發(fā)電廠汽輪發(fā)電機定子接地故障分析及檢查處理對策

朱文鑫

摘 ?要：文章通過分析發(fā)電機定子結(jié)構(gòu)及定子接地故障產(chǎn)生的原因，結(jié)合具體案例簡析了定子接地的查找方法和處理對策。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機定子;接地故障;分析處理;對策

中圖分類號：TM311 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2016）03-0100-02

近幾年來，大部分發(fā)電廠汽輪發(fā)電機組出力都能達到額定值，各項性能與參數(shù)也足以滿足正常運行方式的要求。但是，由于技術(shù)因素的限制，汽輪發(fā)電機定子在制造、使用中過程中為單一整體，維修非常困難。因此，本文對大型汽輪發(fā)電機定子接地故障原因進行了較為全面、系統(tǒng)的闡述，同時結(jié)合具體實例剖析了這些故障對機組安全運行帶來的危害及相應(yīng)的處理措施。

1 ?發(fā)電機定子接地故障的危害性

發(fā)電機定子繞組對地（鐵芯）絕緣的損壞就可能會發(fā)生單相接地故障，這是定子繞組最常見的電氣故障。定子繞組單相接地故障對發(fā)電機的危害主要表現(xiàn)在定子鐵芯的燒傷和接地故障擴大為相間或匝間短路。

鐵芯燒傷由故障點電流If和故障持續(xù)時間t決定，If2越大，鐵芯損傷越嚴重。對于沒有傷及鐵芯的定子繞組絕緣損壞，修復(fù)工作較簡單，停機時間也較短;一旦燒及鐵芯，由于大型發(fā)電機組定子鐵芯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，修復(fù)困難，停機時間就較長，如果說定子繞組絕緣損壞和單相接地故障是難免的，但由此而殃及定子鐵芯則是完全應(yīng)該避免的，為此應(yīng)設(shè)法減小定子繞組單相接地電流If ，同時縮短故障的持續(xù)時間。

定子繞組絕緣一點損壞（單相接地）時故障電流僅數(shù)安或數(shù)十安，故障處電弧時斷時續(xù)，將產(chǎn)生間歇性弧光過電壓，由此而引發(fā)多點絕緣損壞，輕微的單相接地故障擴展為災(zāi)難性的相間或匝間短路，這也是必須避免發(fā)生的。

2 ?發(fā)電機定子繞組接地原因分析

發(fā)電機絕緣有較高的耐電壓強度，并能承受一定過電壓的性能，在工作電壓和工作溫度下，絕緣介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ小且穩(wěn)定，具有一定的去游離電壓、絕緣壽命應(yīng)保證在25～30 a。造成發(fā)電機定子接地的原因主要有發(fā)電機內(nèi)部因素的原因及外部因素的原因。以下統(tǒng)計了常見的幾點發(fā)電機定子繞組可能造成接地故障的原因。

2.1 ?定子繞組發(fā)生接地故障的內(nèi)部原因

①定子繞組的絕緣材料、銅導(dǎo)體和定子鐵芯由于膨脹系數(shù)不同，在繞組加熱和冷卻過程中，不可避免地產(chǎn)生較大的機械應(yīng)力。長時間作用使得絕緣失去彈性而產(chǎn)生裂紋，甚至在運行電壓下絕緣擊穿。另外，發(fā)電機絕緣在工作溫度下、浸漬漆和粘合劑不應(yīng)融化流出，否則將導(dǎo)致絕緣迅速老化。②發(fā)電機絕緣在制造過程中和運行時受到各種機械力的作用，尤其在高速運轉(zhuǎn)時受到的機械應(yīng)力更大，受到的機械應(yīng)力及危害分析如下：其一，端部線圈在運行時和突然短路時，產(chǎn)生電動力使端部線圈固定松動，長時間作用磨壞絕緣。其二， 幅向交變電動力，是定子繞組的橫向磁通使導(dǎo)體受到的力。另外，在額定電流下，汽輪發(fā)電機單根線棒上也會受到幾百公斤力的作用，并以每秒100次的頻率打擊著絕緣，在短路時，該力達到數(shù)百噸。上述交變電動力作用結(jié)果，將使絕緣斷裂或磨損，在運行中可能使絕緣擊穿。③發(fā)電機運行產(chǎn)生電暈放電時，又有臭氧和各種氧化氮產(chǎn)生，前者是強烈的氧化劑，侵蝕有機絕緣材料;后者和水形成硝酸或亞硝酸，腐蝕金屬材料，使纖維材料變脆。所以，發(fā)電機絕緣應(yīng)防止產(chǎn)生電暈放電并采用防電暈材料。④發(fā)電機內(nèi)定子繞組絕緣被異物磨損或老化等造成絕緣水平下降時，可能造成定子接地故障。

