淺談發(fā)電機(jī)定子接地故障的判定方法

王 斌

（華電能源股份有限公司牡丹江第二發(fā)電廠，黑龍江 牡丹江 157015）

發(fā)電機(jī)定子繞組因運(yùn)行電壓高以及溫度和振動的影響，常常造成定子繞組絕緣損傷，在運(yùn)行中發(fā)生接地或在大、小修耐壓試驗(yàn)中擊穿。此時擊穿部位可能在上層線圈，也可能在下層線圈；可能在端部，也可能在槽部。擊穿點(diǎn)在端部往往容易被發(fā)現(xiàn)，在槽部則不容易被發(fā)現(xiàn)，擊穿點(diǎn)在槽部下層線圈則更不容易被發(fā)現(xiàn)。如采用全部打掉槽楔的方式來查找接地點(diǎn)，工作量太大而且不準(zhǔn)確；如采用大電流燒穿法，在現(xiàn)場不易實(shí)現(xiàn)且還可能損傷同槽線圈絕緣。為此，為方便本廠發(fā)電機(jī)查找接地故障，文章將介紹兩種尋找接地故障的方法。

本廠發(fā)電機(jī)為雙水內(nèi)冷型，1998年7月在運(yùn)行中發(fā)出定子接地信號，檢查零序電壓表滿刻度，停機(jī)后拆開中性點(diǎn)用2 500 V搖表檢查A相絕緣為零，用萬用表測量A相對地電阻有220 Ω，為非金屬接地。該電機(jī)為42槽雙層布置2極式電機(jī)，端部檢查未見故障點(diǎn)。經(jīng)研究確定，首先采用開口變壓器感應(yīng)法來尋找故障點(diǎn)。

1 用開口變壓器感應(yīng)法查找接地點(diǎn)

1.1 原理

原理是在發(fā)機(jī)故障相對地施加交流電壓，用開口變壓器跨接定子槽，通過測量開口變壓器的感應(yīng)電壓來判斷故障點(diǎn)。當(dāng)線圈中通過交流電流時，便會在定子鐵芯中產(chǎn)生磁通，該磁通經(jīng)定子槽齒、鐵軛和空氣隙閉合。因?yàn)榭諝庀兜拇抛栎^大，故該磁通很小。但當(dāng)開口變壓器置于定子本體槽齒上構(gòu)成閉合磁路時，流經(jīng)定子槽齒、鐵軛和開口變壓器的磁通較大，該磁通在開口變壓器線圈上時便會感應(yīng)電勢。該電勢大小與定子線圈中通入的電流密切相關(guān)。當(dāng)定子線圈發(fā)生接地時，定子線圈電流沿軸向在接地點(diǎn)處便會發(fā)生突變，其變化情況與定子接線方式有關(guān)。當(dāng)開口變壓器從定子一端移動到接地點(diǎn)時，其感應(yīng)電壓亦會發(fā)生突變，用該方法逐槽檢查，便可確定接地點(diǎn)所在位置，見圖1。

圖1 開口變壓器工作圖

1.2 開口變壓器的制作

開口變壓器的制作:鐵芯選用“凹”字型，開口跨度為一個槽寬，載面大于1 cm2的空氣開關(guān)鐵芯，ф0.29漆包線繞2 000匝左右。

1.3 試驗(yàn)接線

當(dāng)接地電阻Rg擊穿時，燈泡起限流作用。

試驗(yàn)電壓可選擇100～400 V左右，此時，即可用上述開口變壓器跨接于定子的兩齒，用真空管毫伏表進(jìn)行測量。

1.4 A相線圈連接情況

見圖2。

圖2

其中，上層線圈有 28、27、26、25、24、23、22、1、2、3、4、5、6、7槽，下層線圈有 3、2、1、42、41、40、39、18、19、20、21、22、23、24 槽。

1.5 測量結(jié)果

從A端加電壓120 V，一次電流達(dá)到200 mA，見表1。

表1 電壓測量結(jié)果

當(dāng)開口變壓器到#2槽汽側(cè)時，感應(yīng)電壓稍有變化，但到#27槽就無感應(yīng)電壓，初步斷定為#2槽下層線棒汽側(cè)靠近槽口的部位擊穿。

從X端加電壓120 V，一次電流達(dá)到200 mA，見表2。

表2 電壓測量結(jié)果

從測量結(jié)果可以看出，同相同槽的槽有，#24、#23、#22、#1、#2、#3六槽，感應(yīng)電壓應(yīng)該均大，但#2、#3槽的電壓明顯減小，從電流流向分析，也初步判定為#2槽下層線棒汽側(cè)接地。

