幾例發(fā)電機(jī)定子一點(diǎn)接地故障的分析及處理

楊曉玲

（錦屏水力發(fā)電廠，四川西昌 615000）

0 引言

隨著我國發(fā)電設(shè)備制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，水輪發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量也不斷提高。大型水輪發(fā)電機(jī)是水電站中最重要的主設(shè)備，若出現(xiàn)故障跳機(jī)，不僅會(huì)造成設(shè)備損壞，還會(huì)影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。定子一點(diǎn)接地故障是發(fā)電機(jī)最常見的一種故障[1-3]。定子一點(diǎn)接地保護(hù)一般采用注入式定子接地保護(hù)、基波零序電壓配合三次諧波電壓定子接地保護(hù)構(gòu)成A、B套保護(hù)。發(fā)電機(jī)本體及相連電氣一次設(shè)備故障均可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子一點(diǎn)接地跳機(jī)，但目前的保護(hù)裝置均不具備故障點(diǎn)定位的功能[4-8]。

發(fā)電機(jī)出口設(shè)備包括離相封閉母線（IPB）、勵(lì)磁變、電壓互感器（PT）、斷路器（GCB）、高廠變、主變壓器低壓繞組等，這些設(shè)備均有發(fā)生單相接地故障的可能。本文通過幾起發(fā)電機(jī)出口設(shè)備故障引起定子一點(diǎn)接地跳機(jī)的分析及處理，為電力生產(chǎn)單位快速定位并處理故障及運(yùn)行維護(hù)提供參考。

1 支撐絕緣子

某水電站發(fā)電機(jī)600 MW，IPB額定電壓20 kV，為全連式自然冷卻。IPB 主回路從機(jī)組-Y 軸方向引出，進(jìn)入母線洞，連接GCB后引至主變洞，與主變壓器低壓套管相連。IPB分支母線分別連接PT 柜、高廠變和勵(lì)磁變。IPB 的主母線、分支母線均使用支撐絕緣子固定，每個(gè)母線斷面3 個(gè)絕緣子呈120°支撐。

6#發(fā)電機(jī)投產(chǎn)不到2 個(gè)月，運(yùn)行過程中A 套（配置注入式定子接地保護(hù)）、B 套（配置基波+三次諧波定子接地保護(hù)）定子接地保護(hù)動(dòng)作。在發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作跳開6#GCB 的同時(shí)，機(jī)端故障量消失，發(fā)電機(jī)出口電壓三相恢復(fù)平衡，表明在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)至GCB 段無故障點(diǎn)。根據(jù)故障錄波數(shù)據(jù)，在#6 GCB 跳開后，主變低壓側(cè)三相電壓波形在1 700 ms 內(nèi)保持接地故障的波形，一直是B相電壓低，在2 000 ms后主變低壓側(cè)三相電壓值恢復(fù)正常，零序電壓降為0。由此可以判定B相經(jīng)過渡電阻接地，故障點(diǎn)可能位于GCB 外側(cè)至主變低壓側(cè)或至廠高變高壓側(cè)或主變低壓側(cè)PT一次側(cè)的某處。

拆除IPB B 相與主變低壓側(cè)、廠高變、主變低壓側(cè)PT 柜連接，測量絕緣電阻值合格。通過絕緣電阻值無法判斷故障區(qū)域。對主變低壓側(cè)至GCB段的IPB B相進(jìn)行47 kV交流耐壓試驗(yàn)，當(dāng)電壓升至42.4 kV時(shí)，出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，并伴有物體掉落聲音。通過聲音大致判斷故障點(diǎn)位于主變低壓側(cè)PT柜上方分支母線區(qū)域。進(jìn)入IPB 內(nèi)檢查，發(fā)現(xiàn)主變低壓側(cè)PT 柜上方第一組支撐絕緣中的一個(gè)絕緣子已碎裂成多塊，如圖1 所示。取出損壞的支撐絕緣子，破裂成大小不同的8塊，端部有熏黑現(xiàn)象且彈力塊表面出現(xiàn)碳化現(xiàn)象，如圖2所示。