2.2 ?定子繞組發(fā)生接地故障的外部原因：

運行中的發(fā)電機定子接地時，發(fā)變組保護裝置會發(fā)出“定子接地”報警信號，發(fā)電機出線采用封閉母線后，由外界因素引起接地的幾率大大減少了，但是其他一些因素也會造成發(fā)電機定子接地，例如：①發(fā)電機漏水及冷卻水導(dǎo)電率嚴重超標時會引起接地報警。②與發(fā)電機定子繞組相連的一次部分設(shè)備上發(fā)生單相接地時引起接地故障。如發(fā)電機出線主封母支持絕緣子受潮絕緣下降、主變低壓側(cè)升高座內(nèi)因橡膠密封升縮套破裂滲水導(dǎo)致升高座內(nèi)積水瓷瓶絕緣下降。③發(fā)電機電壓互感器開口三角形繞組的高壓側(cè)熔斷器熔斷，開口三角電壓線松動、接觸不良，電壓互感器開口三角側(cè)一次插頭或二次插頭接觸不良等，也會造成發(fā)電機定子接地報警，這種不是由于真正接地而引起保護報警的現(xiàn)象通常稱為“假接地”。④發(fā)電機風(fēng)道及繞組上的污垢和塵土造成散熱條件臟污，引起風(fēng)道堵塞、繞組過熱，導(dǎo)致發(fā)電機溫升過高、過快，使繞組絕緣迅速惡化。⑤發(fā)電機冷卻器進水管堵塞，造成冷卻水供應(yīng)不足，繞組過熱、絕緣受損。⑥發(fā)電機長期過負荷運行。⑦在發(fā)電機烘干驅(qū)潮時，溫度過高。

3 ?故障現(xiàn)場排查、分析判斷及事故處理

當發(fā)電機定子繞組及其一次回路發(fā)生一相接地時，接地點將流過對地電容電流。該電容電流可能產(chǎn)生電弧，如果電弧是持續(xù)性的，同時又發(fā)生在發(fā)電機內(nèi)部，就可能損壞發(fā)電機定子鐵芯，鐵芯的損壞程度與此時對地電容電流的大小有關(guān)。發(fā)電機運行中保護裝置發(fā)出“定子接地”報警信號后，運行人員應(yīng)立即測量發(fā)電機相關(guān)二次電壓并通知檢修人員立即到發(fā)變組保護屏、PT二次端子箱等地分別測量發(fā)電機二次電壓，進行分析，以判斷發(fā)電機定子是否真正發(fā)生接地故障。

當定子繞組回路發(fā)生一相金屬性接地時，接地相對地電壓為零，非接地相電壓升高至線電壓，各線電壓不變且平衡。如果接地點在定子繞組中的某一部分或者是發(fā)電機出口一相非金屬性接地以及主變低壓繞組內(nèi)部接地時，接地相對地電壓不會降至零，不接地相對地電壓雖然升高，但也低于線電壓，出口PT開口三角側(cè)電壓也小于100 V，接地電阻越大或越靠近中性點，其值越小。

當出口PT高壓保險熔斷一相或兩相時，其開口三角繞組的電壓也要上升，可能發(fā)出接地報警信號。例如：A相高壓保險熔斷，定子電壓的UCA、UAB降低，UBC不變，仍為線電壓，UB0、UC0仍接近相電壓，UA0則明顯降低，開口三角側(cè)電壓電壓接近100/3 V，此種情況即為假接地。

判斷真假接地的關(guān)鍵在于：真接地時，接地相對地電壓降低，而非接地相對地電壓升高，且線電壓彼此平衡。假接地時，不會有相對地電壓升高的現(xiàn)象，線電壓也不平衡。

定子接地故障的現(xiàn)場檢查項目及步驟參考如下：①檢查發(fā)變組保護裝置是否正確動作、保護定值是否合理，加入模擬量校驗裝置是否正常，是否出現(xiàn)誤報、誤動作。②測發(fā)電機絕緣（帶封母及主變、廠高變等其他一次設(shè)備）。③檢查保護裝置及PT二次端子箱的二次電壓線是否有松動，接線端子是否足夠緊固。④保護裝置到PT端子箱及及到PT柜本體的二次線絕緣是否良好。⑤電流、電壓二次回路各接地點是否可靠、正確。⑥在PT就地端子箱或中性點變壓器的二次電壓端子施加模擬量，帶外部線模擬檢查保護裝置是否正確可靠動作。⑦檢查電壓互感器一次繞組尾端接地是否可靠。⑧檢查PT柜內(nèi)一次插頭、二次插頭及二次插頭內(nèi)的電壓線是否接觸牢固、可靠。⑨檢查發(fā)電機出線套管處的軟連接是否正常，有無水、油污及其他異物。⑩檢查發(fā)電機主封母內(nèi)各處是否干燥、是否絕緣良好，應(yīng)無積水、無異物。11 檢查主變低壓側(cè)套餐及廠高變的高壓側(cè)升高座內(nèi)是否干燥無積水、無異物、絕緣良好。12 斷開發(fā)電機出口軟連接，分別測發(fā)電機本體及本體以外一次設(shè)備絕緣。13 發(fā)電機出線PT進行高壓試驗。14 對發(fā)電機中性點干式變、電纜進行高壓試驗。15 發(fā)電機出口避雷器高壓試驗。16 對主封母連帶主變低壓側(cè)及廠高變高壓側(cè)進行高壓試驗，如數(shù)據(jù)不正常再將封母、主變低壓側(cè)、廠高變高壓側(cè)分別斷開連接進行檢查。17 發(fā)電機打開兩側(cè)端蓋、抽轉(zhuǎn)子，結(jié)合跳機前的各運行參數(shù)檢查定子繞組。18 發(fā)電機定子加高壓試驗進行排查。

