采用直流壓降法查找大型汽輪發(fā)電機定子繞組接地故障點

韋湘釗

摘要：直流壓降法是測量直流電阻的經典方法，在發(fā)電試驗中常規(guī)用于檢查定子和轉子繞組線圈中的銅導體、股線是否存在斷股、開裂、斷開或繞組焊接處的焊口劣化。而利用該方法在大型汽輪發(fā)電機定子繞組接地故障點查找，具有操作簡單、成本低的優(yōu)勢。本文以某公司生產的QFSN-600-2-22A型汽輪發(fā)電機為例，研究了該大型汽輪發(fā)電機定子繞組接地故障的查找過程和故障原因，最后總結性地分析了采用直流壓降法查找大型汽輪發(fā)電機電子繞組接地故障的有效策略。

關鍵詞：發(fā)電機;直流壓降法;接地

引言：隨著我國電力工業(yè)的不斷發(fā)展和用電需求的不斷擴大，大型汽輪發(fā)電機組已經成為我國電力系統(tǒng)中電源側的主力機組。大型汽輪發(fā)電機在電力系統(tǒng)運行中承擔著極大的荷載，定子繞組作為大型汽輪發(fā)電機的核心部件，在發(fā)電機運行中承受電、熱、機械、化學、環(huán)境條件等的作用，還承受啟停機過程中的冷熱循環(huán)應力作用和事故過程中的強大電磁力作用，因此要求定子繞組具有良好的電氣和機械性能來保證發(fā)電機的可靠運行。隨著單機容量的變大，一旦發(fā)電機在運行中發(fā)生故障導致非計劃停機，或在試驗過程中發(fā)現(xiàn)缺陷影響正常投入運行，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全運行造成的影響也變大。如何簡單、有效、快速地查找到故障點并進行修復，使發(fā)生故障的發(fā)電機能盡快投入運行是一個值得探討的問題。本案例的QFSN-600-2-22A型汽輪發(fā)電機額定功率為655.2MW，定子額定電壓為22kV，在進行1.5Un=1.5×22=33kV的交流耐壓試驗中，A相定子繞組在電壓達到32.7kV，維持16秒時放電擊穿。研究本次采用直流壓降法準確查找到定子繞組的接地故障點的方法，對于類似問題的解決有著重要的借鑒意義。

一、研究背景、目的

2010年10月某電廠進行機組大修，根據(jù)機組檢修計劃進行了發(fā)電機定子繞組的交流耐壓試驗，在正常試驗過程中A相繞組發(fā)生放電。在放電后對三相繞組進行絕緣電阻測量，發(fā)現(xiàn)A相已無法加上電壓，改用萬用表測量定子繞組對地電阻，只有8kΩ，其余兩相絕緣電阻正常，確認A相定子繞組已放電擊穿。現(xiàn)場檢修人員通過人孔門進入發(fā)電機內部進行全面檢查，未發(fā)現(xiàn)擊穿點。電廠在聯(lián)系制造廠派人前來處理后組織人員拆除發(fā)電機端蓋和抽出轉子進行細致地檢查定子繞組表面，也未發(fā)現(xiàn)放電擊穿點，也通過表面檢查初步排除了因臟污引起的放電擊穿。在故障處理過程中通過一系列的試驗手段來查找放電擊穿點，目的是為了迅速確定定子繞組故障點，保證修復工期在既定的時限內，也為類似的問題解決提供參考。

二、定子繞組接地故障點的檢測方法

（一）外觀查找法

通過檢修人孔門進入發(fā)電機內部或拆除發(fā)電機的端蓋和抽出轉子，仔細檢查定子繞組各部位是否存在臟污、變色、磨損、流膠、過熱、松動等現(xiàn)象，以檢查發(fā)現(xiàn)明顯的接地故障點。

（二）絕緣電阻法

在確認接地故障點的試驗中，從定子繞組對地施加一個直流電壓，測量泄漏電流值，計算出電阻值來判斷發(fā)生故障所在的相別。

（三）兆歐表法

與絕緣電阻法類似，使用兆歐表測量故障相，兆歐表的電壓應足以使故障點擊穿，通過故障部位的放電聲和放電火花確定故障部位。

（四）高壓直流法

采用直流高壓發(fā)生器對故障繞組施加電壓，原理與兆歐表法相似，但要在直流高壓發(fā)生器的高壓輸出回路中串接限流電阻，以防止直流高壓發(fā)生器過載。

（五）高壓脈沖法

適用于低阻接地故障，因故障繞組對地電阻太小，無法建立試驗電壓，因此在高壓直流法的基礎上，在高壓試驗回路中并接一個電容器和串接一個放電間隙，調節(jié)放電間隙的距離以調整放電電壓，使之在故障點瞬間產生一個直流高壓電壓，通過故障點的放電聲和放電火花確定故障部位。