故障點(diǎn)處理：清理干凈IPB 內(nèi)部，更換交流耐壓合格（68 kV，1 min）的新支撐絕緣子，裝入IPB 分支母線筒內(nèi)；檢查IPB其他支撐絕緣子無裂紋、破損現(xiàn)象；處理完畢，對#6發(fā)電機(jī)B 相IPB 進(jìn)行絕緣電阻測量和整體交流耐壓試驗(yàn)（47 kV，1 min），無放電、閃絡(luò)現(xiàn)象。

圖1 支撐絕緣子破裂

圖2 取出后的支撐絕緣子碎片

分析原因?yàn)楣收系闹谓^緣子本身存在質(zhì)量缺陷，在運(yùn)行中發(fā)生接地故障，接地電流使支撐絕緣子彈力塊表面過熱碳化，同時(shí)彈力塊與支撐絕緣子之間間隙內(nèi)的空氣高溫膨脹，造成支撐絕緣子爆裂并脫落，彈力塊及支撐絕緣子碎片掉落后，母線與地之間絕緣恢復(fù)，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

2 CT均壓線

某水電站#6 機(jī)投產(chǎn)半年，在自動(dòng)開機(jī)并網(wǎng)過程中，GCB合閘前定子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作停機(jī)。A、B套保護(hù)屏上定子一點(diǎn)接地保護(hù)均動(dòng)作出口。發(fā)生故障時(shí)，發(fā)電機(jī)出口PT 測得Ua=100.12 V、Ub=0.235 V、Uc=100.06 V，3U0=98.744 V，故障時(shí)GCB 處于斷開狀態(tài)，據(jù)此判斷故障點(diǎn)在發(fā)電機(jī)B 相至GCB范圍內(nèi)。

進(jìn)入#6發(fā)電機(jī)內(nèi)部進(jìn)行檢查，目測檢查發(fā)電機(jī)上下端部、磁極、定轉(zhuǎn)子間隙、匯流環(huán)、出口及中性點(diǎn)裝置、接地變等各處無異常。將發(fā)電機(jī)B 相出口與IPB 連接斷開后，測發(fā)電機(jī)本體絕緣電阻合格，IPB絕緣電阻合格。為盡快找到故障點(diǎn)，拆開IPB B 相至出口PT 母排、B 相至勵(lì)磁變母排，對IPB 進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)（47 kV）。在對#6IPB B 相進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)放電聲。根據(jù)放電聲，初步確定放電位置在靠近GCB 側(cè)的CT 附近。打開該CT 安裝孔蓋板后，再次耐壓，確定為等電位線對外殼放電。檢查發(fā)現(xiàn)，等電位線與IPB外殼絕緣距離較近，如圖3所示。

故障點(diǎn)處理：對CT 的等電位線進(jìn)行了綁扎和固定處理，防止等電位線松脫，保證與IPB外殼有足夠的絕緣距離。處理完畢，對#6 發(fā)電機(jī) B 相 IPB 進(jìn)行耐壓試驗(yàn) （47 kV，1 min），無放電閃絡(luò)現(xiàn)象。

分析原因?yàn)?6 機(jī)IPBB 相CT 的等電位線在安裝時(shí)未固定牢靠，投運(yùn)半年后因設(shè)備振動(dòng)，出現(xiàn)松動(dòng)、脫落，使等電位線與IPB 外殼絕緣距離不足（約2 cm），IPB 外殼是接地的，導(dǎo)致運(yùn)行中等電位線對地放電，在等電位線及外殼上產(chǎn)生明顯的放電痕跡。

