九甸峽水電站3號(hào)發(fā)電機(jī)定子接地故障點(diǎn)診斷

梁 棟1，楊方銀2

（1.甘肅電投辰旭投資開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730000；2.甘肅電投九甸峽水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，甘肅定西 730500）

1 概述

九甸峽水電站位于甘肅省卓尼縣，地處洮河中游，安裝3臺(tái)立軸、懸式、單機(jī)容量100MW的發(fā)電機(jī)。3號(hào)發(fā)電機(jī)由東方能源電機(jī)廠設(shè)計(jì)并制造，于2008年7月投產(chǎn)發(fā)電。定子鐵芯共有252線槽，內(nèi)嵌504根定子線棒，定子繞組為條形波繞組，2支路Y形連接，單根線棒由44股股線絕緣為0.2mm玻璃絲扁銅線編織而成，并采用小于360°虛換位方式以減小環(huán)流損耗。線圈絕緣為F級(jí)高場(chǎng)強(qiáng)絕緣系統(tǒng)，線棒槽底內(nèi)固定采用槽楔加波紋墊條的方式[1]。

2012年5月18日13∶30，3號(hào)機(jī)發(fā)變組保護(hù)裝置報(bào)“定子接地零序電壓信號(hào)”和“三次諧波電壓差動(dòng)信號(hào)”。停機(jī)以后，檢修人員對(duì)發(fā)變組保護(hù)裝置及故障錄波器的錄波情況檢查，發(fā)現(xiàn)故障時(shí)發(fā)電機(jī)A相電壓為4.86V，B相為97.05V，C相98.90V，U0為95.33V。在排除PT故障情況后，斷開(kāi)發(fā)電機(jī)出口及中性點(diǎn)與共箱封閉母線的軟連接，用5000V搖表對(duì)發(fā)電機(jī)三相測(cè)量絕緣電阻，其中A相第一支路絕緣電阻為0，其它支路的絕緣電阻均大于1GΩ。用500V搖表對(duì)A相U1-1支路測(cè)量絕緣電阻，絕緣電阻依然為0，可以斷定A相U1-1支路繞組接地。

2 零序電壓法

根據(jù)定子接地基波電壓分析，假設(shè)A相繞組某點(diǎn)發(fā)生金屬性接地，如圖1所示，該故障點(diǎn)即地電位G點(diǎn)。計(jì)算故障點(diǎn)的基波零序電壓U0如下：

α—故障點(diǎn)距中性點(diǎn)的距離；

式（1）表示距中性點(diǎn)α 處金屬性接地故障時(shí)，故障點(diǎn)基波零序電壓U0的大小恰好等于αEph.n（Eph.n為額定相電動(dòng)勢(shì)）。

當(dāng)α=1時(shí)，即機(jī)端金屬性接地故障時(shí),U0=Eph.n；

當(dāng)α=0時(shí)，即機(jī)端金屬性接地故障時(shí),U0=0[2]。

圖1 單相金屬接地電壓向量圖

由此可以知道當(dāng)保護(hù)采集到的U0數(shù)值越大，接近100V時(shí)，故障點(diǎn)就越靠近發(fā)電機(jī)出口一側(cè)。而實(shí)際故障時(shí)的U0為95.33V，因此可以初步斷定故障點(diǎn)靠近出口一側(cè)。

3 電阻法

電阻法是利用出口對(duì)地和中性點(diǎn)對(duì)地的電阻值，計(jì)算出百分?jǐn)?shù)后而判斷接地點(diǎn)的具體位置。它的前提條件是繞組接地點(diǎn)與大地是等電位，并且是金屬性接地。如圖2所示，首先測(cè)量故障支路電阻，電阻值為6.01mΩ，與非故障相相比變化不大。然后為了驗(yàn)證繞組接地點(diǎn)與大地是等電位，分別在定子鐵芯上取多個(gè)點(diǎn)測(cè)量其與大地之間的電阻，電阻值非常小且大小一致，等電位條件滿足。最后測(cè)量故障支路出口對(duì)地電阻值為5.19Ω，中性點(diǎn)對(duì)地電阻值為4.03Ω，故障支路對(duì)地電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于支路電阻。故無(wú)法使用電阻法。

圖2 電阻法試驗(yàn)圖

4 電壓法

因?yàn)楣收宵c(diǎn)對(duì)地電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于故障支路的電阻，所以在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，流經(jīng)接地點(diǎn)的電流是非常小的，電流主要還是流過(guò)故障支路。如果通入直流電，接地點(diǎn)的電位是零電位，那么就可以測(cè)得出口和中性點(diǎn)分別對(duì)地的電位差。利用這個(gè)原理，用直流電焊機(jī)給故障支路加入300A直流電，如圖3所示，在故障支路出口加正相電，在故障支路中性點(diǎn)加負(fù)相電，分別測(cè)得：