（六）高壓交流法

利用高壓交流電壓將故障點擊穿并流過一定的電流，由于電流的熱效應使擊穿點絕緣燒焦冒煙，根據(jù)冒煙部位確定故障點。試驗接線與常規(guī)交流耐壓法相同（不宜采用諧振法），在試驗回路中串接限流電阻或電抗器防止電流超過5A。由于絕緣已經擊穿，所能施加的電壓一般都不高，應以擊穿電壓的大小來估算限流電阻值或限流電抗值。

（七）低壓交流法

低壓交流法也是利用電流的熱效應使故障點的絕緣燒焦冒煙，通過冒煙點確定故障點。加壓用的調壓器的容量在2kVA左右即可，限流電阻可用1～2kW的電爐絲或碘鎢燈代替。采用碘鎢燈時因冷態(tài)電阻很小，施加電壓應從零開始平緩上調，施加電流不宜超過5A，因加熱功率較小，加壓時間應適當加長。

（八）開口CT或開口變壓器探測法

其接線方法與低壓交流法相似，在正式試驗前必須先根據(jù)電機的定子繞組接線圖確定故障相所屬的槽號和端部繞組，并做好標記。查找時，調節(jié)調壓器，使回路電流在0.5～1A左右，然后用開口CT或開口變壓器探測繞組槽部或端部的感應電流或電壓，當電流或電壓突然變小時，就是故障點所在線圈的位置。為了準確確定故障點，可以分別從出線端和中性端加壓，根據(jù)兩次探測結果定位故障點。這種方法也可在高壓交流法中應用，但是由于接地電阻太大時，接地點后面的繞組仍然會有電容電流，接地電阻大到一定程度時，接地點前后的電流或電壓變化就會不明顯，造成判斷困難。這種方法特別適用于金屬性接地的情況，并可以采用較小的試驗電流，可以有效地防止次生損害。開口CT需自制，二次繞組為數(shù)十匝至數(shù)百匝。

（九）直流壓降法

直流壓降法在轉子繞組接地故障點的查找中應用較多，以前多使用直流電焊機等作為電源對故障繞組的首尾施加一個直流電壓，分別測量繞組首尾的對地電位，以此計算接地故障點的位置，因電源的穩(wěn)定性等問題，往往計算出的結果精確度不足，本文討論換一種思路應用直流壓降法來解決測量精度的問題。

三、直流壓降法查找定子繞組故障的案例

本次定子繞組接地故障發(fā)生后，先后采用了外觀查找法、絕緣電阻法、兆歐表法、高壓直流法、高壓脈沖法、高壓交流法來查找接地點，但這些方法最終只能確認接地點發(fā)生在A相。在使用高壓脈沖法時能在繞組表面發(fā)現(xiàn)有放電火花，但所在的位置每次都不一樣。現(xiàn)場修理人員根據(jù)放電火花出現(xiàn)的位置，嘗試著將有放電火花的勵端第29槽的槽楔打開，但在線棒上沒有找到故障點，只在鐵芯部位發(fā)現(xiàn)有輕微的燒痕。理論上本次接地點只能有一處，因此需要精確地計算出接地點的所在部位。

考慮到現(xiàn)在的數(shù)字式直流電阻測試儀的輸出電壓和電流非常恒定，且輸出電流可達到60安培以上，現(xiàn)場試驗人員決定采用數(shù)字式直流電阻測試儀當電源，對A相加74.4mV/50A的直流電進行測量和分析，其分析結果如下圖所示：

根據(jù)分析結果，采用低壓交流法向A相繞組對地施加220V/4.2A的交流電，并加強對上述8、11、27、33槽監(jiān)視檢查，終于在第27槽發(fā)現(xiàn)有煙冒出，拆出第27槽的上下層線圈后，在下層線圈的中部發(fā)現(xiàn)了故障點。

結語

綜上所述，依托數(shù)字式直流電阻測試儀采用直流壓降法可以精確地計算出大型汽輪發(fā)電機定子繞組接地故障的接地點位置。本案例中，A相的2個分支在查找過程中未解開，因此初步計算出4個槽號，如果將分支的并聯(lián)點解開后，可以把范圍縮小到2個槽號。如此計算出2個槽號后，再將槽號所在的線棒解開，可快速確定接地故障點。直流壓降法查找定子繞組接地點具有靈敏性高、操作簡單、準確性高、實用性強的優(yōu)勢，因此在碰到類似的故障時，可考慮采用本文所述的直流壓降法結合其他試驗方法查找接地故障點。

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