4 ?案例分析

4.1 ?故障情況

2013年7月25日，某電廠#2機（東方電機廠，型號：QFSN-21

0-2，額定有功功率210 MW）發(fā)變組保護動作，機組跳機。繼保人員在發(fā)變組保護A、B屏發(fā)現(xiàn)定子基波零序電壓高值有動作出口跳閘記錄（即發(fā)電機定子接地保護動作出口跳閘）。分別檢查發(fā)變組保護裝置、外部接線，現(xiàn)場相關(guān)的CT、PT端子接線箱等均無發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，查看了機組故障錄波器、網(wǎng)控室故障錄波器、保護裝置的動作報告及動作波形，并打印了相關(guān)的動作報告進行分析。同時，運行人員檢查氫氣濕度、內(nèi)冷水的水質(zhì)及測發(fā)電機絕緣均合格。

4.2 ?故障的查找及處理

機組跳機后，電廠相關(guān)技術(shù)人員根據(jù)保護動作的類型、波形及動作值進行初步分析后，判斷可能為發(fā)電機內(nèi)部故障，決定進一步進行檢查。

檢修人員隨后檢查了主變及廠高變的升高座內(nèi)的積水及絕緣受潮的情況，并將發(fā)電機封閉母線多個支撐絕緣子及人孔處拆開檢查封母內(nèi)部，均無發(fā)現(xiàn)異常。檢修人員還檢查了機端電壓互感器及中性點變壓器到就地二次電壓端子箱的所有接線，對發(fā)變組保護裝置的定值和接線、二次電纜的絕緣、電流（電壓）二次回路接地點及接線端子進行檢查，并對電壓互感器一次繞組尾端接地可靠性進行檢查，均無異常;繼保人員在發(fā)電機就地電壓端子箱的中性點變壓器二次回路加入電壓量，模擬故障情況，發(fā)變組A、B屏保護裝置的定子零序電壓高值保護能正確動作、保護裝置的動作信號指示也都正常。

后檢修人員直接對發(fā)電機本體、機端PT、避雷器、中性點電纜、中性點變壓器、封母、主變、廠高變、勵磁變等一次設(shè)備做絕緣電阻、直流電阻、空載試驗、倍頻耐壓試驗，交、直流耐壓等相關(guān)高壓試驗，試驗數(shù)據(jù)均正常。進一步分析后，重點檢查發(fā)電機PT的相關(guān)一次、二次回路，最后，打開PT本體二次插頭，發(fā)現(xiàn)PT開口三角形二次插頭內(nèi)有一根二次線存在松動現(xiàn)象，重新焊接處理后，機組重新點火開機，在發(fā)電機升壓過程及并網(wǎng)后通過發(fā)變組保護對機端電壓及自產(chǎn)零序電壓、外接零序電壓、中性點零序電壓等各項數(shù)據(jù)進行檢查均正常，機組順利并網(wǎng)。

5 ?結(jié) ?語

如上述分析，汽輪發(fā)電機定子的結(jié)構(gòu)、接地故障的幾個主要形成原因及故障的現(xiàn)場判斷、查找以及相應(yīng)的處理對策都有了一個較為清晰的思路。但是，遇到實際定子接地故障時，還需要結(jié)合具體情況做具體的分析和處理。

參考文獻：

[1] 王維儉.發(fā)電機變壓器繼電保護應(yīng)用（第2版）[M].北京：中國電力出版

社，2001.

[2] 李平.水輪發(fā)電機定子一點接地故障查找[J].廣西電力，2014，（1）.

[3] 陳天翔，王寅仲，海世杰.電氣試驗（第2版）[M].北京：中國電力出版社，

2008.

[4] 錢祥鵬.發(fā)電廠事故分析42例[M].北京：中國電力出版社，2008.