1.6 影響開口變壓器檢查法靈敏度的因素

式中：U2：開口變壓器繞組感應(yīng)電勢，V；

f：激磁電流頻率，HI；

S：開口變壓器截面積，m2；

B：激磁繞組在閉合回路產(chǎn)生的磁通密度，T；

H：激磁繞組在閉合回路產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度，A/m；

n：開口變壓器繞組匝數(shù)；

μ：開口變壓器鐵芯的導(dǎo)磁系數(shù)，T.m/A；

ΣI：定子某槽中總電流，A；

L：定子鐵芯、鐵軛和開口變壓器圍成的周長，m。

由式（1）（2）可以看出，f是一定的，S 最大為定子齒寬，U2主要取決于B和n，B又決定于定子某槽中通入的電流。因此，要提高靈敏度，可提高試驗(yàn)電源電壓，從而增大電流，同時，還可提高開口變壓器繞組匝數(shù)來提高靈敏度。在（2）式中，假設(shè)開口變壓器與定子鐵芯接觸間隙為0，認(rèn)為該處磁阻為0，而在實(shí)際試驗(yàn)中，該接觸面只是點(diǎn)接觸，造成該處存在較大的磁阻，用上兩式計(jì)算的感應(yīng)電勢結(jié)果與實(shí)測值相差較大，特別是在同相同槽的線棒故障時效果不太明顯。

2 自制直流接地法再次驗(yàn)證接地點(diǎn)

2.1 原理

原理：與單臂電橋和雙臂電橋的相同，以故障線圈為電橋的一個臂，兩個電阻箱串聯(lián)組成電橋的另一個臂，以故障線圈的接地點(diǎn)和兩個電阻箱間引出毫安表接地構(gòu)成橋路，加入電壓，讓電橋平衡后，根據(jù)兩電阻箱的數(shù)值就可計(jì)算出接地點(diǎn)位置。

2.2 測量接線

2.2.1 有關(guān)參數(shù)

有關(guān)參數(shù)：發(fā)電機(jī)單相直阻為0.003 985 Ω，相對地電阻為220 Ω，每相由不14個線圈組成，每個線圈電阻為0.003 985/14=0.000 284 6 Ω

2.2.2 測量方法

測量方法：按圖接好線，加壓用干電池6～9 V，此時注意兩個電阻箱電阻應(yīng)適當(dāng)，不能超過額定電流。然后調(diào)整R1和R2，讓微安表的電流為0，根據(jù)電橋平衡原理，可以得出下面等式：

實(shí)測時 R1=30 000 Ω，R2=3 300 Ω，代入上式計(jì)算出：R3=0.000 394 9，R4=0.003 59

2.2.3 分析

分析：按此計(jì)算結(jié)果可以看出，故障點(diǎn)應(yīng)該在距首端（A）一個半線圈的位置，也即#2槽下層線棒與#27槽上層線棒間，此結(jié)論與用開口變壓器法測量得出的結(jié)論相符合。

3 實(shí)際驗(yàn)證

按上述結(jié)論，焊開#2槽下層線棒兩側(cè)并頭后，確認(rèn)接地點(diǎn)在該線棒；然后拔出線棒，發(fā)現(xiàn)接地點(diǎn)在靠汽側(cè)槽口處，因電腐蝕而導(dǎo)致線棒絕緣損傷，從而驗(yàn)證了開口變壓器感應(yīng)法和直流接地電橋法測量分析的正確性。

4 結(jié)論

（1）用開口變壓器感應(yīng)法和自制接地電橋法可以比較準(zhǔn)確地尋找定子繞組接地故障點(diǎn)，兩種方法相互補(bǔ)充、相互印證。

（2）此兩種方法不僅用來尋找發(fā)電機(jī)，也適用于電動機(jī)的接地故障；

（3）自制接地電橋法還有一個最適宜、最實(shí)用的用法，是用于查找電力電纜接地故障，經(jīng)筆者多次使用，效果很好；找過故障電纜的接地電阻從幾百歐到幾百千歐均有；在查找電纜接地故障時，用故障相和另一相作一臂，在電纜的一側(cè)用螺栓壓緊，另外一側(cè)用此兩相和兩只電阻箱微安表構(gòu)成接地電橋，如果電橋靈敏度不足，可用直流發(fā)生器代替干電池作電源；根據(jù)測量結(jié)果計(jì)算，可算出故障點(diǎn)大致位置，可大大地減少尋找電纜故障的勞動強(qiáng)度，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。