)動(dòng)作自動(dòng)斷電，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)具體故障點(diǎn)；后通過(guò)科學(xué)計(jì)算，在回路中串入2000Ω電阻絲將電流限制在3 A以內(nèi)，在加壓過(guò)程中發(fā)現(xiàn)231#線棒槽口部位冒煙，試驗(yàn)結(jié)束后檢查231#槽上層線棒上游槽口部位絕緣損壞，其他線棒未發(fā)現(xiàn)異常。

4 故障原因

（1）定子線棒絕緣本身存在老化。3#機(jī)組于1999年10月份投產(chǎn)發(fā)電，至今已運(yùn)行12年，設(shè)備本身絕緣老化。

（2）定子線棒運(yùn)行溫度較高，影響定子線棒絕緣壽命。3#機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)在夏季負(fù)荷高峰期定子線棒運(yùn)行溫度達(dá)120℃，2007年對(duì)3#機(jī)組冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造后，夏季定子線棒運(yùn)行溫度仍然達(dá)到110℃以上。

（3）發(fā)電機(jī)風(fēng)洞油霧較重，定子線棒運(yùn)行環(huán)境差損壞絕緣。由于機(jī)組組合軸承法蘭面密封圈老化，組合軸承內(nèi)油經(jīng)大軸連接螺栓孔滲入風(fēng)洞，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)風(fēng)洞內(nèi)油污加重，對(duì)線棒的絕緣造成較大的影響。

（4）定子線棒松動(dòng)造成端部絕緣破壞。運(yùn)行中受各種機(jī)械力及電磁力等因素的影響，造成定子線棒松動(dòng)，線棒在槽口部位因振動(dòng)刮擦導(dǎo)致絕緣破壞。

（5）發(fā)電機(jī)在端部出槽口附近的空氣容易發(fā)生局部電離（輝光放電），出現(xiàn)電暈現(xiàn)象，不但產(chǎn)生熱量，還產(chǎn)生臭氧和氮的化合物，損壞絕緣。

（6）231#上層線棒接近發(fā)電機(jī)C相定子引出線端，其對(duì)地電勢(shì)為5027V，在線棒絕緣出現(xiàn)破損時(shí)更容易被擊穿。

5 故障處理

因檢修更換故障線棒需要較長(zhǎng)時(shí)間，而現(xiàn)在正值豐水季節(jié)，為減少棄水，經(jīng)研究決定采用丟掉故障線棒運(yùn)行的臨時(shí)處理措施，處理時(shí)間大約6天左右。從定子繞組槽電勢(shì)計(jì)算結(jié)果可看出，甩開(kāi)231#槽上層線棒和227#槽下層兩根線棒運(yùn)行，將236#槽下層線棒與222#槽上層線棒用銅板跨接，C相電壓僅下降45V，不到額定電壓的1%，對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行基本上不會(huì)造成影響，丟線棒運(yùn)行方案是可行的。具體施工過(guò)程如下：

（1）將231#上層線棒與236#下層線棒的下游側(cè)絕緣盒取下，將線棒連接銅板鋸下，將231#上層故障線棒靠下游側(cè)鋸斷；

（2）將227#槽下層線棒與222#槽上層線棒下游側(cè)絕緣盒取下，將線棒連接銅板鋸下；

（3）用兩根截面為300mm2的銅板制成U型板將236#槽下層線棒與222#槽上層線棒跨接，銅板與線棒焊接時(shí)采用通電時(shí)間短、加熱速度快的中頻焊機(jī)；

（4）檢查焊接質(zhì)量，對(duì)3#機(jī)做短路升流試驗(yàn)同時(shí)用紅外成像儀監(jiān)測(cè)焊接點(diǎn)溫度，在升流過(guò)程中短路銅排焊接點(diǎn)溫度與線棒溫度相比無(wú)明顯變化，運(yùn)行1h后相對(duì)溫度仍無(wú)明顯變化，證明焊接質(zhì)量良好；

（5）停機(jī)后對(duì)短接銅排外層用云母帶包扎20層、玻璃絲帶4層后再涂刷環(huán)氧樹(shù)脂膠處理，并對(duì)231#上層線棒鋸斷處和227下層線棒下游側(cè)接頭進(jìn)行絕緣處理；

（6）開(kāi)3#機(jī)零起升壓正常后將機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，監(jiān)測(cè)機(jī)組運(yùn)行狀況，機(jī)組運(yùn)行溫度及組合軸承振動(dòng)、擺度均無(wú)明顯變化。4月2日機(jī)組正式并網(wǎng)運(yùn)行。

6 結(jié)論及建議

3#機(jī)組故障處理后并網(wǎng)運(yùn)行正常，說(shuō)明機(jī)組定子故障后丟線棒運(yùn)行的臨時(shí)處理方案是可行的，這種波繞組發(fā)電機(jī)丟線棒運(yùn)行在湖南省內(nèi)水電站中應(yīng)用尚屬首次。為徹底解決大源渡水電站定子線棒存在的問(wèn)題，需做好以下幾項(xiàng)工作：

（1）利用枯水季節(jié)，對(duì)機(jī)組進(jìn)行大修，更換故障線棒并進(jìn)行徹底檢查，必要時(shí)做定子線棒絕緣老化試驗(yàn)。

（2）進(jìn)一步加大機(jī)組通風(fēng)冷卻系統(tǒng)系統(tǒng)改造力度，著力降低定子線棒運(yùn)行溫度。

（3）改善風(fēng)洞運(yùn)行環(huán)境。定期對(duì)發(fā)電機(jī)風(fēng)洞內(nèi)油污進(jìn)行清掃，清洗發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子鐵芯和繞組；對(duì)大軸法蘭螺栓進(jìn)行加墊處理，防止組合軸承內(nèi)油經(jīng)大軸螺栓進(jìn)入風(fēng)洞；將發(fā)電機(jī)風(fēng)洞內(nèi)各組合面和法蘭面密封更換成耐高溫密封，防止密封因高溫老化加重滲油。