圖3 CT均壓線

3 發(fā)電機(jī)出口PT

某水電站#1機(jī)發(fā)電機(jī)投產(chǎn)3個(gè)多月，在運(yùn)行過程中A、B套保護(hù)裝置定子發(fā)生接地保護(hù)動(dòng)作。根據(jù)故障錄波數(shù)據(jù)，A相電壓為13.95 V，B相電壓為90.4 V，C相電壓為90.8 V，判斷故障發(fā)生在A相。

整體測量發(fā)電機(jī)、IPB、PT柜、勵(lì)磁變的A相絕緣，絕緣電阻較低。此時(shí)不能判斷故障區(qū)域，為縮小范圍，斷開各處連接。斷開勵(lì)磁變軟連接，測量勵(lì)磁變絕緣電阻值合格；斷開發(fā)電機(jī)A 相出口連接引線，測量發(fā)電機(jī)A 相絕緣電阻合格；測量IPB 帶PT柜絕緣電阻較低。斷開IPB A 相 與 PT 柜 的 軟 連接，測量A相PT一次側(cè)絕緣電阻為125 kΩ。檢查發(fā)現(xiàn) A 相 PT 柜內(nèi) PT 一 次 繞組中性點(diǎn)連接電纜與20 kV高壓帶電導(dǎo)體接觸，且電纜外護(hù)套有放電痕跡，如圖4所示。

圖4 電纜與導(dǎo)體接觸位置

故障點(diǎn)處理：對電纜損傷部位處理后，調(diào)整電纜位置并固定，使電纜與20 kV帶電導(dǎo)體保持足夠的電氣安全距離，測試絕緣電阻值合格。

PT一次繞組中性點(diǎn)連接電纜（型號(hào)為YJV-26/35 kV-1X50）在安裝過程中柜內(nèi)采取了彎曲敷設(shè)并留有一定的長度裕量；電纜沒有固定，不滿足《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)程》要求，在運(yùn)行中不能長期保證電氣安全距離；PT柜安裝完成后，地面進(jìn)行了精裝修，PT柜之間的電纜有可能被輕微移動(dòng)。PT 一次繞組中性點(diǎn)連接電纜帶有金屬屏蔽層，電纜護(hù)套即視為接地體。PT 一次繞組中性點(diǎn)連接電纜與20 kV 帶電導(dǎo)體直接接觸，導(dǎo)致#1 機(jī)組出口PT 一次繞組中性點(diǎn)連接電纜外護(hù)套被擊穿，從而引發(fā)接地故障。

4 結(jié)束語

（1）發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)范圍內(nèi)的電氣設(shè)備故障均可能引起定子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作。跳機(jī)后，首先要確認(rèn)故障部位是發(fā)電機(jī)本體還是其他設(shè)備，從而確定高效、合理的故障處理方法。

（2）發(fā)電機(jī)出口設(shè)備較多，在發(fā)生非金屬性接地故障后，快速定位故障點(diǎn)是個(gè)難點(diǎn)。對于不是定子本身故障引起的定子一點(diǎn)接地動(dòng)作，可分設(shè)備、分段查找故障點(diǎn)。先通過分段測量絕緣電阻值及分析故障錄波數(shù)據(jù)，大致判斷故障區(qū)間；若絕緣電阻值不能作出判斷，如案例2，將IPB 與發(fā)電機(jī)、PT、勵(lì)磁變連接斷開，采用交流耐壓方式定位故障點(diǎn)，比較直接快速。對于金屬性接地故障，一般通過分段測量絕緣電阻值即可判定故障區(qū)域。

（3）這幾例發(fā)電機(jī)定子一點(diǎn)接地故障均發(fā)生在機(jī)組投運(yùn)不久，由安裝中存在的問題或質(zhì)量缺陷所引起的。安裝過程中，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程規(guī)范及工藝要求進(jìn)行施工，控制每個(gè)環(huán)節(jié)，注重細(xì)節(jié)，加強(qiáng)質(zhì)量管理，能有效保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。