那么可計(jì)算出故障點(diǎn)到發(fā)電機(jī)出口的距離：

圖3 電壓法和單臂電橋法試驗(yàn)接線圖

將300A直流點(diǎn)反轉(zhuǎn)，在故障支路出口加負(fù)相電，在故障支路中性點(diǎn)加正相電，如圖4所示，分別測(cè)得：

那么可計(jì)算出故障點(diǎn)到中性點(diǎn)的距離：

圖4 電壓法和單臂電橋法試驗(yàn)接線圖

因?yàn)槊總€(gè)支路有84根線棒，支路出口匯流排引出線折算為3根線棒，中性點(diǎn)匯流排引出線折算為1.5根線棒，那么這1支路線棒總根數(shù)為：

由計(jì)算式（2）、（3）、（4）得：

N×12.4%=88.5×12.4%=10.974（根）

N×86.4%=88.5×86.4%=76.464（根）

根據(jù)電壓法測(cè)得結(jié)果而計(jì)算出的數(shù)值，故障點(diǎn)從發(fā)電機(jī)出口數(shù)第11根線棒上，從中性點(diǎn)數(shù)第76根線棒上，除去出口匯流排引出線的3根和中性點(diǎn)引出線的1.5根，故障點(diǎn)應(yīng)該在本支路的第8根和第9根之間。

5 單臂電橋法

在故障支路兩側(cè)并聯(lián)100Ω的滑動(dòng)變阻器，試驗(yàn)接線如圖2所示，依然給故障支路加入300A的直流電，調(diào)節(jié)滑線變阻器至微安表讀數(shù)為0時(shí)，分別測(cè)得：

那么可計(jì)算出：

由式（4）得：

N×12.4%=88.5×12.4%=10.974（根）

與電壓法一樣，將正負(fù)極倒換后，如圖2所示，再次調(diào)節(jié)滑線變阻器至微安表讀數(shù)為0時(shí)，分別測(cè)得：

那么可計(jì)算出：

由式（5）得：

用單臂電橋法測(cè)得的結(jié)果與電壓法基本一致，故障位置在第8根線棒和第9根線棒之間。

6 故障定位

根據(jù)電壓法和單臂電橋法試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果，故障點(diǎn)在第8根線棒和第9根線棒上。查閱圖紙發(fā)現(xiàn)第8根在第73槽下層，第9根在第85槽上層。在發(fā)電機(jī)中找到第73槽，敲除第8根與第9根之間連接的環(huán)氧盒絕緣層，用焊槍熔化開(kāi)并頭塊。然后再對(duì)斷開(kāi)的兩側(cè)分別用5000V搖表測(cè)量絕緣電阻，靠近出口的一側(cè)絕緣電阻為0，而靠近中性點(diǎn)的一側(cè)絕緣電阻大于1GΩ，因此可以排除故障點(diǎn)在中性點(diǎn)的一側(cè)。用同樣辦法再斷開(kāi)第8根與第7根繞組的連接環(huán)氧盒絕緣層，用5000V搖表測(cè)量絕緣電阻，靠近出口的一側(cè)絕緣電阻大于1GΩ，而第8根線棒絕緣電阻為0，從而斷定故障點(diǎn)的確在第8根線棒上，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的結(jié)果一致。

7 結(jié)語(yǔ)

用以上試驗(yàn)方法，在最短時(shí)間里找到了故障點(diǎn)，打開(kāi)的并頭塊最少，對(duì)定子鐵芯及其它線棒的破壞也是最小的。在實(shí)際應(yīng)用中，需要注意以下幾點(diǎn)：（1）直流電焊機(jī)引線對(duì)故障點(diǎn)的查找有影響，盡量選擇內(nèi)阻小，且正負(fù)極長(zhǎng)度一致的引線；（2）在用直流電焊機(jī)前使用500V搖表再次測(cè)量支路絕緣電阻，避免通入電流后，低電壓對(duì)定子鐵芯有損傷；（3）滑動(dòng)變阻器應(yīng)選取電阻較大的，可以增大測(cè)量比值，從而縮小誤差；（4）滑動(dòng)變阻器的碳滑塊接觸要良好、滑動(dòng)精度要高。

[1]東能電機(jī)技術(shù)研究所.TGB006-2004水輪發(fā)電機(jī)定子工地下線工藝規(guī)程[M].2007.

[2]王維儉.發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，1998.

[3]陳天翔.電氣試驗(yàn)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.